用于汽车ECU应用的功率电感器

新型复合金属功率电感器系列将满足汽车市场的严格要求。MPXV 产品组改进了 Kemet 的 METCOM 系列及其符合 AEC-Q200 标准的产品组合，以用于行业内的高可靠性应用。

新型电感器可提供有效的功率转换，同时将传输损耗降至最低。它们的性能使汽车系统中越来越多的电子控制单元 (ECU) 能够在 DC-DC 开关电源中使用，预计到 2026 年将达到 129.2 亿美元，七年复合年增长率为 11.9%。具体应用包括 LED 头灯、仪表盘、平视显示器、电动水泵和油泵以及电动助力转向。 

汽车电感的特性

对提供复杂电源管理功能的需求，以及减少板上空间和外部组件数量的愿望，促使设计人员近年来使用新技术来采用复杂的电感器。具有快速开关频率的 DC-DC 转换器正变得越来越流行，因为它们能够减小外部组件（如电容器和输出电感器）的尺寸以节省电路板上的空间。DC/DC 转换器的效率是设计电源时要考虑的最重要的属性之一。效率低下会导致需要适当管理的功耗增加。较低的开关频率可减少开关损耗，而高频可提供更好的性能和更快的瞬态响应。

在汽车市场，由于对电子元件的强烈结构需求，小型化趋势强劲。KEMET Electronics CorporaTIon 的电磁、传感器和执行器产品管理 EMEA 总监 Michael Freitag 说：“电感器本身是一种，至少是它的一部分，可以通过使用金属复合结构来小型化。”

电感在高温下的稳定性是在具有高电流瞬变的非常苛刻的电气条件下正确使用该组件的关键因素。汽车行业面临的挑战是提高 DC/DC 转换器的开关频率。正因为如此，他们需要找到对高频开关和磁芯损耗降低“可持续”的组件。当然，小型化是汽车设计人员在整个应用和低电压以及高电压领域的热性能的最大争论之一。

“我们拥有的金属复合材料基本上是我们自己开发的，我们认为它优于市场上普遍可用的材料。我们不断开发新材料和更好的成分，旨在提高零件本身的效率和性能。所以这种影响基本上是材料的观点，也是生产设备。以这种方式设置的任何类型的寄生效应、增加的间隙，诸如此类可能在电感器内产生的东西都处于非常非常低的水平。这意味着我们从线圈到周围磁性材料有更好的热附着，这最终使您在此应用中具有更好的性能，”Michael Freitag 说。

一个好的电感器的能力本质上是减少通过掺杂过程积累的铁芯的铁损。另一个要素是机械可持续性。“当你使用旧技术几年时，它们从外面开始生锈，所以几年后它们看起来不太好。因此，我们介绍的金属掺杂剂在这些电感器的表面上没有这种氧化。因此，从材料的角度来看，这也是非常重要的事情，而其他一切都与我们现有的生产流程相关，”Michael Freitag 说。

在电感器的特性中，我们可以区分饱和电流和自谐振频率。饱和电流是直流 (DC) 值，通过铁磁芯的饱和导致电感降低，通常为 10%。一些制造商考虑了不同的百分比，尽管与所示数字没有太大差异。请记住，每个组件的行为取决于集中磁通量的材料的饱和特性。实际上，一旦从设计中选择了正确的电感值，DC/DC 转换器中使用的所有电感器都会使用此类磁芯。产品的最终选择必须考虑饱和现象是如何发生的，以及这可能会对电路的运行产生什么影响。

每个磁性元件在频率上升时的行为与纯感抗的行为不同。在连续的，事实上，是占主导地位的，顾名思义，阻力DRC。在另一侧，存在沿绕组分布的寄生电容部分会导致与上升阻抗平行的谐振现象，如在电感器端子处所见。

在电源设计中，关键要素由纹波表示，即电源输出端的微小的不希望有的周期性剩余直流 (DC) 变化。这是由于电源内部对交变波形的抑制不完全所致。除了这种时变现象之外，在某些滤波器类和信号处理网络中还会出现频域中的纹波。在这种情况下，周期性变化是网络插入损耗随频率增加而变化的变化。另一个参数是 DCR，即电感器的直流电阻，它是电感器对于频率接近 0 Hz 的信号的电阻值。以直流电测量的电感器的 DCR 通常非常小，范围从小于 1/100 Ω 到几欧姆（通常不超过 4 Ω）。

基美解决方案

Kemet 提供的 MPXV 系列针对需求增加和电子系统采用需要高效率、低自热、低功率损耗和低直流电阻 (DCR) 的应用进行了优化。

MPXV 系列电感器的复合金属提供高磁导率以满足这些要求。MPXV 电感器的质量显着降低了以热量形式存在的功率损耗，使其可用于极端热性能。

MPXV 电感器以 SMD 形式提供，可在高达 155°C 的温度下工作，并且具有低噪声，使其可用于车辆的所有区域，包括引擎盖下的恶劣工作环境。为避免磁通量损失，电感器配备了 EMI 屏蔽，这是已知竞争产品存在问题的区域。除 AEC-Q200 外，MPXV 设备还获得欧盟 RoHS：2011/65/EU 和 (EU)2015/863 的批准。

图 2：两种不同材料的电感器损耗

电源的功能稳定性对其 EMI 辐射也有积极影响。必须始终满足与技术电磁干扰 (EMI) 对应的要求，从而促进电源的功能稳定性。从一开始就进行适当的布局不会给设计增加任何成本。它可以通过消除对 EMI 滤波器、机械屏蔽、EMI 测试时间和大量电路板修改的需要来确保成本控制。


审核编辑：刘清