金屬?gòu)?fù)合技術(shù)將電感器性能提升到一個(gè)新的水平，以滿(mǎn)足車(chē)輛系統(tǒng)電氣化小型化需求

符合汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的電感器利用金屬?gòu)?fù)合核心技術(shù)可為設(shè)計(jì)人員提供更好的磁導(dǎo)率和飽和特性，從而為當(dāng)今汽車(chē)上越來(lái)越多的車(chē)載 ECU 提供穩(wěn)定、可靠和節(jié)能的濾波和電流平滑。

汽車(chē)電氣化是無(wú)情的，用更經(jīng)濟(jì)、更輕便的電氣等效物取代機(jī)械和液壓子系統(tǒng)，引入更智能的安全和輔助系統(tǒng)，并使用更可靠、靈活、和適應(yīng)性。隨著 V2X 通信的加入，以及政府禁止銷(xiāo)售新型化石燃料汽車(chē)的計(jì)劃鞏固了向電力驅(qū)動(dòng)的過(guò)渡，汽車(chē)將成為可能接管自動(dòng)駕駛和而是娛樂(lè)而不是。

為革命提供動(dòng)力

在電氣化趨勢(shì)開(kāi)始時(shí)，第一款集成單個(gè)電子控制單元 （ECU） 的高端汽車(chē)將擁有每秒數(shù)千次重新優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)供油的能力。世界為之驚嘆。然而，如今，一輛高端汽車(chē)可能包含 50 到 100 個(gè)以上的 ECU、域控制器和機(jī)電模塊，用于管理車(chē)上眾多的車(chē)身電子、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、安全性、舒適性和信息娛樂(lè)系統(tǒng)，而且這個(gè)數(shù)字還在繼續(xù)上升。Fortune Business Insights 預(yù)測(cè)，到 2026 年，汽車(chē) ECU 市場(chǎng)總價(jià)值將達(dá)到 129.2 億美元，未來(lái)七年的平均復(fù)合年增長(zhǎng)率為 11.9%。

這些 ECU 需要針對(duì)汽車(chē)環(huán)境中常見(jiàn)的危險(xiǎn)提供保護(hù)，例如電氣瞬變、來(lái)自其他電子設(shè)備的干擾和持續(xù)高溫。它從電源開(kāi)始，它必須在存在干擾的情況下提供穩(wěn)定的電源軌?？梢酝ㄟ^(guò)仔細(xì)選擇輸入和輸出電感等組件來(lái)增強(qiáng)性能。首先，電感值應(yīng)該在整個(gè)工作溫度和電流范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。其次，需要低直流電阻和磁芯損耗以最大限度地減少功耗和自熱，這些損耗會(huì)降低能效并使熱管理復(fù)雜化。

傳統(tǒng)的鐵氧體磁芯電感器難以滿(mǎn)足所有理想。雖然鐵氧體材料具有高磁導(dǎo)率，允許低 DCR 和磁芯損耗，但在高溫下磁導(dǎo)率會(huì)降低，并且器件電感在電流值高于飽和閾值時(shí)急劇下降。飽和電流也與溫度有關(guān)。在不犧牲 DCR 和磁芯損耗性能的情況下，需要進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)更低的漏磁和更平滑的飽和特性。

改進(jìn)電感技術(shù)

金屬?gòu)?fù)合磁芯材料經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，可在高溫和寬電流范圍內(nèi)提供卓越的性能。與鐵氧體不同，鐵氧體本質(zhì)上是包含各種金屬氧化物的燒制陶瓷材料，這種新型磁性材料由硅絕緣鐵粉顆粒制成，這些顆粒與粘合劑混合并壓制成最終的磁芯形狀。鐵粉具有固有的分布式氣隙，與鐵氧體相比，它更能減少由交替磁通方向引起的磁滯損耗。這允許更高的直流電流水平在飽和之前流過(guò)電感器。此外，飽和特性更平滑且不那么突然。此外，飽和度和磁導(dǎo)率在溫度范圍內(nèi)都更加穩(wěn)定。

圖 1 比較了鐵氧體和金屬?gòu)?fù)合磁芯電感器的飽和特性，顯示當(dāng)鐵氧體磁芯電感器中的電流超過(guò)飽和閾值時(shí)，電感會(huì)突然降低。還顯示了閾值隨溫度升高的變化。相比之下，金屬?gòu)?fù)合電感器顯示出大大降低的溫度依賴(lài)性和更平滑的飽和特性。在下面的這個(gè)例子中，標(biāo)稱(chēng)電感是相同的，并顯示了直流電流的一般行為，這也適用于瞬態(tài)電流。

圖 1：金屬?gòu)?fù)合材料表現(xiàn)出更平滑的飽和度和更低的溫度依賴(lài)性。

這些電感器具有更平滑的飽和特性，使 DC/DC 開(kāi)關(guān)電源能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性并處理大負(fù)載瞬變或高浪涌條件，因此非常適合用于汽車(chē) ECU。對(duì)于鐵氧體電感器，如果電流足夠高且高于飽和，則這些負(fù)載瞬變將在沒(méi)有濾波的情況下漏掉。

汽車(chē)電感特性

KEMET 的 MPXV 電感器等設(shè)備包括一個(gè)銅線圈，該線圈端接于一個(gè)大的可焊墊并封裝在模制的外部金屬?gòu)?fù)合芯中。

外部?jī)?nèi)核有利于 EMI 屏蔽，使電源能夠降低系統(tǒng)噪聲。類(lèi)似的非屏蔽鐵氧體磁芯電感器具有更大的 EMI 特征，如圖 3 中的比較所示。屏蔽鐵氧體磁芯電感器可以顯示較低的 EMI 輻射，但代價(jià)是尺寸增加和飽和電流值降低。

圖 3：鐵氧體和金屬?gòu)?fù)合電感器的電磁輻射比較

導(dǎo)線和引線框架的磁導(dǎo)率特性與低歐姆特性的結(jié)合使電感器具有低 DCR。此外，KEMET 金屬?gòu)?fù)合磁芯材料的特性可最大限度地減少較高電源開(kāi)關(guān)頻率下的磁滯損耗、渦流損耗和邊緣損耗。Q 因子通常是衡量總損耗的一個(gè)很好的指標(biāo)，因?yàn)樗鼘⒆杩古c電阻與頻率相關(guān)聯(lián)（越高越好）。組裝的鐵氧體電感器在較低頻率范圍內(nèi)具有“最佳位置”，而 METCOM 電感器最好在 800kHz 以后使用（圖 4）。

圖 4：磁芯損耗比較

總之，通過(guò) KEMET 獨(dú)特的材料開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能力實(shí)現(xiàn)的低磁芯損耗和低 DCR 的綜合效果使電源能夠提供更高的能源效率和更低的自發(fā)熱，以及卓越的穩(wěn)定性。由于需要管理的多余熱量更少，設(shè)計(jì)人員可以簡(jiǎn)化其 ECU 的熱設(shè)計(jì)，利用更小的組件以及更低的材料清單和工程成本。

MPXV 系列電感器是符合 AEC-Q200 汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝器件，電感值范圍為 0.10μH 至 100.00μH。除了滿(mǎn)足 AEC-Q200 要求外，這些設(shè)備還通過(guò)了歐盟 RoHS：2011/65/EU 和 （EU）2015/863。這些部件采用薄型屏蔽結(jié)構(gòu)，可用于空間受限的場(chǎng)所。高耐腐蝕性是對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)師有吸引力的另一個(gè)屬性。

電感器參數(shù)的額定溫度最高可達(dá) 155°C，并且在機(jī)械方面也很穩(wěn)健，可抵抗高達(dá) 30G 的沖擊和振動(dòng)。此外，它們的低噪音允許在車(chē)輛的所有區(qū)域，從引擎蓋下到駕駛室內(nèi)，就像在電動(dòng)汽車(chē)中一樣，來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)的整體噪音消失了，其他聲音更容易被發(fā)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)師花更多的精力減少駕駛時(shí)的聲音干擾。

結(jié)論

金屬?gòu)?fù)合磁芯電感器提供改進(jìn)的磁性能，可提高穩(wěn)定性和能源效率，并具有低電氣和聲學(xué)噪聲的附加優(yōu)勢(shì)，是 LED 前照燈、儀表組面板、平視顯示器等汽車(chē)應(yīng)用電源的最佳選擇、電動(dòng)水泵和油泵以及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。因此，它們可以幫助推動(dòng)正在進(jìn)行的電氣化進(jìn)程，幫助向當(dāng)今和未來(lái)汽車(chē)上越來(lái)越多的 ECU 提供穩(wěn)定高效的電力。

此外，它們具有高機(jī)械彈性、耐高溫能力和主要參數(shù)的最小溫度依賴(lài)性，因此它們也適用于其他工業(yè)、商業(yè)和高端消費(fèi)場(chǎng)景中的高可靠性應(yīng)用。

審核編輯：郭婷