近幾年隨著國內(nèi)電感原材料供應(yīng)鏈的不斷完善，生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，自2010年我國電感行業(yè)進(jìn)入了飛速的發(fā)展階段。但在近兩年也開始呈現(xiàn)出了不少問題，新進(jìn)入企業(yè)不斷增多，產(chǎn)能已開始過剩，加上上游原材料價(jià)格、人工成本持續(xù)上漲，導(dǎo)致行業(yè)利潤已明顯降低。市場上各電感產(chǎn)品目前仍以follow美系、日系規(guī)格為主，而美系、日系品牌仍然占據(jù)主要的高端市場。因此，我國功率電感行業(yè)競爭日趨激烈。

      面對這一現(xiàn)狀，電感行業(yè)業(yè)內(nèi)企業(yè)要積極應(yīng)對，注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力，不斷提高產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)效率，不斷改良電感磁性材料及成品特性，并制定正確的發(fā)展策略以使企業(yè)在殘酷的競爭中取得領(lǐng)先優(yōu)勢。就目前市場上的大電流功率電感而言，現(xiàn)仍以一體成型電感，或扁平線組合式電感居多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特性業(yè)已僵化，已無法滿足市場日益增長的對產(chǎn)品特性及成本優(yōu)化的需求。

      下面就讓我們一起來認(rèn)識一款新型的超級功率電感（FSIS系列），產(chǎn)品外觀圖如下： 

    有沒有第一眼就有點(diǎn)覺得產(chǎn)品整體美觀、上檔次！

    好，接下來我們先就功率電感的主要特性指標(biāo)逐項(xiàng)進(jìn)行深入對比解析。

  1. 電感量

      電感量，簡單講就是電感線圈阻礙電流通過的能力?，F(xiàn)市場上主要代表性的大電流功率電感如圖：

          * 圖4： 一體成型式+圓銅線圈 

          * 圖5：鐵硅合金磁芯+扁銅線圈 

           *圖6：功率錳鋅磁芯+扁銅線圈，按磁芯形狀主要為PQ、EQ系列。

       因電感量L=AL*N2，在AL一定的條件下（下詳解），感值與線圈圈數(shù)的平方成正比。由于此三類電感線材結(jié)構(gòu)的天然特性，或加工成型工藝限制，線圈圈數(shù)有限，因此能提供的感量也有限。經(jīng)綜合產(chǎn)品尺寸及特性后，通常能提供的感量對比如下（表一）：

                                 * 注：表中IDC為溫升電流（Irms.）與飽和電流（Isat.）兩者最小值，取Isat.為1.3*Irms.或以上，且FSIS系列

                                          Isat.值通常取在加載Irms.時(shí)的熱測值（下詳解）。

       下面讓我們來剖析下這款FSIS超級功率電感的結(jié)構(gòu)，如圖7：

         此大電流功率電感由外周全封閉的上磁芯、線圈、開口的下磁芯、絕緣端子、焊接端子組成。線圈圈數(shù)無產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及成型工藝束縛（可多層繞制），且可自動化加工預(yù)制，產(chǎn)品電感量可根據(jù)工程師的需要繞制。當(dāng)然，需要同時(shí)折中考慮產(chǎn)品尺寸、電流大小來決定所選用的線徑及圈數(shù)（感值）。

         同時(shí)封閉的結(jié)構(gòu)無磁漏，可以把磁場更緊密地約束在線圈周圍，因而增大了電感量。

  2.    阻抗

         電感的總阻抗：

                 Z=R+jX  (X=2πfL)

      X - 是電感的振蕩或儲能項(xiàng)，不消耗能量，所以不會引起發(fā)熱發(fā)燙的問題。

      R - 是電感的消耗項(xiàng)，以焦耳熱的形式消耗，P=I*I*R ；

      R項(xiàng)由銅損和鐵損組成，銅損在高頻時(shí)主要由趨膚效應(yīng)引起，(很低頻時(shí)實(shí)際上算DCR就可以了) ；鐵損跟磁材的 u“ 有關(guān)，主要是磁滯損和渦流損；

磁滯損跟頻率一次方成正比，渦流損跟頻率二次方成正比；故此，在低頻（1MHz）時(shí)，鐵損以磁滯損的貢獻(xiàn)最大；在磁滯曲線上，磁滯損就是H場和B場的乘積積分，簡單一點(diǎn)說，就是磁滯曲線的面積。

          一旦選定合適的磁芯材料，鐵損的部份就無法有效降低或避免，剩下來的我們就重點(diǎn)討論銅損的因素了。當(dāng)流經(jīng)電感的紋波電流頻率較高時(shí)，我們不得不重視電流趨膚效應(yīng)的問題。 至于引起趨膚效應(yīng)的原理，本文不做深入討論。粗線地講，趨膚效應(yīng)會使導(dǎo)線的有效載面積減小，從而使它的等效電阻隨頻率增加。如在100KHZ左右，實(shí)際有效導(dǎo)電面積只有初始面積的70%。 有效地增加導(dǎo)電面積的辦法可以采用多股線來代替總載面積相同的實(shí)心導(dǎo)線。

          所以，在評估電感的損耗大小時(shí)，工程師們不能只單純地比較DCR, 還應(yīng)考慮導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)，與實(shí)際工作電流的頻率相關(guān)。FSIS系列電感便使用了單根線徑0.1mm的多股線，并且直流電阻DCR比其它系列并不遜色，甚至在33uH以上比其它系列更優(yōu)（如表一）。相應(yīng)地，在高頻條件下Q值表現(xiàn)更加優(yōu)異。

          當(dāng)然，表一中的PQ系列是個(gè)特例。 通常地，市場上PQ系列均采用一固定扁平線圈（固定線材規(guī)格、圈數(shù)），然后根據(jù)不同感值需要來磨磁芯中柱。DCR固定且比較小，但犧牲了其它特性，無法提供較高感值（通常在33uH以下），且飽和電流很低。無耐也只有這種選擇，因?yàn)镻Q磁芯的結(jié)構(gòu)使得必須加大磁芯底厚，使得磁芯組合后的容納空間較少，也就不能容納更多圈數(shù)的繞組線圈了。

  3.    額定電流（IDC）

         通常電感的額定電流取溫升電流（Irms.）與飽和電流 (Isat.) 兩者的最小值。但，這并不夠嚴(yán)謹(jǐn)！我們先來看看兩者的定義。

         溫升電流（Irms.）：使電感本體溫度相比環(huán)境溫度（標(biāo)值通常取環(huán)境溫度為25℃時(shí)測量）上升30-40℃所通的最大直流電流值或最大交流有效電流值                                           （均方根值），即ΔT < 30-40℃。

         飽和電流 (Isat.)：使電感感值下降20%-35% 時(shí)所通的最大直流電流值或最大交流有效電流值（均方根值），即ΔL < 20%-35%。

         飽和電流是一個(gè)重要的指標(biāo)，一旦電感飽和，會在線路中產(chǎn)生噪音/雜訊，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致輸出能量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。通常開關(guān)型變換器電感內(nèi)部電流為  鋸齒波，飽和發(fā)生在一個(gè)充放電周期內(nèi)，電流接近最高點(diǎn)位置，這時(shí)，由于飽和導(dǎo)致電感量下降，電流充放電的斜率會迅速增加。如圖8，是電感飽和及未飽和情況的電流波形。

         作為一般的設(shè)計(jì)原則，務(wù)必要選取一個(gè)電感的飽和電流大于變換器的充電峰值電流。當(dāng)電感的參數(shù)規(guī)格標(biāo)注Irms. 與Isat. 接近時(shí)，選用電感IDC時(shí)須要小心，一般取Isat. > 1.3* Irms. 比較合適。

       * 特別地，工程師需要考慮工作電流對電感溫升的影響。 當(dāng)磁芯材料溫度升高時(shí)，此時(shí)磁芯更容易飽和。熱飽和原理可遵循居里溫度定義。

電感磁性材料的居里溫度（表二）：

        嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，電感設(shè)計(jì)時(shí)所求得的Isat. 應(yīng)該是在模擬電感工作狀態(tài)下通電Irms. 且磁芯達(dá)到熱平衡條件下所測值。Isat.熱測值更具有指標(biāo)性意義！這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)FSIS系列電感時(shí)已有充分考慮。

  4.    噪音（buzz noise）

         電感噪音產(chǎn)生的根本原因是磁致伸縮。 

         磁致伸縮是鐵磁物質(zhì) (磁性材料）由于磁化狀態(tài)的改變，其尺寸在各方向發(fā)生變化。如同物質(zhì)有熱脹冷縮的現(xiàn)象。除了加熱外，磁場和電場也會導(dǎo)致物體尺寸的伸長或縮短。鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復(fù)原來的長度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象（或效應(yīng)）（如圖9）。

         由于磁致伸縮材料在磁場作用下，其長度發(fā)生變化，可發(fā)生位移而做功，或在交變磁場作用可發(fā)生反復(fù)伸張與縮短，該振動方式再經(jīng)由傳遞媒介（如繞組、空氣、BOBBIN等）放大，而且又在音頻（20~20KHZ）而引起的，所以我們感覺到了噪音。

        電感噪音對工程師們一直是個(gè)頭痛的問題。 噪音的發(fā)生基本上是無解的，沒辦法完全避免，不過，卻可以經(jīng)由種種的方法去減輕，去降低，以及避開音頻，來解決客戶的問題，達(dá)到聽不見為干凈的效果。一般以降低傳遞路徑的傳遞效果是最簡單最有效的方法，如加強(qiáng)凡立水，加強(qiáng)點(diǎn)膠或封膠，讓線及電感結(jié)構(gòu)更扎實(shí)，或更換磁致伸縮或磁漏更少的磁芯材料等等。

        如果以上方法，還是聽得見噪音，可考慮改變工作頻率，以減輕材料間的共振幅度（振幅越大，噪音越大），達(dá)到降低或避開的方法。

        然而更換磁芯材料會很有可能犧牲產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性或增加額外的成本，調(diào)整工作頻率也是一個(gè)繁瑣的系統(tǒng)工程，在工程師們花大量精力折中調(diào)整頻率后也不一定能達(dá)到降噪的效果。

        FSIS系列電感在一開始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了降噪的問題。將上磁芯設(shè)計(jì)成外周完全磁封閉狀，下磁芯底部側(cè)邊開口（如圖7），并以上磁芯整體高度盡可能大于下磁芯高度，再磨上磁芯中柱取得儲能氣隙。通常，電感噪音主要經(jīng)由磁芯中柱氣隙中的空氣振動傳出。該系列電感設(shè)計(jì)的磁芯內(nèi)腔圓滑，聲波在近乎全封閉的、光滑的磁芯內(nèi)圓腔內(nèi)反復(fù)折射、振蕩后能量便逐漸消失。 如個(gè)別案例有少量的聲波在開口處衍射出來，便可在開口處點(diǎn)膠使開口縫隙變小，便達(dá)到“靜音”的效果。

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