微型電感器的簡(jiǎn)化模式設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2011-02-11 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

表上部為設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，下部為輸出

符號(hào)	名稱	數(shù)值
技術(shù)條件
f	頻率	5MHz
IDC	輸出電流	1A
△IPP	電流脈動(dòng)	3A
Uin	輸入電壓	40V
Uo	輸出電壓	5V
材料數(shù)據(jù)與技術(shù)參數(shù)
N	磁心疊層數(shù)	12
hsmax	磁心最大允許高度	16μm
Bsat	飽和磁通密度	1.1T
ρc	導(dǎo)體（Cu）的電阻率	2μΩ－cm
ρs	鐵心（80％NiFe）的電阻率	20μΩ－cm
hsep	縱向分隔鐵心	15μm
Wcon	與鐵心接觸寬度	40μm
Sres	光刻膠凸條的斜度	5.5
器件參數(shù)
L	需要的電感值	292nH
μr	設(shè)計(jì)要求的磁導(dǎo)率	490
D	轉(zhuǎn)換器的占空比	12.5％
hs	磁心總高度	12.0μm
δs	在5MHz時(shí)磁心的穿透深度	2.25μm
Ws	磁心的長(zhǎng)度（參見圖1）	9.2mm
BPK	磁通密度波動(dòng)值	0.66T
σ	電流密度	3.75A/m2
St	每匝線圈的間隔寬度	76μm
Wt	每匝線圈的等效寬度	266μm
hc	導(dǎo)體高度	54μm
δc	在5MHz下導(dǎo)體的穿透深度	32μm
SLat	靠近磁心的橫向?qū)挾?/th>	534μm
n	匝數(shù)	3
Kend	端匝損耗電阻因子	1.29
Ks	由端匝引起的長(zhǎng)度因子	1.22
Kc	由St和SLat引起的寬度因子	2.62
計(jì)算性能
isat	使磁心飽和的電流	2.5A
RDC	設(shè)計(jì)的DC電阻	101mΩ
Fr	設(shè)計(jì)在5MHz下的交流電阻因子	1.05
Kwind	即Pwind=KwindRDCI2DC	1.82
Pwind	設(shè)計(jì)繞組中的總損耗	183mW
Kcore	諧波磁心損耗因子	3.62
Pcore	設(shè)計(jì)磁心中的總損耗	136mW
Wstot	器件總長(zhǎng)度	11.2mm
2Wc.tot	器件總寬度	4.2mm
	輸出功率	5.0W
	功率密度	10.6W/cm2
η	設(shè)計(jì)的效率	94.0％

　　表1中的參數(shù)是假設(shè)的一個(gè)例子。

　　在上述的最佳設(shè)計(jì)中，磁心和繞組之間的分布功率損耗，即Pcoreloss/Pwind1oss=2/3。一般來(lái)說(shuō)，只要忽略磁滯損耗，磁心疊層薄到和穿透深度可以相比，電感要求可用調(diào)節(jié)磁導(dǎo)率來(lái)滿足的話，則圖1構(gòu)造的平面電感器和變壓器，所有的優(yōu)化設(shè)計(jì)將保持這個(gè)比例。

4電感調(diào)整

　　滿足電感要求的一種方法是調(diào)整磁心的磁導(dǎo)率，這就產(chǎn)生了一個(gè)有利的磁場(chǎng)構(gòu)造，避免了優(yōu)化過(guò)程中引入的電感抑制。

　　對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為了獲得要求的電感，需要有效的磁導(dǎo)率

　　式中σopt（η）是單位導(dǎo)體寬度，在效率為η時(shí)的電流密度。對(duì)于一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一旦選定效率η，就完全指定了磁導(dǎo)率μr。

　　例如，假設(shè)表1中的參數(shù)，忽略了端匝和其他“無(wú)效”間距，以95.5％η98.5％范圍設(shè)計(jì)，則相對(duì)磁導(dǎo)率的數(shù)值可能在100μr400范圍內(nèi)，如圖3所示。對(duì)于某一個(gè)確定的效率，實(shí)際設(shè)計(jì)一般需要比圖3中所示的磁導(dǎo)率要高，這是因?yàn)榭拷判牡拈g距和絕緣匝的間距，在簡(jiǎn)化模式分析中被忽略了，所以，增加了磁路的長(zhǎng)度（見圖1）。電感中電流的波形如圖4所示。

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