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
3 Y" l5 U( ]! W) {2 S5 l1 z8 q5. 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：

$ j9 g! o) _2 |7 R* o' N （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。

VLS6045EX （6.0x6.0x4.5 mm）
L（μH）	RDC（mΩ） 4 n; m% A  M+ S- P+ q: X& T	RDC_Tr（mΩ）	IDC（A） ( V; M4 o0 S& L% n7 M  a0 M	PCU（W）	ΘTH（˚C/W）
1.5	17 1 G5 R: H! Z) s/ H	19.67 6 Z8 W5 T) ~9 z/ g9 X2 d0 V. v	5.3	0.55 * X  L* ?3 ]! H2 q: c	72 3 ]' f6 P$ s6 I4 ]2 @* U( B
2.2	19 6 Z* B8 n- M' R" G% w4 R- b" I	21.99 3 |7 |2 z2 b: Q$ Q1 n	5.1	0.57	70
3.3	23	26.62	4.95	0.65 7 E1 s/ y# g: ~	61
4.7 , ?9 m' O+ P0 r0 f8 {	27	31.24	4.2	0.55	73
6.8	36 % r, r9 u5 y! [7 }2 l9 z	41.66	3.6	0.54 " V3 S, S# G3 D  u	74
10	47 . n' u. q: H/ P2 x; ?/ {	54.39 ) }3 n, c6 C8 Q2 a3 X" H) ]	3.4 + A, R& M+ c- o. e3 o	0.63	64 ; F# s" y7 e/ [  R! l

" o( t% I; b( C$ q* ]表2、VLS6045EX系列电感在温升40˚C时之热阻

; m& n( x; m5 w) F/ y4 p: g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。

" H7 e# e0 H9 C3 `/ U- h

9 e- V% r3 {" _) Q5 b' Q	VLS6045EX （6.0x6.0x4.5mm） 9 `& A, e, `$ [- u3 P3 y	SPM6530 （7.1x6.5x3.0mm） : ^( g2 J9 |7 r/ D! M7 N/ [6 z
L（μH）	ΘTH（˚C/W）
1.5	72	29
2.2	70   V- i. S1 S/ a! W& K  r	30
3.3	61	28 , H3 P. S6 K8 s+ H
4.7	73	31 : Q2 A( u( |4 ~6 }- R1 ^" j
6.8 # }4 d/ `& Z2 b  Q1 ~	74 4 A: ]9 f. i# n0 F$ R	45
10	64 * l7 W+ c7 |# p6 Q9 c% U2 `	40

$ R5 o4 e; Q- y  w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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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。
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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。

$ F- z) U& S/ z6 x7. 封装结构（shield structure）

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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* r+ o  K2 I1 K6 X& `" H图10、冲压式电感上方及侧边3mm处之所量测之漏磁场大小
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Structure Location		Non-shielded	Semi-shielded	Shielded % E1 s% e7 j2 A' d8 Z" F% s	Molded
Amplitude （dBμV）	3mm Above . x/ e* J! I& D$ b. T# e8 ]. g5 ^	87.1	83.2 , K7 _+ E6 @: x2 G	76.0 + B5 ]9 O- N3 D, k, x0 W	73.3 4 y* T6 I; b) L' A0 f
Amplitude （dBμV）	3mm Aside 5 c* B- T, d$ F0 r2 R2 J	71.3	66.8 * P. [5 Q" f! Z  x: A	59.8	57.8

表4、不同封装结构电感之漏磁场大小比较

; |1 ^1 d( i9 H% A; m' H( y+ x8. 耦合（coupling）
. I# }$ z; h4 c/ M$ H! b: S
, d. V( K0 f. \0 W2 _9 K+ M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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