近幾年隨著國內電感原材料供應鏈的不斷完善，生產工藝的不斷改進，自2010年我國電感行業進入了飛速的發展階段。但在近兩年也開始呈現出了不少問題，新進入企業不斷增多，產能已開始過剩，加上上游原材料價格、人工成本持續上漲，導致行業利潤已明顯降低。市場上各電感產品目前仍以follow美系、日系規格為主，而美系、日系品牌仍然占據主要的高端市場。因此，我國功率電感行業競爭日趨激烈。

      面對這一現狀，電感行業業內企業要積極應對，注重培養創新能力，不斷提高產品生產技術及生產效率，不斷改良電感磁性材料及成品特性，并制定正確的發展策略以使企業在殘酷的競爭中取得領先優勢。就目前市場上的大電流功率電感而言，現仍以一體成型電感，或扁平線組合式電感居多，產品結構及特性業已僵化，已無法滿足市場日益增長的對產品特性及成本優化的需求。

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

    有沒有第一眼就有點覺得產品整體美觀、上檔次！

    好，接下來我們先就功率電感的主要特性指標逐項進行深入對比解析。

  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。現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），感值與線圈圈數的平方成正比。由于此三類電感線材結構的天然特性，或加工成型工藝限制，線圈圈數有限，因此能提供的感量也有限。經綜合產品尺寸及特性后，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超級功率電感的結構，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。線圈圈數無產品結構及成型工藝束縛（可多層繞制），且可自動化加工預制，產品電感量可根據工程師的需要繞制。當然，需要同時折中考慮產品尺寸、電流大小來決定所選用的線徑及圈數（感值）。

         同時封閉的結構無磁漏，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，不消耗能量，所以不會引起發熱發燙的問題。

      R - 是電感的消耗項，以焦耳熱的形式消耗，P=I*I*R ；

      R項由銅損和鐵損組成，銅損在高頻時主要由趨膚效應引起，(很低頻時實際上算DCR就可以了) ；鐵損跟磁材的 u“ 有關，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，鐵損以磁滯損的貢獻最大；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討論銅損的因素了。當流經電感的紋波電流頻率較高時，我們不得不重視電流趨膚效應的問題。 至于引起趨膚效應的原理，本文不做深入討論。粗線地講，趨膚效應會使導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，實際有效導電面積只有初始面積的70%。 有效地增加導電面積的辦法可以采用多股線來代替總載面積相同的實心導線。

          所以，在評估電感的損耗大小時，工程師們不能只單純地比較DCR, 還應考慮導線的趨膚效應，與實際工作電流的頻率相關。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（如表一）。相應地，在高頻條件下Q值表現更加優異。

          當然，表一中的PQ系列是個特例。 通常地，市場上PQ系列均采用一固定扁平線圈（固定線材規格、圈數），然后根據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，因為PQ磁芯的結構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，這并不夠嚴謹！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境溫度（標值通常取環境溫度為25℃時測量）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%。

         飽和電流是一個重要的指標，一旦電感飽和，會在線路中產生噪音/雜訊，嚴重時會導致輸出能量達不到設計要求。通常開關型變換器電感內部電流為  鋸齒波，飽和發生在一個充放電周期內，電流接近最高點位置，這時，由于飽和導致電感量下降，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。

         作為一般的設計原則，務必要選取一個電感的飽和電流大于變換器的充電峰值電流。當電感的參數規格標注Irms. 與Isat. 接近時，選用電感IDC時須要小心，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。 當磁芯材料溫度升高時，此時磁芯更容易飽和。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）：

        嚴謹地，電感設計時所求得的Isat. 應該是在模擬電感工作狀態下通電Irms. 且磁芯達到熱平衡條件下所測值。Isat.熱測值更具有指標性意義！這一點在設計FSIS系列電感時已有充分考慮。

  4.    噪音（buzz noise）

         電感噪音產生的根本原因是磁致伸縮。 

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

         由于磁致伸縮材料在磁場作用下，其長度發生變化，可發生位移而做功，或在交變磁場作用可發生反復伸張與縮短，該振動方式再經由傳遞媒介（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頭痛的問題。 噪音的發生基本上是無解的，沒辦法完全避免，不過，卻可以經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，如加強凡立水，加強點膠或封膠，讓線及電感結構更扎實，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品設計特性或增加額外的成本，調整工作頻率也是一個繁瑣的系統工程，在工程師們花大量精力折中調整頻率后也不一定能達到降噪的效果。

        FSIS系列電感在一開始設計時就考慮了降噪的問題。將上磁芯設計成外周完全磁封閉狀，下磁芯底部側邊開口（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，電感噪音主要經由磁芯中柱氣隙中的空氣振動傳出。該系列電感設計的磁芯內腔圓滑，聲波在近乎全封閉的、光滑的磁芯內圓腔內反復折射、振蕩后能量便逐漸消失。 如個別案例有少量的聲波在開口處衍射出來，便可在開口處點膠使開口縫隙變小，便達到“靜音”的效果。

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