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支持大电流的表面贴装车载功率电感器

2023-04-02 12:52 作者:熊猫人风暴烈酒  | 我要投稿


1. 什么是电感, 什么是电感器

很多人会将'电感'和'电感器'的概念混淆, 实际我们所说的Inductor称做‘电感器’更为贴切。

  • 电感:电感(Inductance)是闭合回路的一种属性,即当通过闭合回路的电流改变时,会出现电动势来抵抗电流的改变。是‘电磁感应’现象的简称。

电感器:电感器(Inductor)是一种电路元器件,会因为通过的电流的改变而产生电动势,从而抵抗电流的改变。电感器一词,通常只用来称呼以自感或其效应为主要工作情况的器件。非以自感为主的,习惯上大多称呼它的其他名称,平常不以电感器称呼,例如:变压器、马达里的电磁线圈绕组等。


常见电感器的外观

2. 电感器的分类

常见的分类方式有如下几种:

  • 按用途分类

  • 按生产工艺分类

  • 按贴装方式分类

按用途分类

1. 高频电感器(RF Inductor)

高频电感器,也叫射频电感器、RF电感器,主要是指用于射频电路或信号线路的电感器。高频电感器主要有如下特点:

  • 用于高频信号线:用在高频信号线的电感称为‘高频电感器’,也叫作‘射频电感’或‘RF电感器’。

  • 白色:这类电感器的芯体通常呈现出白色,原因是常见的芯体材料是‘氧化铝’,即最常见的陶瓷材料。

  • 空芯线圈:高频电感器本质上是空芯线圈 - 线圈绕在‘氧化铝’陶瓷材料制成的芯体上,芯体的主要作用是固定线圈,使整体结构稳定不易变形,同时使电感器具备高频特性。

  • 小尺寸:高频电感器仅需要通过很小的电流(电信号),所以一般都是很小尺寸的,并且在将来趋势上会越来越小。

  • 精度高:由于没有铁氧体磁芯,其电感属性仅靠自身的线圈来产生,电感量的公差较为容易控制。由于多用于射频信号的匹配电路,如果公差过大,可能会导致信号有好有差,甚至出现信号丢失的现象。其精度-电感量公差基本上都在±5%以内,甚至±1%以内。

Tips:不同品牌或不同系列的高频电感器即便是参数一致也不要做直接替换,一定要验证、验证、验证。


常见高频电感器的外观

2. 功率电感器(Power Inductor)

功率电感器,也叫Power Inductor,主要是指用于电源电路的电感器。功率电感器主要有如下特点:

  • 用于电源线路:功率电感器主要用于电源线路

  • 深色:芯体材料大多呈现黑色或褐色,其原因是常见的芯体材料主要成分是‘铁氧体’即‘氧化铁’。

  • 线圈绕在‘磁芯’上:线圈中心插入了含‘铁氧体’的磁芯,作用是使其电感属性得到加强,电感值增大。

  • 尺寸一般比高频电感器大:为了追求低损耗、大电流,往往需要用更粗的线圈绕制,所以有很多较大尺寸的功率电感器;由于近年来手机等领域追求小型化的设计,各电感器品牌厂商也在绞尽脑汁更新设计,以在满足客户要求的前提下尽量缩减尺寸。

  • 精度低:与高频电感器相反,由于铁氧体磁芯的插入以及铁氧体屏蔽罩的加入,使其电感属性得到加强、电感值得到增加。但是会增加一些新的物理公差包含但不限于:铁氧体磁芯本身尺寸公差、组装位置公差、材料磁导率公差等,使其精度比高频电感难控制。其精度-电感量公差基本上都在±10%以上,甚至一些小感值的公差达到±30%。虽然精度低,但是其使用场景往往不需要高精度。

·         随着车载功能的性能增强,流经电路的电流值和ECU配备数量不断增加。为确保车内空间,对于缩小ECU基板尺寸的需求也日益增加。为此,基板上贴装的电子元件必须支持大电流,且元件尺寸需为小型。然而,大电流型电感器的主流为产品尺寸较大的通孔贴装产品,不适合基板的小型化。此外,电阻器、电容器等被动元件多为表面贴装产品,通孔贴装与表面贴装无法同时进行,因此基板贴装工序需执行2次。对此,本公司实现了支持70A大电流、且可进行表面贴装的车载功率电感器(15.6mm方形尺寸)(PCC-M15A0MF系列)的产品化(本产品为PCC-M1280MF系列的大尺寸升级产品)。

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·         本公司将通过具有高可靠性的“功率电感器 PCC-M15A0MF系列”产品,努力提升电源电路的可靠性,并通过节省贴装面积为减轻环境负荷做出贡献。今后计划通过扩大电感范围,来设法充实产品阵容,以应对市场需求。

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·         【特点】

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·         1.支持大电流的表面贴装型产品(15.6mm方形)

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·         ・额定电流*1: 30-70A

·         ・尺寸: 宽15.6mm×长17.2mm×高10.5mm

·         2.实现优异的耐热性和耐振性,可直接将ECU安装到发动机上

·         ・耐热性: 160℃/2,000小时

·         ・耐振性: 5Hz~2kHz/30G

·         3.节省空间,减少使用部件,从而减轻环境负荷

·         *¹:额定电流:产品自发热+40℃时的电流值

·         【用途】

·         汽油车、柴油车和混合动力汽车的升降压DC/DC转换器电路[2]、高性能车载ECU电源电路、机电一体型[3]车载ECU电路

·         【特点的详细说明】

·         1. 支持大电流的表面贴装型产品(15.6mm方形)

·         在汽车电子化迅猛发展的趋势下,安装在发动机舱或直接安装在发动机上的ECU数量不断增加,从而出现了ECU小型化的需求。本公司采用的金属复合材料[4]和绕组线圈分别使用了自主的金属磁性材料和粗铜线,并开发出一种无间隙一体结构,实现了所述材料和绕组线圈的无间隙一体成型。与12.6mm方形(PCC-M1280MF系列)相比,铜线比以往产品粗1.4倍,从而降低了线圈的发热和损耗。作为表面贴装型产品,虽然尺寸小至15.6mm,却实现了支持30A~70A的大电流。通过这些,可直接将ECU安装在发动机上,并实现了电源电路的空间节省化。

·         2.实现优异的耐热性和耐振性,可直接将ECU安装到发动机上

ECU直接安装于发动机时,不仅要求即使在恶劣的热环境和振动条件下也能安装,并且安装的线圈也须具备优异的耐热性和耐振性。由此,本公司通过设计金属复合材料的成分,实现了160℃的高耐热性。此外,将构成线圈的粗铜线拉出作为端子利用,同时在底面设有铆接结构,采用将端子与金属复合材料的主体固定起来的自主结构,提高了基板贴装后的耐振性。因此可直接将ECU安装于发动机周边或发动机上,也可以安装在电机附近。超10万种现货元器件,一件也发货,来唯样商城购正品~

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·         3.节省空间,减少使用部件,从而减轻环境负荷

·         目前,车载功率电感器约60%使用铁氧体[5]作为磁性材料,约40%使用金属复合材料,即过半数为铁氧体型(本公司2021年调查)。本公司通过采用适合小型化的金属复合材料,与具有同等性能的铁氧体型的标准尺寸20mm方形相比,实现了小型化至15.6mm方形。由此,通过将具有同等性能的铁氧体型产品替换为本公司产品,可节省30~50%的安装空间,缩小设备尺寸并减少材料用量,从而减轻环境负荷。

·         【规格】

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·         (*¹): 在100kHz下测量 (*²): 产品自发热+40℃时的电流值

·         【术语说明】

·         [1] 功率电感器

·         电感器也用于电源系统的电路,在DC/DC转换器电路等用途中,具有蓄能和去噪等滤波器的功能。

·         [2] DC/DC转换器电路

·         将特定电压直流电流转换成不同电压直流电流的电路

·         [3] 机电一体型

·         指机械驱动部分和车载ECU一体化的设计。以往的驱动单元和车载ECU是分开安装的,需布线连接;为了提高控制精度和安装位置自由度以及节省线路等,业内正在推动引进机电一体型设计。

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·         [4] 金属复合材料

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·         利用树脂对以金属磁性材料(铁族)为基质的粉末进行绝缘并压缩成型后的磁性材料

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·         [5] 铁氧体

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·         以氧化铁为主要成分,由钴、镍、锰等混合烧结而成的磁性体

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·         [6] 电感

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·         表示线圈性能的一项指标。变化的电流通过线圈时会产生电压,使电流朝阻碍电流变化的方向流动。此时产生电压的程度称为电感。

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·         [7]直流电阻

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·         绕组(铜线)的电阻分量。直流电阻越低,电力损耗越小,可改善电源效率。

 


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