电力电子元件知识讲座(五) 新型电感器

　　编者按电力电子元件是“无源”元件的总称，是构成电力电子设备的重要组成部分，是从事电力电子元件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。本刊从今年4月份开始以“电力电子元件知识”为题与前述“电力电子器件知识”同时开展讲座，以满足广大读者增长知识和用好这些元件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿，并望提出宝贵意见。

　　电力电子元件知识讲座（五）新型电感器山东临沂电子研究所毛兴武（供稿）本刊编辑部张乃国（改编）1片式电感器1.1绕线型片式电感器绕线型片式电感器分小功率和大功率两类。

　　（1）小功率绕线型片式电感器。小功率绕线型片式电感器是用漆包线在尺寸较小的铁氧体或陶瓷磁芯（骨架）上绕制而成的。外形结构如所示。其中，（a）所示结构内部有骨架绕线，外部有磁型材料屏蔽，经塑料膜压而成；（b）所示结构是用长方形骨架绕线而成，骨架有铁氧体和陶瓷等；（c）所示结构呈工字形，用陶瓷、铁氧体或铝做骨架，尺寸较大。

　　（a）外部塑料模压（有屏蔽）；（b）方形陶瓷或铁氧体骨架；（c）工字形铁氧体骨架片式电感器的参数主要有：尺寸、电感量、允许误差、Q值、直流电阻、允许*大电流和自振频率（SRF）。片式电感器的工作频率主要取决于磁芯材料。在一般情况下，骨架材料为铁氧体的片式电感器仅限于在中、低频段工作，而骨架材料是铝、陶瓷或空心的片式电感器则可以在高频段、超高频（UHF）段或甚高频（VHF）段工作。适用于HF和UHF段的电感器电感量一般为0.1~1000|xH，适用于VHF段的电感器电感量一般为1.5~100nH.电感量允差通常有级（+5%）、K级（±10%）、M级（±20%）。片式电感器的工作温度范围一般为-25~85.小功率绕线型片式电感器的缺点是体积较大，漏磁也较大，目前大部分规格的产品早已被叠层型片式电感器所取代。

　　（2）大功率片式绕线型电感器。在许多电路中需要电感量在mH级、电流达A级的表面贴装型功率电感器。大功率绕线型片式电感器主要是在DC/DC变换器中用作储能元件和LC滤波元件。大功率片式绕线型电感器通常采用方形或圆形工字型铁氧体做骨架和不同线径的漆包线绕制而成，如所示。

　　常用大功率片式绕线型电感器电感量范围为1~330|xH，电感量基数有1，2.2，3.3，4.7，5.6，6.8，8.2. 1.2多层片式电感器多层片式电感器（MLCI）是用铁氧体材料并采用多层生产技术制成的一种无绕线电感器，其结构与多层片式电容器（MLCC）非常相似，如所示。由于MLCI带胡封闭的磁回路，故具有屏蔽作用。制造MLCI的工艺方法分干法和湿法两类。其中，干法主要是指流延穿孔法；湿法有交叠印刷法、通路形成法和印刷成孔法等。

　　MLCI具有体积小、可靠性高、磁屏蔽性能好、适合于STM设备高密度自动贴装等优点。电感量范围从1nH到几十|xH. 1.3薄膜片式电感器薄膜片式电感器是利用薄膜技术在陶瓷等基体上刻制导体线圈而制成的电感器，它能在微波段保持高Q值、高精度和高稳定性，并具有较小的尺寸。薄膜片式电感器的寄生电容小，自振频率1.4贴片式集成电感元件（C）这类电感元件适合于表面组装，可以采用标准贴片机和再流焊技术将其组装到PCB上。而以往的电感元件，如扼流器、变压器等，一般都为非标准引线形式、不规则形状的器件，需要用复杂的贴装设备和手工组装方式组装。

　　线框插入狭缝中，从边插到另边，然后折弯成标准“鸥翼”形引线。这样，引线框中的每根引线就成了电感绕组的半圈绕线，而另半圈则由PCB上的导带来组成。

　　源系统应用中有优势，C采用高磁导率、低损耗铁心以扩大频率特性，可以用作信号处理（S-I- IC）的脉冲变压器或宽带变压器。采用高带宽、高灵敏度的铁心，适用于EMC中，如抑制电源和信号线干扰（EM-C）的共模扼流圈或复线扼流圈。用高磁导率铁心可以制成不同模式的扼流器。

　　片式电感器主要用于滤波、谐振、振荡、耦合、延时补偿及阻抗变换等电路中。

　　在电阻器、电容器和电感器三大无源元件中，电感器是实现片式化技术含量*高、难度*大，同时又是实现片式化时间*晚的一种。电子整机向轻、薄、短、小迅速发展的趋势，为片式电感器创造了巨大的市场。片式电感器在计算机、通信和音像产品等领域中的应用量非常大，仅以手机为例，每部手机按使用20中片式电感器计算，2007年全球手机产量为11.44亿部（其中我国手机产量为5.49亿部），片式电感器的使用量就超过220亿只。除电话、手机外，个人数字助理（PDA）、数码相机、便携式CD唱机、VCD、DVD、录像机、摄录一体机、彩色电视机、数字机顶盒、传真机、笔记本电脑、程控交换机等，都需要大量的片式电感器。

　　在选用片式电感器时，需要考虑电感量、允差、频率范围、Q值、SRF、允许*大工作电流、：=：知识讲座直流电阻等参数。

　　品质因数Q值是一个重要参数，它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时所呈现的感抗与线圈直流电阻的比值（即Q=2nfL/R）。电感器损耗越小，Q值就越高，效率也越高。Q值是与频率密切相关的个参数，在高频率下有高Q值的电感器，在低频下的Q值往往很低。不同的产品尽管有相同的电感量，但由于所选用的绕线径不同，所呈现的直流电阻也就各不相同。在高频回路中，电感器的直流电阻对Q值影响较大，设计时应留意。

　　2基于非晶、纳米昌合金铁心的电感器非晶、纳米晶合金铁心可以做成不同的形状，用作电感器的铁心以环形为主。在环形铁心上用导线绕制定圈数，便成为电感器。所示为非晶纳米晶合金环形电感铁心及用其绕制成的电感器。

　　非晶、纳米晶合金电感器可用于各种电源的EMI滤波器、开关电源的输出滤波器及功率因数校正（PFC）等电路。

　　开关电源、电子镇流器输入端电磁干扰（EMI）滤波器电路如所示。图中，Li，A共用一个铁心组成共模电感器。Li和L2对共模（非对称）干扰信号呈现高阻抗，而对差模干扰信号（对称干扰电流）和电源电源呈现低阻抗，这样就大大地抑制了对称的干扰信号，而对电源电流衰减甚微。

　　铁基非晶合金铁心适合代替硅钢片和铁氧体等用于制作整流电源输出滤波电感及电抗器、中频和高频（400Hz~50kHz）开关电源输出滤波电感器和音响设备的滤波电感器。所示为采用正激式变换器拓扑结构的开关电源输出整流滤波电路。

　　图中，L为滤波电感器。

　　滤波|正激式变换器输出整流滤波电路采用桥式整流电容滤波电路的开关电源、电子镇流器和变频调速器，由于大容量平滑滤波电容器的存在，整流二极管只是在AC输入线路电压峰值附近才导通，致使AC输入电流不再呈正弦波，而是幅度很大的尖峰脉冲。这种严重失真的电流波形基波成分很低，而谐波含量却非常大，其结果导致输入功率因数很低（仅约0.55~0.60），并对电网造成污染，影响连接在同一电源网络（系统）中的其他设备的安全经济运行。

　　采用如所示的功率因数校正（PFC）电路，则可以在桥式整流器输入端产生与AC线路电压保持同相位的正弦电流，功率因数可达0.99，总电流谐波失真（THD）可以小于10%甚至3%，并在其输出端产生升压的稳定DC电压（约400V）。

　　在中，CiN和C.分别为PFC输入和输出电容器（其中CIN用作高频滤波，不允许使用大容量电解电容），VT为PFC开关，IC为功率因数控制器，L为升压电感器，VD为升压二极管。圈或应用