电感厂大功率电感内部资料

功率电感之大电流电感

随着电气技术的发展，对电源在高频率，高效率，环保，尺寸，安全，低温升，低噪音，抗干扰E等方面不断提出新的要求，在结构上提出“轻、薄、短、小”的要求，对关键器件提出了扁平化，轻量化，低功耗和高性能的要求，体现在磁性器件方面，尤其是非隔离DC-DC模块电源中，贴片化和扁平化（低高度）成为一种趋势。CODACA从2001年成立至今，已专注生产电感14年，其产品系列不断推陈出新，顺应时代的发展，无论是技术积累还是品质和性价比，都奠定了CODACA这一电感品牌越来越具有影响力。

对于电源工程师以及磁性器件件工程师而言，高频化大功率电路对产品体积要求越来越严苛，功率密度要求越来越大，只有对功率电感有了更系统了解，尤其是大电流电感，才能设计和选型更优化的电感。

本文系统的对功率电感的相关知识进行阐述整理，主要包括功率电感的定义、选型因素、常用磁性材料、功率电感的工作点、典型电气参数、非典型参数、扁平线绕组的优势，常用拓扑结构和关于温升、饱和和噪音三个问题的建议。

1.功率电感的定义

功率电感(Power Inductor),顾名思义，用在电路中传输功率的电感。电感在电路中主要用来处理功率，信号和电磁兼容（EMC），其中负责功率传输的主要包括升压电感（boost），降压电感（buck），升降压电感（buck-boost），功率因素校正电感（PFC），正激电路输出侧的直流输出滤波电感（相当于buck）和逆变电路输出侧的逆变电感等，这些电感同时承担着储能和平滑滤波的作用；其中用于EMC的电感分为共模电感和差模电感，差模电感在电路中主要滤除差模干扰，无论传输电流是

直流电还是交流电，都需要承担滤波和储能的作用，因此在本篇文章中，从能量储存的角度讲，也将差模电感归入功率电感范畴。

2.功率电感的选型因素：

1)电感的电气特性，主要饱和特性，温升特性，频率特性等；

2)电感的机械特性，主要尺寸限制，贴装方式，机械要求等；

3)电感的使用环境，电气条件裕量，环境温湿度，酸碱度等；

4)电感的性价比（品质，品牌，技术支持，服务，付款条件等）；

5)电感的新型研发，深度定制和快捷样品反馈以及批产能力；

功率电感的选型因素很多，对于设计人员或者采购人员而言，在满足主要考量因素的情况下，尽可能的平衡其他因素。比如成本为主要考虑因素，磁芯可选用廉价的铁粉心，但产品的尺寸和损耗可能会比较大，或者选用没有品质保证的供应商，但客户服务和技术支持会比较差些等；比如产品的温度特性有严格要求，可能需要成本昂贵的MPP磁芯或者羰基铁粉心等。CODACA从2001年成立至今，已专业生产电感14年，无论是技术积累还是品质和性价比，都奠定了CODACA这一电感品牌越来越具有影响力。

3.功率电感常用磁性材料

常用的软磁材料主要分为镍锌（NiZn）铁氧体和锰锌（MnZn）铁氧体，全系列金属磁粉心（High-Flux，MPP，Sendust，Fe-Si，Fe-Si-Cr，Fe-Si-Ni，IRON Powder，Nanodust等），非晶/纳米晶，叵末合金和硅钢等。本文就CODACA普通贴片功率电感、一体成型电感和组装式大电流电感所用材料重点进行介绍。

镍锌（NiZn）铁氧体，有着极高的电阻率，等同于绝缘体，其磁导率10~2000，饱和磁通密度0.25T~0.44T,应用频率0.1~100MHz，低磁导率可达GHz，主要用来做

磁棒，螺纹磁心，环形磁芯，工字磁芯，多孔磁珠，贴片功率电感用工字磁芯以及屏蔽外壳等。普通贴片功率电感的磁导率多为NX-400，NX-500，插件工字电感,棒形电感多采用NX-100,NX-400,NX-700,NX-1000。贴片功率电感系列主要有SP, CWPA,SPRH,SPRB, SPM.SPE,SPD, SPDR,SPC,SPF等。此类电感的应用频率高，功耗小，工艺成熟，是目前市场最常见的小功率电感。除此之外，还有采用低温共烧工艺（LTCC）、印刷工艺制作的铁氧体叠层电感CFI以及磁珠CFB。

锰锌（MnZn）铁氧体，主要分为高导铁氧体，功率铁氧体和电信用温度稳定性铁氧体，磁导率800~18000，饱和磁通密度Bs 0.4T~0.54T,居里温度Tc 120℃~280℃，应用频率10KHz~4MHz，电阻率比NiZn小，且材料具有“硬”饱和特性（电感量随着电流增大有陡然衰减现象），故在设计时需谨慎考量。一般将磁导率大于5000称为高导铁氧体，磁导率最高可达18000，主要用来制作宽带变压器，驱动变压器，电流互感器和共模电感等。高导铁氧体最常用于共模电感，吸收和反射电路中共模干扰，主要滤除30MHz以内的传导干扰。功率铁氧体的磁导率2000~2500（PC95 3300），饱和磁通密度Bs均大于0.48T，主要用来制作开关电源高频变压器，输出电感，谐振电感等。TDK的牌号主要包括PC30,PC40,PC44,PC45,PC46,PC47,PC90， PC95，在100KHz/200mT下，PC47的损耗低于250mW/cm3，而PC95在全温度范围内（25℃~120℃）损耗密度低于350 mW/cm3,在90℃低至280 mW/cm3，市面常见PC40(410 mW/cm3)和PC44(300 mW/cm3)。国内横店东磁和天通等磁芯厂商经多年发展，性能优异。功率铁氧体制作成功率电感时，主要通过在磁路中开气隙储存能量。由于气隙处存在杂散磁场，当应用频率过高或者交流磁感应强度太大，首先会引起较大的电磁干扰，其次气隙处可能产生噪音，第三杂散磁场会使得附近绕组产生涡流损耗，形成热点，长时间工作绝缘受损，最终电感短路失效。基于以上三点，所以磁芯需要合理分配

气隙位置和气隙深度。在高频下其自身材料损耗密度远小于金属磁粉心，且磁芯形状多样，常见型号EC,EE，ER,EP,PQ,RM,EQ等，配合我司成熟的扁平线绕线工艺，是大电流功率电感的主要方案，可生产成扁平线大电流电感。目前我司电感CSCM,CSCE,CSCF等系列产品，包括用于D类数字功放领域的CPD,CSD系列，均是MnZn 功率铁氧体作为功率电感材料的具体应用。

铁粉心，属于磁粉心家族的成员，采用粉末冶金工艺，将磁性材料颗粒和绝缘树脂按一定比例粘合后高压压制成型，饱和磁通密度高达为1.0~1.5T，是铁氧体Bs 的2~3倍，天然具有分布式气隙，因此具有较高的储能能力。不像铁氧体和纳米晶等需要单独开气隙，因此EMC效果好。铁粉心主要分为氢还原铁粉心和羰基铁粉心。氢还原铁粉，一般称为铁粉心，磁导率Ui从10~100，价格相对低廉，按照美国微金属（MICROMETAL）牌号，常见有-2，-26，-52，-18，-18，-40。-2（10）材为红青环，损耗最低，-14（14）为黑红环，与-2材相比，磁导率略大，损耗相似。-18（55）常用来替代昂贵的-8（35），-40（60）为最为便宜的材料。最为常见得为黄白环-26（75）材质，性价比最好，适用于尺寸要求要求不严格，温升比较大的场合，可用-52材（75）绿蓝环替代进行优化。这类铁粉心具有老化问题，所以使用温度要求不宜过高，一般要求低于100度。这类铁粉心常用来压制成环形磁芯,也可压制成EE 型和EC型。CODACA扁平线大电流电感CSB,CSCM,CSCD,CSCG等系列是由自发研制的磁粉心生产的。另一类铁粉心为羰基铁粉心（Carbonyl Iron powder），频率从10KHz 高达500MHz，磁导率1~35，主要用于射频领域，与普通铁粉心相比，应用频率高，损耗小且温度系数小。其中-4（9）材质为蓝白环，常用与谐振电感，用在LLC等谐振电路中，较为常见，其中-2（10）， -6（8.5），-7（9），-8（35）材可用于压制一体成型电感。CODACA一体成型电感采用德国巴斯夫BASF羰基铁原粉，饱和电流大，