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什麼是最適合開關電源的電容和電感

各種功率電感的特徴

電感篇 -2-

Keyword
  • 電感
  • 功率電感
  • 線圈開磁路
  • 線圈閉磁路
  • 積層
  • 磁鼓套筒
  • 無套筒
  • 電感飽和特性

-繼電感基礎之後,接下來請告訴我所謂功率電感有哪些種類?

電感的種類、構造都非常多。其中,功率電感方面,我想應該有線圈開磁路型、線圈閉磁路型、積層型等,其特徴彙整於表中。「×」記號請當作「不優」的程度。此外,優劣差異是這幾組間相對比較而來,非絕對值。其中,開磁路型由於DC損失Rdc大近來已不太用於電源,因此將談論範圍縮小在閉磁路型和積層型。

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現在說明線圈閉磁路型的2個種類。一種是「磁鼓套筒﹙drum sleeve﹚構造」,另一種是「無套筒﹙sleeve less﹚構造」。我用圖形來說明。

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磁鼓套筒構造型係將線捲繞於基材後覆上套筒,具有氣隙﹙air gap﹚。基材的鐡氧體有磁通飽和點。氣隙用來洩出磁通,使飽和點升高,並調整直流重疊特性。

無套筒構造為最近流行的構造,將線捲繞於基材,並於四周塗上混有鐡氧體粉或鐵粉的樹脂以製作閉磁路。但,氣隙因為同樣的理由而有必要存在。此時,圍繞磁性體的樹脂將扮演氣隙的角色。

-為什麼無套筒比較流行呢?

也不能說是流行啦,倒是有些優點。無套筒一如其名,由於不使用套筒,因此基材尺寸相同的話便可以小型化。另一個重點是,飽和特性比磁鼓套筒平緩。想必如您所知,鐡氧體的飽和特性很急劇。一超過飽和點,電感便會急劇降低,因此我想在電源設計上也成了電感相對注意事項。在磁鼓套筒方面,已設定之氣隙的飽和點為一點,超過該點的話飽和特性將視賴鐡氧體材料而定。也就是說,基本上是急劇的。反之,無套筒的情況時,由於甚至連與樹脂混合的磁性體(粉)的氣隙都會有各種距離,因此飽和點會混合,最後飽和呈平穩狀態。上圖右側圖形為其想像圖。這是電源電路中受歡迎的特性。

-無套筒因為小型且飽和平穩所以比較佔優勢,對吧?

的確如此,不過說到弱點,倒是有應該考慮的地方。簡單來說,正因為沒有套筒而以磁性體樹脂在線圈進行表面塗層,故有可能因外部的壓力或應力導致破裂。為止,本公司特別將傳統樹脂變更為硬度更高的樹脂來提升強度,以作為因對應策。

此外,由於是樹脂和基材兩種不同材料的組合,因此有時候會因為線膨脹係數的不同而發生破裂,其因對應策便是盡可能讓樹脂的線膨脹係數配合鐡氧體。

透過這些對策確實大幅提升了強度,不過視廠商而定,提升情況各有差異。

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-那麼,接下來請說明積層型。

其實,積層構造中的功率電感以前一直被認為不可能。因為電流只要稍微流動便瞬間飽和,發熱部分也有課題。而且,要取得大的電感也是一大難題。

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為了改善重疊特性,因對應策便是控制磁通的旋轉方式不讓磁通集中等在構造上下功夫或製作氣隙構造。此外,發熱方面也經歷了加厚內部電極來降低電阻值等各種改善,以便利用電源電路來使用積層型。

特徴是可以比線圈構造小型化。由於電感到數µH左右,因此適合百萬赫頻帶振動頻率高的開關電源。我想行動機器的電源等便是應用程式的一個例子。

什麼是最適合開關電源的電容和電感 電感篇 -1-

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