电感种类和特性分析及选型指南 2

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电感种类和特性分析及选型指南 2

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% ?! c+ @% Z' X  W0 l5 o. h5 H7 ~图9、绕线式铁氧体与冲压式铁粉芯在相同电感标称值下的饱和电流曲线
& j( T- I7 a, H% N7 r2 M/ U1 h' r5. 额定电流（IDC）IDC值为当电感温升为Tr˚C时的直流偏置。规格书同时标注其在20˚C的直流电阻值RDC。依铜导线的温度系数约为3,930 ppm，在Tr温升时，其电阻值为RDC_Tr = RDC（1+0.00393Tr），其功耗为PCU = I2DCxRDC。此铜损功耗在电感器表面散逸，可计算出电感的热阻ΘTH：
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) L) T* x  u8 v% Z' T8 V3 ] （4）

表2为参考TDK VLS6045EX系列（6.0x6.0x4.5mm）的data sheet，并计算出在温升40˚C时之热阻。显然相同系列及尺寸的电感，因表面散热面积一样，其计算所得之热阻也相差无几；换句话说，可以估算不同电感的额定电流IDC。不同系列（封装）的电感，其热阻也不同。表3即比较了TDK VLS6045EX系列（semi-shielded）及SPM6530系列（molded）之电感的热阻。热阻愈大，表示此电感流过负载电流时所产生的温升较高；反之则较低。
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VLS6045EX （6.0x6.0x4.5 mm） % y& m, u. B! S
L（μH）	RDC（mΩ）	RDC_Tr（mΩ）	IDC（A） ' |5 T. A4 z/ ~; k/ l	PCU（W） ' v$ `9 u- J, D, d1 G( }/ Z	ΘTH（˚C/W）
1.5 ' M( K* K: b5 v0 m# P	17   d: n0 p/ Z" V. U+ F	19.67	5.3	0.55	72 ' T  C; `1 Q# `7 S0 A8 j8 n
2.2 2 m3 F; W. ~" g, h! a# X	19 , i) E+ n; b% F1 y' z. C7 P	21.99	5.1	0.57 7 O. o/ i; l7 j; V, P' u/ `	70
3.3	23 & e! W2 W# n0 {' x: C	26.62	4.95 ' A$ k4 N8 i3 a. p1 O	0.65 / T5 J) W0 [& P' @  Q. V6 l9 q6 x' U9 b	61
4.7	27	31.24	4.2	0.55	73 ! U& r6 `0 |; s: H
6.8 0 P2 B" h! B: ^( U4 G; d5 y/ M; X, a	36 1 [' P/ |" u0 d$ C	41.66	3.6	0.54	74 ; |6 S% Y% P3 j8 i
10 + }  r* Y" m4 @4 A	47 3 D* [* \4 q6 r6 T: u	54.39 2 _/ `( [, J) `: I	3.4 3 c* `! O$ h; T( q	0.63	64 * h3 |( |  E/ h

表2、VLS6045EX系列电感在温升40˚C时之热阻
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. T% q5 h9 z0 r1 [1 S1 o从表3可知，即使电感的尺寸相近，由于冲压式电感的热阻低，即散热较好。
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: S& d) t2 D  D% M	VLS6045EX ; D6 t1 Y4 x) R; d( Q（6.0x6.0x4.5mm）	SPM6530 （7.1x6.5x3.0mm） 8 j1 w4 K  j. P8 W& o8 n' r
L（μH）	ΘTH（˚C/W）
1.5	72 5 P8 t: q9 S! H( x- |( a	29
2.2 ) Y9 H+ Z: c( h/ p/ C1 c$ z2 W# d2 r	70 - v7 R1 Y# F, X	30
3.3	61	28
4.7	73 . a9 O, P+ U5 t1 p8 f	31 ( j; H" O1 y$ O  c
6.8	74	45
10 ( j' {: ]$ Y6 |3 i  D	64 + }, {5 P- o, p8 r! \	40 ' o+ d7 ]; y6 M/ i3 O$ S$ M1 [

) O, O/ T8 I/ a4 u8 N/ i( a$ Q表3、不同封装电感的热阻比较
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6. 铁芯损失（core loss）
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: q. V- I' h( z7 M铁芯损失，简称铁损，主要由涡流损与磁滞损造成。涡流损大小主要是看铁芯材料是否容易「导电」；若导电率高，即电阻率低，涡流损就高，如铁氧体的电阻率高，其涡流损就相对的低。涡流损也与频率有关，频率愈高，涡流损愈大，因此铁芯材料会决定铁芯适当的工作频率。一般而言，铁粉芯的工作频率可到1MHz，而铁氧体的工作频率则可到10MHz。若工作频率超过此频率，则涡流损会快速增加，铁芯温度也会提高。然而，随着铁芯材料日新月异，更高工作频率的铁芯应是指日可待。

; h2 }+ `. D6 b$ Z; J另一个铁损是磁滞损，其与磁滞曲线所围之面积成正比，即与电流交流成份的摆动（swing）幅度有关；交流摆幅愈大，磁滞损也愈大。

; O; L( Y! }# w5 ]( s0 J* Q) ]在电感器之等效电路中，常用一个并联于电感的电阻来表示铁损。当频率等于SRF时，电感抗和电容抗抵消，等效电抗为零，此时电感器之阻抗即等效于此铁损电阻串联绕线电阻，且铁损电阻已远大于绕线电阻，所以在SRF时的阻抗就约等于铁损电阻。以一低压电感为例，其铁损电阻约在20kΩ左右，若以电感两端的有效值电压5V来估算，其铁损约为1.25mW，这也说明了铁损电阻愈大愈好。
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! ]0 a6 N# d$ N# ^2 s7. 封装结构（shield structure）
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1 o) K2 A2 f2 J" {铁氧体电感的封装结构有非遮蔽式、加磁胶之半遮蔽式、与遮蔽式，而不论哪一种都存在相当的空气隙。显然此空气隙会有漏磁发生，且最坏的情况是会干扰周遭之小信号电路，或者，如果附近有导磁材料，其电感值也因此被改变。另一种封装结构为冲压式铁粉电感，由于电感内部没有间隙，且绕组结构扎实，因此磁场散逸问题较小。图10是利用RTO 1004示波器之FFT功能量测冲压式电感上方及侧边3mm处之漏磁场大小。表4列出不同封装结构电感的漏磁场大小比较，可看出非遮蔽式（non-shielded）电感之漏磁最严重；冲压式（molded）电感的漏磁最小，显示其磁遮蔽效果最好。这两种结构的电感之漏磁场大小相差约14dB，也就是将近5倍。
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; V7 v2 b0 S3 `图10、冲压式电感上方及侧边3mm处之所量测之漏磁场大小

Structure Location ! M  ]' C! v* C5 K* D0 Z; h		Non-shielded	Semi-shielded 6 D4 J! [) E" x" ~% x- U+ X	Shielded ; i- }1 t( ]7 e3 I% Y! U8 f; w	Molded # n' j7 v+ m- ?* D! x
Amplitude （dBμV） 6 i! S+ J. ~1 p. O. t* U3 U5 z& p; C	3mm Above	87.1 / y' V# v5 ~+ u! n) |, P	83.2	76.0	73.3
Amplitude （dBμV） 3 n. b& j. O( u' [" @& q6 X, }	3mm Aside	71.3 2 a5 d% l8 v* l) M8 M# c( m	66.8 3 j4 U& @: Y+ O# s# d5 {	59.8 0 a) h5 l  f9 k5 t6 _4 o  [	57.8 . i+ Z7 ?' h: G( y6 X

: C) q0 B0 ?" ~* F, ?# F. }表4、不同封装结构电感之漏磁场大小比较

8 r" e! j* Y- o7 D# ?8. 耦合（coupling）
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在一些应用当中，有时PCB上会有多组直流转换器，通常会相邻排列，且其对应之电感器也会相邻排列的情况，如果使用非遮蔽式或加磁胶之半遮蔽式的电感器，可能会相互耦合，形成EMI干扰。因此，在放置电感时，建议先标注电感的极性，将电感最内层之起绕点接到转换器之切换电压，如降压转换器的VSW，即动点，而将电感之外层出线端接到输出电容，即静点；铜线绕阻也因此如同形成一定程度的电场遮蔽。在多路转换器的布线安排中，固定电感的极性，有助于固定互感的大小，避免一些意想不到的EMI问题。
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