《電感元件介紹》PPT課件.ppt

1、電感元件介紹,A.基本原理 B.名詞參數(shù) C.電感分類,D.磁性材料 E.電感選擇 F.Noise,A.基本原理,電感係屬電子被動元件,其作用在抑制電流的變化,亦常被稱之為”交流電阻”,其抑制電流變化的功能及磁場儲存能量的能力為電感最有效能的特性,電流流經(jīng)一電感時會產(chǎn)生磁場,而磁場的變化會在產(chǎn)生電流的方向感應(yīng)一電壓,這種抑制電流變化的特性被稱之為電感值,由一電流變化而在電感兩端產(chǎn)生的電壓可被定義成: V= L di/dt 因而感應(yīng)電壓正比於電感值及電流變化速率.,A.基本原理,一般電感器除了理想電感成份外, 在(鐵)芯內(nèi)外均有各式不理想成份存在。在(鐵)芯外, 有因輸出導(dǎo)腳間、以及繞線間之並聯(lián)

2、等效電容, 以及導(dǎo)腳和繞線所形成之串聯(lián)等效電阻。在(鐵)芯內(nèi), 有磁化延遲, 磁滯損失以及渦流損失等形成之串、並聯(lián)等效電阻。一般將之簡化為如下圖之近似等效電路。,A.基本原理,電感器之近似等效電路,B.名詞參數(shù),1.靜態(tài)電感值 L0 ( Inductance ) : 在無任何外加電流負(fù)載情況下的起始電感值,一般使用 LCR Meter測試.,B.名詞參數(shù),2.測試頻率 f ( Frequency ) : 使用LCR Meter 測試時的頻率條件.其頻率輸出為一無 負(fù)載之正弦波訊號.,3.測試電壓 V ( Voltage ) : 使用LCR Meter 測試時的電壓條件.,Bpk = Vrms

3、/ 4.44ANf 環(huán)型線圈磁束密度計算公式,4.電感值公差 ( Inductance Tolerance ) : 標(biāo)準(zhǔn)電感值公差一般以英文字母表示如下表:,B.名詞參數(shù),5.額定電流 Irms ( Rate Current ) : 泛指電感線圈通過電流負(fù)載時,因銅線阻抗所造成的溫昇達(dá) 到額定溫度時的電流值,決定銅線溫昇的主因為直流損耗及 高頻集膚效應(yīng).,W = I x DCR 銅線損耗計算,B.名詞參數(shù),6.飽和電流 Isat ( Saturation Current ) : 當(dāng)電流上升而導(dǎo)致電感值下降的現(xiàn)象稱之為磁飽和,電感的 飽和電流會隨著製造廠的定義有所不同,常見為導(dǎo)致靜態(tài)電 感達(dá)到8

4、0%為標(biāo)準(zhǔn).下圖為磁飽和示意:,B= /A B: 磁束密度 : 磁力線數(shù) A: 磁體截面積,H=NI / l H: 磁場強(qiáng)度 N: 銅線圈數(shù) I: 電流 l:平均磁路徑, =B /H : 導(dǎo)磁率,L = NA/ l,”,” 的現(xiàn)象稱為磁飽和,7.銅線阻抗 DCR ( DC Resistance ) : 靜態(tài)測試時的銅線阻抗,可藉由DCR值的大小來判定電感的額 定電流值是否正確.,B.參數(shù)定義,8.導(dǎo)磁率 ( Permeability ) : 導(dǎo)磁率是以描述材料被磁化之難易程度,亦即導(dǎo)通磁力線之 能力.對相同材料而言,導(dǎo)磁率並非一個定常數(shù),其與外加磁 場強(qiáng)度(H)及磁通密度(B)之比例有關(guān)。,9

5、. AL值 : 由於使用透磁率換算電感值時需要冗長的計算程序，所以 供應(yīng)商都會提供比較容易執(zhí)行換算的AL值.,B.名詞參數(shù),L = AL x N AL公式應(yīng)用,10. Core Loss : 磁性材料在磁電能量轉(zhuǎn)換當(dāng)中,會有能量轉(zhuǎn)換的功率損耗, 通常耗功以熱能方式表現(xiàn),可分類如下: a.磁滯損耗 (低頻影響大) b.渦流損耗 (高頻影響大) c.剩餘損耗 (一般忽略不記),C.電感分類,由於電感的形成乃是由導(dǎo)電體繞過磁性體後,形成一環(huán)狀迴路稱之為線圈,而其形式更是複雜多變,大致上可以依下列所示區(qū)分: 1.SMD 表面黏著式. 1.1積層式晶片電感: 常用於抑制電子迴路上的低 功率高頻雜訊.各式

6、應(yīng)用皆能發(fā)現(xiàn)其蹤跡.,QT,QTL SERIES,QHL SERIES,C.電感分類,1.2繞線式晶片電感:提供高電流特性的晶片電感. 常見應(yīng)用實例如: LCD Monitor, DVD Recorder, xDSL, Cable Modem, Mother Board, VGA Card, Notebook PC.,CML SERIES,QPI SERIES,開放型磁路,開放型磁路,C.電感分類,1.3開磁路SMD功率電感:適用於各式DC/DC儲能 電感運(yùn)用.,QPC SERIES,SPT SERIES,開放型磁路,開放型磁路,C.電感分類,1.4閉磁路SMD功率電感:適用於各式DC/DC儲

7、能 電感運(yùn)用.,QPCR SERIES,QPCRH SERIES,C.電感分類,封閉型磁路,封閉型磁路,2.DIP 插件式. 2.1色碼電感:,AL SERIES,DR SERIES,2.2 開磁路工字型電感,開放型磁路,開放型磁路,C.電感分類,DRR SERIES,2.2 閉磁路工字型(加磁套)電感,C.電感分類,2.3 開磁路棒型電感:,R SERIES,開放型磁路,封閉型磁路,M SERIES,2.4閉磁路環(huán)型電感:適用於各式大電流電源儲 能電感運(yùn)用. 常見應(yīng)用實例如:主機(jī)板、伺服器、電源供應(yīng) 器、多功能事務(wù)機(jī)、直流轉(zhuǎn)換器 .,封閉型磁路,C.電感分類,D.磁性材料,D.磁性材料,電感

8、設(shè)計時,磁性材料的選擇是不可或缺的條件, 正確的磁性材料選擇除了會讓特性應(yīng)用更佳外,在價 格上及安全考量上也會有突出的表現(xiàn).,簡易應(yīng)用分類: 1.電壓轉(zhuǎn)換 ( Ferrite, Amorphous, 矽鋼片 ) 2.電感儲能 ( Powder Core, Gapped Ferrite ) 3.電感耗能 ( Ferrite, Amorphous, Air ),磁性材料簡表,D.磁性材料,Ferrite Mn-Zn : 優(yōu)點: 導(dǎo)磁率高,低能量轉(zhuǎn)換損耗,飽和磁束密度高. 缺點:電阻值低,導(dǎo)磁律公差較大,熱敏感度高. Ni-Zn : 優(yōu)點: 電阻值高,價格低,容易加工. 缺點: 飽和磁束密度低,熱敏

9、感度高.,D.磁性材料,Ferrite 材料特性 (Mn-Zn),D.磁性材料,Ferrite 材料特性 (Mn-Zn),D.磁性材料,Ferrite 材料特性 (Ni-Zn),D.磁性材料,Ferrite 材料特性 (Ni-Zn),D.磁性材料,D.磁性材料,Powder Core 單位導(dǎo)磁體以粉末組成,粉末顆粒間使用絕緣接著劑區(qū)隔,造成材料內(nèi) 部擁有許多空氣隙(Air Gap),以達(dá)到磁場強(qiáng)度增加時有較低的磁束密度變 化,常用在電感儲能的應(yīng)用.,D.磁性材料,Powder Core (磁飽和計算),F. 電感選擇,在此探討主機(jī)板VRM迴路中所需要的電感,以下為三相脈 衝調(diào)變輸出迴路示意:,

10、F.電感選擇,L1 : 為VRM前級先行作12V輸入電壓濾波,在VRM10.x標(biāo) 準(zhǔn)中其最大負(fù)載電流為9.17A,由於磁場強(qiáng)度不大,因 此可以使用容易製作的環(huán)型線圈或是棒型線圈設(shè)計. 基本上選用時以尺寸及單價為最大設(shè)計考量.,F.電感選擇,常見使用電感值為: 1.0uH 2.2uH,L2 L3 L4 : 為VRM迴路之輸出濾波電感,其電感需求會隨 著電源管理IC的脈沖輸出頻率上升而下降,由於其輸出 電流往往達(dá)到30A40A的高負(fù)載,所以對於直流阻抗的 要求就相對嚴(yán)苛,一般來說DCR必須小於1.0mohm的標(biāo) 準(zhǔn),在加上電流偵測迴路需加上DCR條件盡,F.電感選擇,PWM調(diào)變頻率對電感值的選用表

11、,目前VRM10.x的設(shè)計規(guī)格是由CPU大廠Intel所提出,其公 板VRM迴路設(shè)計時強(qiáng)調(diào)縮短CPU間傳輸距離,其目的是降低傳 輸?shù)闹绷鲹p耗,並藉由CPU上方的風(fēng)扇來協(xié)助VRM迴路散熱, 為符合此散熱設(shè)計方式,電感線圈高度必須限制在10mm以下.,F.電感選擇,VRM Choke 特性範(fàn)例,G. Noise,由於主機(jī)板上電壓調(diào)整模組(VRM)的電流負(fù)載趨勢越來 越高,導(dǎo)致電感線圈必須擁有高儲能特性,而這些高儲能特性的 需求必須藉由磁性材料間的空氣隙(Air Gap)來達(dá)成,相對也容 易造成導(dǎo)磁單體間的磁壁磨擦,藉由空氣傳導(dǎo) 20Hz20KHz的 人耳可判定噪音. VRM Choke 常使用Iron Power Core作為導(dǎo)磁材料,鐵芯 本身是由很多細(xì)小的鐵粉顆粒攪拌接著劑後成型.結(jié)構(gòu)如下圖:,G.Noise解決,55 ui,35 ui Gap多,35 ui Gap大,在Iron Power Core內(nèi)部之導(dǎo)磁單體為鐵粉顆粒,當(dāng)環(huán)型線 圈產(chǎn)生噪音時,我們可以使用粒徑更小的鐵粉,以降低顆粒間 Gap距離,增加Gap數(shù)量.其作用是導(dǎo)致磁壁間摩擦所產(chǎn)生的振 動頻率超出一般聽力20KHz的範(fàn)圍. VRM Choke除了環(huán)型線圈之外,還可以看到一些外觀成方 型的電感,大部分的磁