【开关电源】电源用的电感种类（功率电感）

电感的种类、结构都非常多样。其中，功率电感有卷线开磁路型、卷线闭磁路型、叠层型。它们的特征汇总如下表。

“×”请理解为“说不上好”的程度。此外，优劣是在这些类型中的相对比较示意图。

其中，开磁路型的DC损耗Rdc较大，最近不怎么用于电源应用，因此下面仅就闭磁路型与叠层型进行介绍。

首先介绍2种【绕线】闭磁路型电感

一种是“鼓套结构”，另一种是“非屏蔽结构”。我们用下图来说明。

鼓套结构是在铁芯上绕线，带套管的类型，具有气隙。

铁芯材料铁氧体具有磁通饱和点。气隙用来漏磁，提高饱和点，调整直流叠加特性。

非屏蔽结构是最近流行的结构——在铁芯上绕线，将混有铁氧体粉或铁粉的树脂涂覆在周围用以制作闭磁路。

但是，因同样的原因而需要气隙。在这种情况下，包围磁性体的树脂起到气隙的作用。

－为什么非屏蔽结构会流行？

先放下“流行”这种表达不说，非屏蔽结构具有几个优点。

如名称所示不使用套管，因此只要铁芯尺寸相同即可小型化。

另外一个重要优点是，饱和特性比鼓套型要缓和。我想大家都知道，铁氧体的饱和特性比较急剧。一旦超过饱和点，电感值急剧下降，因此在电源设计时这也是电感相关的注意事项。

鼓套结构设置的气隙带来的饱和点是一点，一旦超过这点，就变为依赖铁氧体材料的饱和特性。也就是说，基本上是剧烈的。而非屏蔽结构，到混合于树脂的磁性体（粉）的间隙多样，因此饱和点混杂，使饱和较为缓和平稳。上图右侧就是相关示意图。这是受电源电路欢迎的特性。

－也就是说非屏蔽结构具有小型、饱和特性平稳的优势。

的确如此，但也有弱点，或者说是应该注意的要点。简单地说，没有套管，仅通过磁性体树脂涂覆卷线，因此可能受外部压力或应力影响而开裂。

此外，树脂与铁芯是不同材料的组合，线膨胀系数不同，因此可能发生开裂。针对这个问题，通过使树脂的线膨胀系数尽量接近铁氧体来解决。
事实上采取这些对策大幅提高了强度，但不同制造商的提高程度是有差异的.

 

－接下来介绍一下叠层型功率电感。

实际上，叠层结构的功率电感在过去被认为是不可能的产品。稍微流过一点电流就会瞬间饱和，还有发热相关的课题。此外，获得大电感值也曾经是难题。

其发展过程是，为了改善叠加特性，通过采取控制磁感线的环绕方向，使磁感线不集中的结构，以及制作气隙结构等来实现。此外，针对发热，实施加厚内部电极，降低电阻值等诸多改善，使叠层型电感可用于电源电路。
其特征是，与卷线结构相比可进一步小型化。电感值可达数µH左右，因此适用于兆赫兹频段的振荡频率较高的开关电源。移动设备的电源等就是其应用案例之一。

 

扩展：开磁路与闭磁路的区别

在电磁学领域，开磁路和闭磁路是两种基本的磁场结构形式。它们具有不同的特性和应用场景，下面将详细解释这两种磁路的基本概念、特点以及区别。

一、基本概念

1. 开磁路：

   • 定义：当磁体产生的磁力线（或称为磁通）没有全部或部分地通过磁性材料闭合时，形成的磁场路径被称为开磁路。
   • 特点：磁力线部分发散到空气中，形成开放的磁场回路。

2. 闭磁路：

   • 定义：当磁体产生的磁力线完全通过磁性材料闭合时，形成的磁场路径被称为闭磁路。
   • 特点：磁力线被限制在磁性材料内部，形成一个封闭的磁场回路。

二、主要特性及区别

1. 磁场分布：

   • 开磁路：由于磁力线部分发散到空气中，因此磁场分布较为分散，强度相对较低。
   • 闭磁路：磁力线完全在磁性材料内部闭合，磁场分布更为集中，强度较高。

2. 漏磁现象：

   • 开磁路：存在明显的漏磁现象，即部分磁力线未能按照预期路径闭合，而是泄漏到周围环境中。
   • 闭磁路：漏磁现象较少，磁力线几乎全部按照预定路径闭合。

3. 能量损失：

   • 开磁路：由于漏磁和磁场分布的分散性，导致能量损失较大。
   • 闭磁路：磁场分布集中且漏磁少，能量损失相对较小。

4. 应用场景：

   • 开磁路：适用于对磁场均匀性和强度要求不高的场合，如某些传感器、电磁铁等。
   • 闭磁路：适用于需要高磁场强度和低能量损失的场合，如永磁电机、变压器等。

5. 设计难度与成本：

   • 开磁路：设计相对简单，成本较低。
   • 闭磁路：设计较为复杂，需要考虑更多的因素以确保磁力线的完全闭合，因此成本相对较高。

三、总结

开磁路和闭磁路在磁场分布、漏磁现象、能量损失以及应用场景等方面存在显著差异。选择哪种磁路取决于具体的应用需求和设计要求。在实际应用中，应根据具体情况进行权衡和选择，以达到最佳的性能和经济效益。

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作者：封狼居胥