考虑了漏磁通的功率电感器选择指南

考虑了漏磁通的功率电感器选型指南

降低功率电感器漏磁通的磁屏蔽特性

用于电子设备电源中的小型SMD线圈称为功率电感器。将铜线卷绕在铁氧体鼓芯上的绕组型以及金属一体成型型的金属线圈是该产品主流。与积层型相比，其可使用较粗的铜线，因此可应对更大的电流。
在磁性体的磁环磁芯(圈状磁芯)上进行卷绕，并流过电流时，磁通将会在磁芯内部进行回流。这种磁路称为闭合磁路。使用棒状或鼓状磁芯时，磁通将从磁芯内部流出至外部，成为漏磁通(leakage flux)，并再次回到磁芯中，形成一个环状。这称为开放磁路。
在电子设备中，电感器的漏磁通与其他线圈或配线图案等发生磁耦合时，会导致电感发生变化，或形成噪音。尤其在流过大电流的功率电感器中，由于漏磁通更大，因此很多产品中均采用了各种磁屏蔽结构，以尽可能防止磁通泄漏至外部。
从磁屏蔽方面来看，功率电感器可分类为以下几种类型。

表1　从磁屏蔽方面分类的功率电感器类型

无屏蔽型	仅仅在鼓芯上进行卷绕，几乎没有磁屏蔽的类型。
树脂屏蔽（半屏蔽）型	通过混炼了铁氧体或软磁性金属等磁性粉的树脂，在所卷绕鼓芯周围进行成型的类型。虽然磁屏蔽效果有限，但拥有能够降低成本的优点。
全屏蔽型	通过将铁氧体屏蔽磁芯覆盖在鼓芯周围，形成接近闭合磁路结构的类型。但磁屏蔽并不完美，屏蔽磁芯与鼓芯结合部的气隙以及端子部会发生漏磁通。屏蔽磁芯拥有环型、L型等各个形状，除了漏磁通强度及分布之外，成本也会因结构而有所不同。
金属一体成型型	其并非使用了鼓芯的绕组型，而是制作空心线圈，并将其埋设在与粘合剂（耦合材料）混合的软磁性金属粉中进行一体成型的类型。由于没有气隙，因此其减少漏磁通的效果优于全屏蔽型。但其表面等会发生极少的漏磁通。

图1　开放磁路结构以及闭合磁路结构的功率电感器

通过近磁场分析将功率电感器的漏磁通表现为3D图形

在同时考虑成本、性能以及尺寸等时，选择哪种类型的功率电感器成为困扰设计者们的问题。TDK通过使用近磁场测量系统测量功率电感器的漏磁通，并将其可视化，帮助客户选择最为适合的功率电感器。

图2所示为该系统的基本结构。
使用带微小环状天线的磁场探针，以半个功率电感器高度扫描贴装在DC-DC转换器评估板上的功率电感，测量功率电感器周边磁场强度。得到的时间波形数据通过光谱分析仪转换为光谱波形，并将其转换为3D图形显示在屏幕上。

图2　功率电感器周边近磁场的测量及可视化系统的结构

漏磁通极少的金属一体成型SPM系列

将TDK功率电感器的代表产品VLS-EX系列、CLF-NI系列、SPM系列的漏磁通可视化的3D图形如图3所示。

图3　3款TDK功率电感器产品的近磁场3D图形

VLS-EX系列为树脂屏蔽(半屏蔽)，CLF-NI系列为全屏蔽，SPM系列为金属一体成型的功率电感器。测量使用的尺寸基本相同。
水平磁场拥有方向性，环状天线面与磁通垂直相交时，环状天线的电动势为最大。因此，对于水平磁场，将探针旋转至四个方向（每45°），测量最大电压。
越接近红色磁场强度越大，越接近蓝色则越小。在水平方向以及垂直方向，CLF-NI产品比VLS-EX产品的磁场强度小，漏磁通更少，而SPM产品则比CLF-NI产品的磁场强度小，漏磁通更少。

功率电感器漏磁通对策重点

即使是闭合磁路结构的磁屏蔽型，也不可能不产生漏磁通。漏磁通取决于线圈的结构。同时，在纵向卷绕线圈中，由于极性也会有所影响，因此在于信号相互增强的方向以及相互减弱的方向中，漏磁通的影响也各不相同。无论是无屏蔽型、半屏蔽型还是全屏蔽型的功率电感器，都需要注意周围信号线的配线。

若仔细设计之后仍然未能降低来自功率电感器漏磁通的影响时，请尝试以下对策。

●尝试改变线圈极性

●尝试改变配线图形

●尝试更换为屏蔽效果更好的产品

●尝试更换为更为小型的产品(可降低漏磁通的影响)

TDK的金属一体成型型SPM系列功率电感器的漏磁通较少，适合必须配置在信号线附近，或因使用了树脂外壳导致从箱体中发出噪音时使用。同时，与全屏蔽型相比，由于一体成型结构没有磁芯组合，因此还可有效降低拍音。
使用了铁氧体磁芯的功率电感器的特点在于，电感的种类更多，可应对较高的电感值。其量产性优异，多用于各类设备中。
各类型功率电感器拥有各自的特长与优点。请区分使用，使其各得其所，从而为产品制造提供支持。

功率电感器产品一览

在TDK的网站中，可通过成本、性能、尺寸等各种条件搜索产品。

请通过下述链接地址调整搜索参数，选择最合适的功率电感器。

 

　　审核编辑：汤梓红