功率電感對電源的改善

隨著移動(dòng)設(shè)備的多功能化，其電源電路的工作電壓也變得多樣化。具體來說，以典型的手機(jī)為例，除了原始的通話功能外，相機(jī)、廣播、電視等各種功能已經(jīng)成為普遍標(biāo)準(zhǔn)的功能。這些功能的工作所需的電壓各不相同，為此，電池電壓必須通過電源轉(zhuǎn)換電路將其電壓轉(zhuǎn)換成各電路正常工作所需電壓。大多采用電源轉(zhuǎn)換效率較高的開關(guān)控制器（通常稱作DC-DC轉(zhuǎn)換器）。

另外，在移動(dòng)設(shè)備多功能化進(jìn)程中，對機(jī)器的小型、薄型化要求也逐步提升。為此就必須減少元件的使用數(shù)量，或者將元件做到更小。此對策是借由提高DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率，減小必要的功率電感和電容的額定參數(shù)值，以此來適應(yīng)元件的小型化。

將集中控制電源的PMIC(Power Management IC)的開關(guān)頻率，將從一直使用的1MHz變?yōu)?MHz,還有管理單獨(dú)電源的DC-DC轉(zhuǎn)換器IC中主流頻率一直是3～4MHz，對于此種情況，作為主要元件的功率電感就需要1.0uH到2.2uH的低感值產(chǎn)品。而開關(guān)頻率數(shù)的提高使靜噪成為必須，為了解決這些課題，推動(dòng)了功率電感的開發(fā)。

手機(jī)電源電路中功率電感的必要特性

在此闡述多功能小型手機(jī)的電源電路對功率電感的形狀和特性的要求。主要有以下三項(xiàng)。
體積小，厚度薄
擁有能夠適應(yīng)電源電路高電源轉(zhuǎn)換效率的特性
在電源工作狀態(tài)下?lián)碛锌乖肼暷芰?br />
村田制作所開發(fā)了對應(yīng)電源電路小型化需求的疊層型功率電感LQM2HP(2520尺寸)、LQM2MP(2016尺寸)系列。這些功率電感都是符合集合PMIC和電源供給端的基帶IC等1.0mm厚封裝趨勢的超薄設(shè)計(jì)。

針對小型電源電路開發(fā)的疊層型功率電感

對應(yīng)小型、薄型需要的功率電感及其主要性能

外形如圖1所示。


通過直流電流后感值偏執(zhí)特性良好，可以作為各功率電感的特長。電流-感值偏執(zhí)特性是指功率電感通電時(shí)，電流變大引起感值下降的性質(zhì)。這是疊層型功率電感的封閉磁路構(gòu)造導(dǎo)致的磁通量飽和引起的，因此為了克服這個(gè)弱點(diǎn)，開發(fā)新技術(shù)以降低疊層鐵氧體中的磁通量分布，從而改善電流的疊加特性，最后反映在各個(gè)產(chǎn)品上。

表1是各產(chǎn)品的主要特性，表二則是電流-感值偏執(zhí)特性。

圖2：電流疊加感值特性

電源電路(DC-DC轉(zhuǎn)換器)的高電力變換效率特性

DC-DC轉(zhuǎn)換器的電源轉(zhuǎn)換效率和功率電感性能之間的關(guān)聯(lián)如圖3所示。PFM是指手機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下保持低電流負(fù)荷的模式，這時(shí)電源轉(zhuǎn)換效率性能是與功率電感的Rac (交流電阻) 以及電流-感值偏執(zhí)特性相關(guān)。圖4當(dāng)中顯示了各功率電感的Rac特性以及圖5中開關(guān)頻率數(shù)是4MHz的DC-DC轉(zhuǎn)換器IC的電源轉(zhuǎn)換效率特性。

如同圖4中顯示的Rac特性，LQM系列產(chǎn)品能夠充分抑制Rac。同時(shí)，圖2的電流-感值偏執(zhí)特性中顯示，它在電流通電時(shí)也能確保高感值，擁有良好的電力變換效率特性。這些性能能夠?qū)崿F(xiàn)手機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下的高電力變換效率，對延長電池壽命做出貢獻(xiàn)。

另一方面，PWM模式指相當(dāng)于通話狀態(tài)的高電流負(fù)荷狀態(tài)，此模式與電感的Rdc特性（直流阻抗）有關(guān)，具有低Rdc性能的LQM系列在此領(lǐng)域具有良好的電源轉(zhuǎn)換效率。