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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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
0 Y* o5 ~5 g, g' L) Q, H5. 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：
- y8 t! D' J( m- ^# T4 m( D
（4）
* h0 y. J1 j9 P( ~7 j5 A8 n' {' w
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）
L（μH） : L& ?5 [7 h' C9 U	RDC（mΩ）	RDC_Tr（mΩ） # {& p0 o" \# x7 S1 A1 u$ Z	IDC（A） 1 M4 `# x1 ]& p* O/ p+ H	PCU（W）	ΘTH（˚C/W）
1.5 5 ~6 g1 @) g6 B+ Y- x	17	19.67 / F1 M& A. Q% l/ I5 N, D) p	5.3	0.55 ( k1 B, _8 p; l& z# Z$ J( \	72
2.2	19 . Q  \: Y% }' d2 U1 }5 C7 u9 ?2 X5 B. _/ M	21.99	5.1	0.57	70 $ E" T! U3 `8 b3 M1 {7 X7 G
3.3	23	26.62	4.95 7 j7 P5 Z' Z! Y2 b	0.65 1 q& h4 L+ D, ]7 U2 a( ]	61
4.7 " R! c, s+ K2 x  @4 L& u) r	27	31.24 ' R. n4 ]# }+ S" ?; t7 i/ ~# R	4.2	0.55 + c9 Z5 Z4 q$ O5 |, W% P	73 . R; o) q/ t. ?6 K: W; U/ E1 M
6.8	36 & y2 b5 d. k: W1 w# w1 a2 L	41.66 + e; s$ f* }. _	3.6 " Q5 b6 W! E5 X+ t7 }: f	0.54 ) Q  v9 u) a6 ]1 \6 \  y, [9 I9 b	74 ' |- ~  \2 [1 n, Y4 C9 V" a
10 3 E5 a/ v) Z( A' J& y7 w+ b	47	54.39 2 X1 z! `1 K9 D$ |' U- x* N# Q) z5 @	3.4 7 c7 J4 R' x/ v. @$ }) p. l* F	0.63 7 e/ E& L( `( V9 w5 u	64

表2、VLS6045EX系列电感在温升40˚C时之热阻
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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。
- ~* \% ?2 n6 _3 V( L, ~
: `8 D, G; R( i9 [

	VLS6045EX （6.0x6.0x4.5mm） ; |4 F( x  R) [% g	SPM6530 （7.1x6.5x3.0mm） 0 r1 {/ s% p( X
L（μH）	ΘTH（˚C/W）
1.5 " _: `  @/ K0 T. W; j8 R2 Z	72   ^3 M$ i- ~5 j- f7 H1 w	29
2.2	70 . n- R' c( f1 R2 d' d. B# E) ^	30 * K9 q. B/ n( Q0 P: g* x5 x
3.3	61   t8 ]: D1 A/ p	28 1 b8 ]" g5 b' A2 r9 S% A
4.7	73 3 i1 A- j3 }7 b2 f+ n	31   r# a. k" P5 A' l# n4 T
6.8 - `2 |0 v9 H+ F0 \) ^5 s& V	74 & Y8 ^# W( V" b: r	45
10	64 + b9 l- E/ X1 I" L7 C, Q, s# h	40

" u+ G$ ^% e% K2 S$ N% P. [6 |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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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。
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9 N' g, {, A4 w1 e0 Y0 F% U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。

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。

' ?6 c+ V/ r* T% _1 c8 M$ F1 m7. 封装结构（shield structure）
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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。


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		Non-shielded . V6 }: w/ `4 l7 B" L- n2 p	Semi-shielded	Shielded . l. K8 C$ ~2 I! n% H& ]' D	Molded
Amplitude （dBμV）	3mm Above ! P0 O7 y0 F6 i+ E6 y, [, x  e1 y	87.1	83.2 ( r* j% w, `1 j& `: ~5 j: s	76.0	73.3 4 \/ H% o/ r8 p( S# ]' A
Amplitude （dBμV） - n0 q2 K+ y, Y9 A$ A& @	3mm Aside	71.3 $ A; W/ p0 g  E8 v. r3 V, @/ n	66.8 6 P. R4 V1 {% K) z$ M) G' _% s	59.8 : n/ A2 K: y& R	57.8 3 ^0 ^, H9 N- u, X( m: A; S

! ~: F$ L4 i' j7 X表4、不同封装结构电感之漏磁场大小比较
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6 M9 H, y8 Y4 P* V" R0 e+ h8. 耦合（coupling）

* O+ d' K6 j. G( a% |$ \6 F& A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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