用超薄型功率電感提升DC/DC轉換器的性能

隨著電子移動終端的功能不斷增多，其需要的工作電壓也隨之變得多樣化。像手機，數碼相機，PDA等諸多以電池供電的產品，它們的LCD背光驅動，功放模塊和IC的電源電路均需要不同的輸出電壓。這樣，需要一個DC到DC的轉換器來將電池電源的電壓轉換成不同的多個電壓給上述功能塊供電。因此，為了減小功耗，延長電池壽命，高效率的電壓轉換器被廣泛地使用，而影響轉換器效率的關鍵因素是功率電感器。

同時，電子移動終端變得越來越來小，越來越薄，因而DC/DC轉換器也需更小，更薄。但隨著轉換頻率越來越高，功能越來越多，對小而薄型功率電感的額定電流的要求也越來越高。這樣，大大加快了電感制作新技術的發(fā)展，包括材料，設計和生產工藝。基于此，村田公司提供了一系列非常適合小型移動終端產品中DC/DC轉換使用的功率電感，包括繞線型LQH3NP_G0系列和疊層型LQM2HP_J0系列，并已投放市場。這些器件不但尺寸小，厚度薄，而且額定電流非常大。

繞線型磁屏蔽結構

LQH3NP_G0的尺寸為3.03.00.9mm，厚度低于1mm，其外部結構如圖1所示。

目前市場上大多數功率電感主要采用鐵氧體蓋包裹達到磁屏蔽的效果，而LQH3NP_G0系列采用了磁屏蔽結構，它的繞線部分采用磁性粉末和樹脂涂覆(見圖2)。結構上要簡單的多。因此也最大限度的使用了繞線空間，從而通過其緊湊的設計實現小尺寸和低厚度。

繞線電感額定電流的定義方法有兩種:一種是直流偏置特性，即電感值隨電流的變化特性；另外一種是溫升特性，即主要由繞線直流電阻導致的熱量產生。LQH3NP_G0系列的直流偏置特性和溫升特性通過優(yōu)化結構和磁屏蔽的設計規(guī)格有明顯提高。另外，LQH3NP_G0系列設計的時候很好的結合了兩種特性值，從而能夠提供更高的額定電流。圖3顯示了額定電流得以改善的圖形，圖4和圖5分別顯示了直流偏置特性和溫升特性。

如圖所示，在1.0uH的電感值上能夠通過1.5A的大電流。同時此系列的電感值范圍從1uH到250uH，從而能讓工程師選擇最合適的電感值來滿足電源管理IC的特殊應用。

圖6顯示了在DC/DC轉換電路中使用22uH的功率電感LQH3N3N220N時的轉換效率。在評估中我們采用了1MHz轉換頻率的DC/DC升壓評估電路(參考圖7)，同時測量了另一個公司的鐵氧體磁屏蔽蓋結構，尺寸為4.0?4.0?1.2mm的功率電感。

比較測試結果說明：雖然LQH3NP_G0系列的體積只有磁屏蔽蓋結構的一半，但LQH3NP_G0系列可以提供一樣的電壓轉換效率。因此，這個系列在移動設備中具有很強的優(yōu)勢。

圖1 ： LQH3NP_G0系列芯片外觀圖。

圖2 ： LQH3NP_G0系列芯片與其它品的結構比較。

圖3：額定電流定義的圖形表示方法。

圖4：LQH3NP_G0系列芯片的直流偏置特性。

圖5：LQH3NP_G0系列芯片的溫升特性。

圖6：利用 LQH3N3N220N功率電感的轉換效率的比較。

圖7：利用 LQH3N3N220N功率電感的升壓評估電路。

疊層型功率電感特性

在越來越高的轉換頻率下，疊層型功率電感也必須有多種電感值以供選擇，這也已成為行業(yè)關注的焦點。和繞線型功率電感相比，疊層型功率電感在減小元件尺寸和厚度方面更加容易。然而，為了實現大的電流，其面臨著提供低直流電阻和改善直流偏置特性的難題。

村田在多年的疊層技術的基礎上，采用一種新的內部電極形成技術，使得LQM2HP_J0系列的低直流電阻成為可能。然而，直流偏置特性的改善對疊層型功率電感一直是一種挑戰(zhàn)。村田獨創(chuàng)的鐵氧體材料技術和結構設計方法使直流偏置特性改善成為可能，即使是流過電感的直流電流增加，也能阻止電感值的直線下降。

圖8描述了直流偏置特性。LQM2HP_J0系列功率電感的尺寸是2.5?2.0?1.1mm，但是在1uH的情況下可以通過1.5A的大電流。圖9描述了在一個實際使用2.2uH的DC/DC轉換器模型中安裝了LQM2HPN2R2后電壓轉換效率。

作為比較，這個圖形還顯示了另外一個制造商3.0?3.0?1.0mm尺寸繞線型功率電感的測試結果。在評估電路中，我們使用了3.0MHz轉換頻率的DC/DC降壓轉換電路。

比較測試結果證明雖然LQM2HP_J0系列比其它制造商的繞線功率電感尺寸小，但是它可以提供接近90%的電壓轉換效率，與同類的其它產品相同或更高。這個證明LQM2HP_J0系列是一種非常適合移動設備元件的小型化的產品。

除上述述兩大系列產品外，村田公司還推出了很多小尺寸和超薄的產品線系列包括LQH2MC_52系列繞線電感和LQM31P_C0，LQM21P_C0系列疊層電感，支持市場對小尺寸大電流功率電感的需求。

圖8：LQM2HP_J0系列功率電感的直流偏置特性。

圖9：利用 LQM2HPN2R2的轉換器的電壓轉換效率比較。