FD系列大电流电感器的最新发展趋势
2005-07-01 09:34:09
来源：《国际电子变压器》2005年7月刊
1市场需求
近年来，伴随个人电脑和各种电子整机的小型和高性能化，迫切要求给其电子电路提供电力的电源电路进一步小型、薄形和大电流化。
特别是个人电脑或服务器等中用的CPU明显趋于大容量化和高速化，随之带来了耗电量加大。正如图1所示，作为CPU用电源电路的发展趋势，工作电压逐年下降，电流与十年前相比逐年增加，已达到100A。这就是CPU用的电源电路以低电压、大电流为代表的发展方向。
作为获得这样大电流的电路技术，不仅只用一个DC-DC变换器电源电路，现在以几个DC-DC变换器组成多相型电源电路已占主流。
多相型电源电路，根据整机的不同而有一定差异，例如，笔记本电脑是将DC-DC变换器分成几个（2～4个），伴随多相型电源电路技术，也需要一定数量的功率电感器，并使其应用数量进一步增加，与过去比较，对应节省空间和高密度组装技术，迫切要求功率电感器进一步小型薄型化。
2最近新产品的发展动向
作为功率电感器，为满足小型、薄型化的要求，开发出了FD系列功率电感器（图2）。
多相型DC-DC变换器电路用的FD系列大电流小型、薄型功率电感器的矩形尺寸为6、10、12mm，DC-DC变换器的工作频率在500KHz～2MHz范围内，电感值为0.15μH～8μH，最大电流要求40A（表1）。
大电流用功率电感器，一般是使用铁氧体磁心，以EI形磁心绕上粗线圈为主要结构。FD系列使用的磁性材料，是使用最新开发的铁系磁性粉末，实现了所要求的高磁饱和特性，正如图3所示，它是将磁性材料和线圈压制成一个整体，构成整体结构。
采用铁系磁性粉末，DC-DC变换器用的功率电感器的储能密度，对应过去所用的铁氧体材料制成的功率电感器约提高了2.5倍（与东光公司过去产品对比），对应笔记本电脑等所要求的小型化的同时，降低了线圈的直流电阻，并大幅度降低了损耗，提高了效率。
图4是东光公司使用铁氧体磁心制成的电感器和FD系列的直流叠加特性的比较。使用铁氧体磁心制成的电感器，伴随着电流的增加，电感量急剧下降，但FD系列的铁系磁性粉末，因不容易产生磁饱和，即使增加电流，电感量也不会急剧变化，只是平稳下降。
即使在温度特性方面，使用铁氧体磁心制成的电感器，在高温时的电感量变化也很大，但FD系列变化不大。
使用铁系磁性粉末制成的功率电感器，当通过大电流时，即使有一定的温度变化，工作也非常稳定，由于电感量不会急剧变化，故电源电路的工作也非常稳定。
再有，使用铁氧体磁心制成的功率电感器，一般情况下，作为提高磁饱和所采取的措施是给磁心开气隙，在使用过程中易产生磁心振鸣噪声。不过，采用本结构一体化成型的功率扼流圈，因整体结构均匀，没有气隙，磁心振鸣噪声小，特别适合用于笔记本电脑。
作为所用线圈，为了降低FDA型功率电感器的直流电阻，可以在有限空间内灵活使用扁平线圈，尤其是FDH型功率电感器，因引线框采用卷绕成线圈状的自端子结构，大幅度降低了直流电阻。FD系列功率电感器实现了大功率特性和小型化。
3产品的开发课题
以产品的现状作为开发课题，对应市场需求，扩大产品形状和追加电感值等多种产品种类。另外，针对大电流引起的发热问题，首先应使线圈低直流和低电阻化，提高现有铁系磁粉心的磁导率，并实现小型化。
4技术展望
今后电子整机主要是以小型、薄型、多功能化和携带方便为发展方向。这就要求功率电感器也应进一步小型、薄型和组装高密度化。在技术上是以低电压、大电流化和多相型作为发展方向。
为满足市场上对小型化和大电流化的要求，应开发高磁导率磁性材料，提高材料的磁饱和特性，为推进DC-DC变换器的高频化进程，预计5年内工作频率可达到10MHz，应开发高频下磁滞损耗低的磁性材料。
另外，为了进一步大电流化，应使用CAD等进行，包括连接端子、内部导体的热设计等的综合结构设计。
近年来，伴随个人电脑和各种电子整机的小型和高性能化，迫切要求给其电子电路提供电力的电源电路进一步小型、薄形和大电流化。
特别是个人电脑或服务器等中用的CPU明显趋于大容量化和高速化，随之带来了耗电量加大。正如图1所示，作为CPU用电源电路的发展趋势，工作电压逐年下降，电流与十年前相比逐年增加，已达到100A。这就是CPU用的电源电路以低电压、大电流为代表的发展方向。
作为获得这样大电流的电路技术，不仅只用一个DC-DC变换器电源电路，现在以几个DC-DC变换器组成多相型电源电路已占主流。
多相型电源电路，根据整机的不同而有一定差异，例如，笔记本电脑是将DC-DC变换器分成几个（2～4个），伴随多相型电源电路技术，也需要一定数量的功率电感器，并使其应用数量进一步增加，与过去比较，对应节省空间和高密度组装技术，迫切要求功率电感器进一步小型薄型化。
2最近新产品的发展动向
作为功率电感器，为满足小型、薄型化的要求，开发出了FD系列功率电感器（图2）。
多相型DC-DC变换器电路用的FD系列大电流小型、薄型功率电感器的矩形尺寸为6、10、12mm，DC-DC变换器的工作频率在500KHz～2MHz范围内，电感值为0.15μH～8μH，最大电流要求40A（表1）。
大电流用功率电感器，一般是使用铁氧体磁心，以EI形磁心绕上粗线圈为主要结构。FD系列使用的磁性材料，是使用最新开发的铁系磁性粉末，实现了所要求的高磁饱和特性，正如图3所示，它是将磁性材料和线圈压制成一个整体，构成整体结构。
采用铁系磁性粉末，DC-DC变换器用的功率电感器的储能密度，对应过去所用的铁氧体材料制成的功率电感器约提高了2.5倍（与东光公司过去产品对比），对应笔记本电脑等所要求的小型化的同时，降低了线圈的直流电阻，并大幅度降低了损耗，提高了效率。
图4是东光公司使用铁氧体磁心制成的电感器和FD系列的直流叠加特性的比较。使用铁氧体磁心制成的电感器，伴随着电流的增加，电感量急剧下降，但FD系列的铁系磁性粉末，因不容易产生磁饱和，即使增加电流，电感量也不会急剧变化，只是平稳下降。
即使在温度特性方面，使用铁氧体磁心制成的电感器，在高温时的电感量变化也很大，但FD系列变化不大。
使用铁系磁性粉末制成的功率电感器，当通过大电流时，即使有一定的温度变化，工作也非常稳定，由于电感量不会急剧变化，故电源电路的工作也非常稳定。
再有，使用铁氧体磁心制成的功率电感器，一般情况下，作为提高磁饱和所采取的措施是给磁心开气隙，在使用过程中易产生磁心振鸣噪声。不过，采用本结构一体化成型的功率扼流圈，因整体结构均匀，没有气隙，磁心振鸣噪声小，特别适合用于笔记本电脑。
作为所用线圈，为了降低FDA型功率电感器的直流电阻，可以在有限空间内灵活使用扁平线圈，尤其是FDH型功率电感器，因引线框采用卷绕成线圈状的自端子结构，大幅度降低了直流电阻。FD系列功率电感器实现了大功率特性和小型化。
3产品的开发课题
以产品的现状作为开发课题，对应市场需求，扩大产品形状和追加电感值等多种产品种类。另外，针对大电流引起的发热问题，首先应使线圈低直流和低电阻化，提高现有铁系磁粉心的磁导率，并实现小型化。
4技术展望
今后电子整机主要是以小型、薄型、多功能化和携带方便为发展方向。这就要求功率电感器也应进一步小型、薄型和组装高密度化。在技术上是以低电压、大电流化和多相型作为发展方向。
为满足市场上对小型化和大电流化的要求，应开发高磁导率磁性材料，提高材料的磁饱和特性，为推进DC-DC变换器的高频化进程，预计5年内工作频率可达到10MHz，应开发高频下磁滞损耗低的磁性材料。
另外，为了进一步大电流化，应使用CAD等进行，包括连接端子、内部导体的热设计等的综合结构设计。
暂无评论