CPU电压调节器的电感器解决方案
2007-11-07 09:29:42
来源：国际电子变压器
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1 引言
多年来，环形磁心线绕电感器一直是桌面电子计算机中心电压调节器（Vcore）的支柱产品。客观地说，这种电感器存在着与它们的最低成本解决方法没有关系的体积尺寸大，公差范围宽和功率损耗高等问题，使得必需在这些问题上选择解决方法。
然而，由Vcore电压调节器引伸出来的三项要求的指标（尺寸、公差和效率）凸显出了环形磁心线绕电感器的负面影响。工程师们曾努力改进环形磁心线绕电感器的设计，以应对大范围综合经济状况变化所造成的要求其低成本而实际上的价格则在持续走高。其结果是环形磁心线绕电感器的使用领域减少，最终使得采用这种电感器的Vcone调压器只能选择较高的成本。
经研究筛选，发现通孔工艺（THT）制造的磁珠电感器克服了环形磁心线绕电感器的那些缺点，完全能满足发展了的Vcore调压器的要求。在Vcore调压器的应用中，功率磁珠电感器的特性可以通过对环形磁心线绕电感器的计算和测量结果得到验证。
2 对电压调节器的要求
每一种新秀处理器都要求更快的瞬态响应时间。更快的瞬态响应要求流经Vcore调压器中电感器的电流有快速变化的能力。但是，电感器内部的磁场会阻碍电流的变化（di/dt=Vcore/L），因此，在输出电压（Vout）固定时，增大di/dt的唯一途径是减少电感值（L）。
确切地说，因为电感值L的下降，流经电感器的纹波电流将增大，这意味着会急剧增大电感器的开关损耗。在过去的若干年中，电感值已成倍减小，期望在以后的几年中，电感值也能按相同的数量减少。
如同作为电感器载体的印制电路板（PCB）到处理器的线条长度缩短能使电感值减少一样，因为电感器电感值的减小，电路中的寄生电感值也有明显的变化。为消除掉这些并不需要的寄生电感，要求将Vcore调节器中的电感器封闭安装在处理器中。同时，为达到封闭安装要求，电感器的结构必须适合于放置在外伸的散热部件之底部。
另外，为了适应减少元件占有空间的要求，还需要创建使得更多元件安装在处理器上的条件，以减少每个元件装配的占“地”面积。为此，要求用低电感值、低高度外形和更小安装面积的电感器来获得要求的更快速的瞬态响应。
用电流检测元件来控制“过电流”保护和输出电压的下降，采用的是电感器绕组分布式直流阻抗（DCR）现行实际标准。这个DCR值是通过测量电感器两端的电压降得到的，而消除掉下降的这部分电压则应归功于电感值L。
客观上不考虑目前直接影响电流检测精度的电感器DCR值和电感量两者的公差。在过去的若干年中，存在的问题更多地集中到了公差上，这就增加了改进设计的压力。
历史地分析，Vcore调压器效率的解决方法，唯有在设计中着眼于热量的发散。但是，由于全部能量消耗成本都在末端用户体现，故目前存在的问题都聚集到了最终产品的效率上。新的Energy star效率指令以及从越来越小的物理空间转移来的越来越大的功率，都增加了热量管理的困难。由于快速瞬态响应和电感器直流阻抗（DCR）的建立可以同样地减小直流损耗，所以人们有能力使电感器上的开关损耗降下来，从而满足那些效率所要求的条件。
直流阻抗（DCR）的电流检测系统要求一些最小而又使人们满意的DCR值，以保持良好的电流检测信噪比。目前，在脉冲宽度调制电路的改进设计中已能够利用较低而又满意的DCR值。为优化效率，必须采用这些新设计的低值而又令人满意的DCR电感器。
不利于用较低电感量设计电压调节器的更严格要求有：更低高度的轮廓外形、更小的安装面积、更严密的直流阻抗（DCR）和电感值公差，以及改善其效率，对于最终产品的任何因素的价格上涨仍然是不允许的。因此，在不影响电感元件成本的情况下，所有这些改进设计的目标也都必须达到。
3 环形磁心线绕电感器存在的主要问题
以前，Vcore调压器使用的环形磁心线绕电感（见图1所示）是费用最小的解决方法。初期，这种电感器采用高磁导率（μ=75）、低成本的铁粉心。因为要降低电感值，故必需减少绕组的匝数（L=匝数2×磁导率）以达到低电感值的要求。
然而，减少绕组匝数将增加磁心侧的工作磁通密度（ΔB≈1/N），而高的磁通密度将增大磁心中的功率损耗［Pcore(W)≈(ΔB)2x］。为了进一步降低电感值，又不出现过量的磁心损耗，简单地减少绕组匝数，无论如何都不是长久之计。
作为替代产品，将电感器的设计转变为采用具有良好磁心损耗特性的、较低磁导率（μ=55）和较高的成本的磁心是必要的。为得到给定要求的电感值，采用这种磁心的电感器要求绕组有较多的匝数。但是，绕组的匝数越多，其工作磁通密度就越低。在低磁导率磁心上利用较多匝数的绕组或原来匝数的绕组进行周期性检测，在测得较低电感值的数据中继续探索采用更低磁导率的磁心（μ=35与14）。
虽然低磁导率的磁心产生的功率损耗较低，但与其它用作磁心的材料比较时，它们的功率损耗仍然相对较高。为此，人们终于发现，使用较高价格材料的解决方法仍然存在着相对较高的磁心功率损耗，同时，由于绕组匝数因素的影响，也存在着较高直流铜损等趋势。
环形磁心线绕电感器的DCR公差，与绕组所用导线的电阻变化一样，是受实际的磁心尺寸公差和绕组缠绕在磁心上的紧密程度影响的。圆形电磁线的电阻值变化率被严格控制在±2%公差范围之内。但是，环形磁心线绕电感器的尺寸公差范围很大。因为它们是典型地用手工操作绕制的，或者充其量是用机器辅助加工的，绕组的紧密度更是变化的。如果不进行分类处理，用环形磁心线绕电感器的Vcore调压器得到的DCR值的公差小于±10%是不可能的，否则将急剧增加部件的造价。
另外，典型的环形磁心线绕电感器的电感值公差被控制在±10%，同时，应该加上因为绕组所置部位的差异而引起的漏感变化所导致的公差数字。
虽然电感器设计者可以引入严格的公差，但并没有现实数据支持这样严格的数字。如果工业生产中要求做到比±10%严格得多的公差范围，则必须采用新的电感器解决方法。
环形磁心线绕电感器本来就存在空间的有效利用问题。在环形磁心的中心一侧有一处特有的较大的空余面积，而且其绕组凸出在磁心尺度与磁心之间气隙的剩余空间范围之外，因此更增加了电感器在设备中总的占用空间。随着绕组紧密度的进一步变化，又增加了环形磁心线绕电感器的尺度。为此，在环形磁心线绕电感器设计中，不需要考虑其空间有效利用率的问题。
最后，我们回顾一下多匝环形磁心线绕电感器所采用的结构，它们要用数量相对较多的铜材，手工操作为主使综合劳动成本增加，铀材和一些其它原材料的价格居高不下。这些成本因素与较高价格的低磁导率铁粉心结合在一起，将持续使环形磁心线绕电感器停留在高价位上，这样，要使环形磁心线绕电感器来满足更小尺寸、更高效率、更严密公差和更低成本的Vcore调压器的解决方法是非常困难的。
4 THT功率磁珠电感器
在严格公差、减小尺寸、提高效率和降低成本等方面的努力下，推动了一系列替代环形磁心线绕电感器解决方法的研究。能够满足以上要求的替代解决方法之一，是用THT功率磁珠电感器（见图2所示）功率磁珠电感器由在开气隙的铁氧体磁心上的单匝绕组构成。
经粗略估算，在给定相同磁通密度和工作频率的情况下，铁氧体磁心的损耗大约是铁粉心损耗的1/20。这个引人注目的特性为降低Vcore调压器的损耗准备了条件。另外，铁氧体磁心不同于铁粉心，它不易因受热而老化。铁粉心在加工过程中要在铁粉中加入粘结剂，该粘结剂会因为温度的升高而被破坏，从而导致铁粉心损耗增大，又使磁心更加发热，甚至造成热失控状态。
由电感器DCR电流的检测可见，功率磁珠单匝绕组电感器的额定DDR值可以允许设计成任意小的数值。
用可能得到的最低DCR值和较低的磁心损耗相结合，能够成为高效THT功率磁珠电感的解决方法。
1匝绕组也会使DCR值的公差戏剧性地下降。引线可以预测严密的公差范围，因为引线尺寸在不依赖手工装配绕组的工艺过程或（和）磁心的公差时，DCR值已达到 ±4%的公差范围，这对于存在±10%以上公差的环形磁心线绕电感器而言，是令人非常满意的改进。
而且，功率磁珠电感器的电感量是依赖于位于对分磁心之间的物理间隙的，也完全取决于间隙的机械尺寸。因此，如果有要求，保持电感值的公差在±10%或更好一些是容易做到的。
功率磁珠电感器的物理空间仅由铁氧体磁心和铜导体组占据，不存在损失多余空间问题。所以，功率磁珠电感器的尺寸可以得到优化同时其安装占用的面积也将急剧减少。
采用开气隙铁氧体磁心仅仅存在一个缺陷。在任何电感器中，能量由磁心引导并储存在磁心的气隙之内。在设计铁粉心时，不同尺寸的气隙分布在整个磁心上。由峰值电流激励，磁通密度增大时，各个气隙在不同的时间饱和。这种分布气隙结构的固有影响是放慢了饱和的速度，同时使电感量随峰值电流的变化而逐渐滚降（rall-off）。
然而，在铁氧体磁心结构中，仅仅存在1个或2个分布气隙，这将导致磁心迅速地饱和，同时，随峰值电流的变化而产生更快的电感值滚降。因此，在设计功率磁珠电感器时，必须确保设计的零部件能够抵制峰值瞬变电流。只要正确地设计功率磁珠电感器，它们将比等效环形磁心线绕电感器获得更高的效率，更严密的公差和更小的尺寸。
5 实验结果
在尝试性实验中，验证了先前论述的关系。评价了三种正在使用的台式计算机应用的Vcore调压器中的电感器。根据降低电感值的趋势，我们分别设计了现阶段在用的台式计算机Vcore调压器应用的325nH电感器和两种下一代计算机应用的220nH和160nH电感器。
在每一种电感值等级中，THT卧式环形磁心线绕电感器采用铁粉心设计，THT功率磁珠电感器采用开气隙的铁氧体磁心设计。为在使用不稳定负载时避免出现任何可能的饱和，在功率磁珠电感器件中，要求能满足50Apk的额定电流，该值通常是每相最小直流电流的2倍。
另外，0.5mΩ的最小DCR值，保证了所有电感器可以使用在具有DCR电流的检测电路中。总的来说，THT功率磁珠电感器的DCR值公差是±4%，它比环形磁心线绕电感器设计提出±10%的公差好得多。
应该强调的是，被评价的所有电感器都是实际的产品而不是理论上的模型。每种电感值等级是在实际工作在12~1.2V/250KHZ条件下，具有10A~80A输出电流的三相演示板上测试的，其效率曲线由图3~图5提供。
因为演示板不能优化每一个变化的电感值，同时，原始演示板的设计要求每个电感器都布线在印制电路板（PCB）的下面，这说明所有测得的效率等级是较低的。然而，作为环形磁心线绕电感器解决方法和功率磁珠电感器解决方法的效率关系是不变的。因为采用功率磁珠电感器替代环形磁心线绕电感器节省的功率（测量值与计算值）分别示于图6，图7，而它们的尺寸关系比较则示于图8。
5.1 325nH电感器的解决方法
以产业化解决方法设计制造的325nH Vcore调压电感器（pulse pa1549NL）由磁导率为35的0.44 OD型铁粉心与由2×18GA导线绕制的4匝线圈构成。这种电感器设计的安装面积为14.5mm×14mm，额定DCR值为0.76mΩ，工作在12V~1.2V/250KHz时，计算得出的磁心损耗为560mW。
等效THT功率磁珠电感器（pulse pA2125NL）的安装面积为15.9mm×8.9mm，额定DCR值是0.54mΩ工作在12V~1.2V/250KHz，计算得出的磁心损耗为130MW。在图3中可见，功率磁珠电感器的效率在所有负载状况下都是良好的。在轻负载（24W）和重负载（84W）时，其功率分别节省1.2W和1.6W，比较预测的1.3W和1.7W（见图7）是令人满意的。总的安装面积减少了31%。
5.2 220nH电感器的解决方法
为使低电感值（220nH）的环形磁心线绕电感器解决方案不产生过大的磁心损耗，有必要提倡使用较低磁导率、较高成本的铁粉心。220nH的Vcore调压电感器(pulse PA2164NL)由环形磁心（磁导率为14，0.44 OD型铁粉心）和用2×18GA导线的6匝绕组构成。这种设计的安装面积为14.5mm×14mm，DCR的额定值为1.1mΩ，而计算得出的磁心损耗为136mW。
等效THT功率磁珠电感器（pulse PA 1894NL）具有10mm×10mm的安装面积，额定DCR值为0.51mΩ，计算所得的磁心损耗为130mW，如图4所见。因为磁珠电感器在满负载时的效率是良好的，但在轻负载时，低磁导率的环形磁心线绕电感器实际上的磁导率要稍为好一些。
在轻负载（24W）和重负载（84W）时分别节省的功率为0.4W和1.3W。这意味着在轻负载时，计算所得出的节能数据比在重负载时计算所得出的节能数据要低一些（见图7所示）。该功率损耗的差距可能是由元件的布局或由提供给计算的实际磁心的损耗变化引起的。总的来说，在重负载时节省1.3W，安装面积减少了50%以上的比较，使得功率磁珠电感器成为优良的解决方法。
5.3 160nH电感器解决方法
对于160nHVcore调压电感器(pulse PA2142NL)采用环形磁心的解决方法，再一次使用磁导率为14的0.44 OD型铁粉心，与用17GA导线的5匝绕组构成。这一设计的安装面积为14.5mm×14mm，额定DCR值为0.7mΩ，计算得出的磁心损耗为202mw。
等效THT功率磁珠电感器（pulse PA2080NL）的安装面积为10mm×7.5mm，DCR额定值为0.5mΩ。计算得出的磁心损耗是150mW，如图5所见。功率磁珠电感器的效率在轻负载里，或多或少高于其它电感器，在重负载时则更要高些。
作为比较，环形磁心线绕电感器设计采用高磁导率（μ=35）磁心也注意到了效率曲线。人们很清楚，即使这个设计的DCR值较低，磁心的损耗过大而使它成了粗劣的环形磁心线绕电感器解决方法。其轻负载和重负载时节省的功率分别为0.2W和0.9W（见图6所示），与计算所得出0.2W和.5W(见图7所示)比较，是令人满意的。另外，节省功率还体现在其安装面积下降了60%以上。
从以上分析中我们知道，在采用环形磁心线绕电感器解决方法时，使用低磁导率铁粉心可以弥补一些功率损耗。但是，DCR值增加的结果仍然使得THT功率磁珠电感磁珠电感器成为更有效的解决方法。效率的增加与令人满意的尺寸减小和DCR值公差的改善结合在一起，使得THT功率磁珠电感器为低电感值Vcore调压器的应用优化了解决方法。
多年来，环形磁心线绕电感器一直是桌面电子计算机中心电压调节器（Vcore）的支柱产品。客观地说，这种电感器存在着与它们的最低成本解决方法没有关系的体积尺寸大，公差范围宽和功率损耗高等问题，使得必需在这些问题上选择解决方法。
然而，由Vcore电压调节器引伸出来的三项要求的指标（尺寸、公差和效率）凸显出了环形磁心线绕电感器的负面影响。工程师们曾努力改进环形磁心线绕电感器的设计，以应对大范围综合经济状况变化所造成的要求其低成本而实际上的价格则在持续走高。其结果是环形磁心线绕电感器的使用领域减少，最终使得采用这种电感器的Vcone调压器只能选择较高的成本。
经研究筛选，发现通孔工艺（THT）制造的磁珠电感器克服了环形磁心线绕电感器的那些缺点，完全能满足发展了的Vcore调压器的要求。在Vcore调压器的应用中，功率磁珠电感器的特性可以通过对环形磁心线绕电感器的计算和测量结果得到验证。
2 对电压调节器的要求
每一种新秀处理器都要求更快的瞬态响应时间。更快的瞬态响应要求流经Vcore调压器中电感器的电流有快速变化的能力。但是，电感器内部的磁场会阻碍电流的变化（di/dt=Vcore/L），因此，在输出电压（Vout）固定时，增大di/dt的唯一途径是减少电感值（L）。
确切地说，因为电感值L的下降，流经电感器的纹波电流将增大，这意味着会急剧增大电感器的开关损耗。在过去的若干年中，电感值已成倍减小，期望在以后的几年中，电感值也能按相同的数量减少。
如同作为电感器载体的印制电路板（PCB）到处理器的线条长度缩短能使电感值减少一样，因为电感器电感值的减小，电路中的寄生电感值也有明显的变化。为消除掉这些并不需要的寄生电感，要求将Vcore调节器中的电感器封闭安装在处理器中。同时，为达到封闭安装要求，电感器的结构必须适合于放置在外伸的散热部件之底部。
另外，为了适应减少元件占有空间的要求，还需要创建使得更多元件安装在处理器上的条件，以减少每个元件装配的占“地”面积。为此，要求用低电感值、低高度外形和更小安装面积的电感器来获得要求的更快速的瞬态响应。
用电流检测元件来控制“过电流”保护和输出电压的下降，采用的是电感器绕组分布式直流阻抗（DCR）现行实际标准。这个DCR值是通过测量电感器两端的电压降得到的，而消除掉下降的这部分电压则应归功于电感值L。
客观上不考虑目前直接影响电流检测精度的电感器DCR值和电感量两者的公差。在过去的若干年中，存在的问题更多地集中到了公差上，这就增加了改进设计的压力。
历史地分析，Vcore调压器效率的解决方法，唯有在设计中着眼于热量的发散。但是，由于全部能量消耗成本都在末端用户体现，故目前存在的问题都聚集到了最终产品的效率上。新的Energy star效率指令以及从越来越小的物理空间转移来的越来越大的功率，都增加了热量管理的困难。由于快速瞬态响应和电感器直流阻抗（DCR）的建立可以同样地减小直流损耗，所以人们有能力使电感器上的开关损耗降下来，从而满足那些效率所要求的条件。
直流阻抗（DCR）的电流检测系统要求一些最小而又使人们满意的DCR值，以保持良好的电流检测信噪比。目前，在脉冲宽度调制电路的改进设计中已能够利用较低而又满意的DCR值。为优化效率，必须采用这些新设计的低值而又令人满意的DCR电感器。
不利于用较低电感量设计电压调节器的更严格要求有：更低高度的轮廓外形、更小的安装面积、更严密的直流阻抗（DCR）和电感值公差，以及改善其效率，对于最终产品的任何因素的价格上涨仍然是不允许的。因此，在不影响电感元件成本的情况下，所有这些改进设计的目标也都必须达到。
3 环形磁心线绕电感器存在的主要问题
以前，Vcore调压器使用的环形磁心线绕电感（见图1所示）是费用最小的解决方法。初期，这种电感器采用高磁导率（μ=75）、低成本的铁粉心。因为要降低电感值，故必需减少绕组的匝数（L=匝数2×磁导率）以达到低电感值的要求。
然而，减少绕组匝数将增加磁心侧的工作磁通密度（ΔB≈1/N），而高的磁通密度将增大磁心中的功率损耗［Pcore(W)≈(ΔB)2x］。为了进一步降低电感值，又不出现过量的磁心损耗，简单地减少绕组匝数，无论如何都不是长久之计。
作为替代产品，将电感器的设计转变为采用具有良好磁心损耗特性的、较低磁导率（μ=55）和较高的成本的磁心是必要的。为得到给定要求的电感值，采用这种磁心的电感器要求绕组有较多的匝数。但是，绕组的匝数越多，其工作磁通密度就越低。在低磁导率磁心上利用较多匝数的绕组或原来匝数的绕组进行周期性检测，在测得较低电感值的数据中继续探索采用更低磁导率的磁心（μ=35与14）。
虽然低磁导率的磁心产生的功率损耗较低，但与其它用作磁心的材料比较时，它们的功率损耗仍然相对较高。为此，人们终于发现，使用较高价格材料的解决方法仍然存在着相对较高的磁心功率损耗，同时，由于绕组匝数因素的影响，也存在着较高直流铜损等趋势。
环形磁心线绕电感器的DCR公差，与绕组所用导线的电阻变化一样，是受实际的磁心尺寸公差和绕组缠绕在磁心上的紧密程度影响的。圆形电磁线的电阻值变化率被严格控制在±2%公差范围之内。但是，环形磁心线绕电感器的尺寸公差范围很大。因为它们是典型地用手工操作绕制的，或者充其量是用机器辅助加工的，绕组的紧密度更是变化的。如果不进行分类处理，用环形磁心线绕电感器的Vcore调压器得到的DCR值的公差小于±10%是不可能的，否则将急剧增加部件的造价。
另外，典型的环形磁心线绕电感器的电感值公差被控制在±10%，同时，应该加上因为绕组所置部位的差异而引起的漏感变化所导致的公差数字。
虽然电感器设计者可以引入严格的公差，但并没有现实数据支持这样严格的数字。如果工业生产中要求做到比±10%严格得多的公差范围，则必须采用新的电感器解决方法。
环形磁心线绕电感器本来就存在空间的有效利用问题。在环形磁心的中心一侧有一处特有的较大的空余面积，而且其绕组凸出在磁心尺度与磁心之间气隙的剩余空间范围之外，因此更增加了电感器在设备中总的占用空间。随着绕组紧密度的进一步变化，又增加了环形磁心线绕电感器的尺度。为此，在环形磁心线绕电感器设计中，不需要考虑其空间有效利用率的问题。
最后，我们回顾一下多匝环形磁心线绕电感器所采用的结构，它们要用数量相对较多的铜材，手工操作为主使综合劳动成本增加，铀材和一些其它原材料的价格居高不下。这些成本因素与较高价格的低磁导率铁粉心结合在一起，将持续使环形磁心线绕电感器停留在高价位上，这样，要使环形磁心线绕电感器来满足更小尺寸、更高效率、更严密公差和更低成本的Vcore调压器的解决方法是非常困难的。
4 THT功率磁珠电感器
在严格公差、减小尺寸、提高效率和降低成本等方面的努力下，推动了一系列替代环形磁心线绕电感器解决方法的研究。能够满足以上要求的替代解决方法之一，是用THT功率磁珠电感器（见图2所示）功率磁珠电感器由在开气隙的铁氧体磁心上的单匝绕组构成。
经粗略估算，在给定相同磁通密度和工作频率的情况下，铁氧体磁心的损耗大约是铁粉心损耗的1/20。这个引人注目的特性为降低Vcore调压器的损耗准备了条件。另外，铁氧体磁心不同于铁粉心，它不易因受热而老化。铁粉心在加工过程中要在铁粉中加入粘结剂，该粘结剂会因为温度的升高而被破坏，从而导致铁粉心损耗增大，又使磁心更加发热，甚至造成热失控状态。
由电感器DCR电流的检测可见，功率磁珠单匝绕组电感器的额定DDR值可以允许设计成任意小的数值。
用可能得到的最低DCR值和较低的磁心损耗相结合，能够成为高效THT功率磁珠电感的解决方法。
1匝绕组也会使DCR值的公差戏剧性地下降。引线可以预测严密的公差范围，因为引线尺寸在不依赖手工装配绕组的工艺过程或（和）磁心的公差时，DCR值已达到 ±4%的公差范围，这对于存在±10%以上公差的环形磁心线绕电感器而言，是令人非常满意的改进。
而且，功率磁珠电感器的电感量是依赖于位于对分磁心之间的物理间隙的，也完全取决于间隙的机械尺寸。因此，如果有要求，保持电感值的公差在±10%或更好一些是容易做到的。
功率磁珠电感器的物理空间仅由铁氧体磁心和铜导体组占据，不存在损失多余空间问题。所以，功率磁珠电感器的尺寸可以得到优化同时其安装占用的面积也将急剧减少。
采用开气隙铁氧体磁心仅仅存在一个缺陷。在任何电感器中，能量由磁心引导并储存在磁心的气隙之内。在设计铁粉心时，不同尺寸的气隙分布在整个磁心上。由峰值电流激励，磁通密度增大时，各个气隙在不同的时间饱和。这种分布气隙结构的固有影响是放慢了饱和的速度，同时使电感量随峰值电流的变化而逐渐滚降（rall-off）。
然而，在铁氧体磁心结构中，仅仅存在1个或2个分布气隙，这将导致磁心迅速地饱和，同时，随峰值电流的变化而产生更快的电感值滚降。因此，在设计功率磁珠电感器时，必须确保设计的零部件能够抵制峰值瞬变电流。只要正确地设计功率磁珠电感器，它们将比等效环形磁心线绕电感器获得更高的效率，更严密的公差和更小的尺寸。
5 实验结果
在尝试性实验中，验证了先前论述的关系。评价了三种正在使用的台式计算机应用的Vcore调压器中的电感器。根据降低电感值的趋势，我们分别设计了现阶段在用的台式计算机Vcore调压器应用的325nH电感器和两种下一代计算机应用的220nH和160nH电感器。
在每一种电感值等级中，THT卧式环形磁心线绕电感器采用铁粉心设计，THT功率磁珠电感器采用开气隙的铁氧体磁心设计。为在使用不稳定负载时避免出现任何可能的饱和，在功率磁珠电感器件中，要求能满足50Apk的额定电流，该值通常是每相最小直流电流的2倍。
另外，0.5mΩ的最小DCR值，保证了所有电感器可以使用在具有DCR电流的检测电路中。总的来说，THT功率磁珠电感器的DCR值公差是±4%，它比环形磁心线绕电感器设计提出±10%的公差好得多。
应该强调的是，被评价的所有电感器都是实际的产品而不是理论上的模型。每种电感值等级是在实际工作在12~1.2V/250KHZ条件下，具有10A~80A输出电流的三相演示板上测试的，其效率曲线由图3~图5提供。
因为演示板不能优化每一个变化的电感值，同时，原始演示板的设计要求每个电感器都布线在印制电路板（PCB）的下面，这说明所有测得的效率等级是较低的。然而，作为环形磁心线绕电感器解决方法和功率磁珠电感器解决方法的效率关系是不变的。因为采用功率磁珠电感器替代环形磁心线绕电感器节省的功率（测量值与计算值）分别示于图6，图7，而它们的尺寸关系比较则示于图8。
5.1 325nH电感器的解决方法
以产业化解决方法设计制造的325nH Vcore调压电感器（pulse pa1549NL）由磁导率为35的0.44 OD型铁粉心与由2×18GA导线绕制的4匝线圈构成。这种电感器设计的安装面积为14.5mm×14mm，额定DCR值为0.76mΩ，工作在12V~1.2V/250KHz时，计算得出的磁心损耗为560mW。
等效THT功率磁珠电感器（pulse pA2125NL）的安装面积为15.9mm×8.9mm，额定DCR值是0.54mΩ工作在12V~1.2V/250KHz，计算得出的磁心损耗为130MW。在图3中可见，功率磁珠电感器的效率在所有负载状况下都是良好的。在轻负载（24W）和重负载（84W）时，其功率分别节省1.2W和1.6W，比较预测的1.3W和1.7W（见图7）是令人满意的。总的安装面积减少了31%。
5.2 220nH电感器的解决方法
为使低电感值（220nH）的环形磁心线绕电感器解决方案不产生过大的磁心损耗，有必要提倡使用较低磁导率、较高成本的铁粉心。220nH的Vcore调压电感器(pulse PA2164NL)由环形磁心（磁导率为14，0.44 OD型铁粉心）和用2×18GA导线的6匝绕组构成。这种设计的安装面积为14.5mm×14mm，DCR的额定值为1.1mΩ，而计算得出的磁心损耗为136mW。
等效THT功率磁珠电感器（pulse PA 1894NL）具有10mm×10mm的安装面积，额定DCR值为0.51mΩ，计算所得的磁心损耗为130mW，如图4所见。因为磁珠电感器在满负载时的效率是良好的，但在轻负载时，低磁导率的环形磁心线绕电感器实际上的磁导率要稍为好一些。
在轻负载（24W）和重负载（84W）时分别节省的功率为0.4W和1.3W。这意味着在轻负载时，计算所得出的节能数据比在重负载时计算所得出的节能数据要低一些（见图7所示）。该功率损耗的差距可能是由元件的布局或由提供给计算的实际磁心的损耗变化引起的。总的来说，在重负载时节省1.3W，安装面积减少了50%以上的比较，使得功率磁珠电感器成为优良的解决方法。
5.3 160nH电感器解决方法
对于160nHVcore调压电感器(pulse PA2142NL)采用环形磁心的解决方法，再一次使用磁导率为14的0.44 OD型铁粉心，与用17GA导线的5匝绕组构成。这一设计的安装面积为14.5mm×14mm，额定DCR值为0.7mΩ，计算得出的磁心损耗为202mw。
等效THT功率磁珠电感器（pulse PA2080NL）的安装面积为10mm×7.5mm，DCR额定值为0.5mΩ。计算得出的磁心损耗是150mW，如图5所见。功率磁珠电感器的效率在轻负载里，或多或少高于其它电感器，在重负载时则更要高些。
作为比较，环形磁心线绕电感器设计采用高磁导率（μ=35）磁心也注意到了效率曲线。人们很清楚，即使这个设计的DCR值较低，磁心的损耗过大而使它成了粗劣的环形磁心线绕电感器解决方法。其轻负载和重负载时节省的功率分别为0.2W和0.9W（见图6所示），与计算所得出0.2W和.5W(见图7所示)比较，是令人满意的。另外，节省功率还体现在其安装面积下降了60%以上。
从以上分析中我们知道，在采用环形磁心线绕电感器解决方法时，使用低磁导率铁粉心可以弥补一些功率损耗。但是，DCR值增加的结果仍然使得THT功率磁珠电感磁珠电感器成为更有效的解决方法。效率的增加与令人满意的尺寸减小和DCR值公差的改善结合在一起，使得THT功率磁珠电感器为低电感值Vcore调压器的应用优化了解决方法。
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