优化汽车应用的功率电感器

金属复合技术将电感器性能提升到一个新的水平，以满足车辆系统电气化小型化需求

符合汽车标准的电感器利用金属复合核心技术可为设计人员提供更好的磁导率和饱和特性，从而为当今汽车上越来越多的车载 ECU 提供稳定、可靠和节能的滤波和电流平滑。

汽车电气化是无情的，用更经济、更轻便的电气等效物取代机械和液压子系统，引入更智能的安全和辅助系统，并使用更可靠、灵活、和适应性。随着 V2X 通信的加入，以及政府禁止销售新型化石燃料汽车的计划巩固了向电力驱动的过渡，汽车将成为可能接管自动驾驶和而是娱乐而不是。

为革命提供动力

在电气化趋势开始时，第一款集成单个电子控制单元 （ECU） 的高端汽车将拥有每秒数千次重新优化发动机供油的能力。世界为之惊叹。然而，如今，一辆高端汽车可能包含 50 到 100 个以上的 ECU、域控制器和机电模块，用于管理车上众多的车身电子、动力传动系统、安全性、舒适性和信息娱乐系统，而且这个数字还在继续上升。Fortune Business Insights 预测，到 2026 年，汽车 ECU 市场总价值将达到 129.2 亿美元，未来七年的平均复合年增长率为 11.9%。

这些 ECU 需要针对汽车环境中常见的危险提供保护，例如电气瞬变、来自其他电子设备的干扰和持续高温。它从电源开始，它必须在存在干扰的情况下提供稳定的电源轨。可以通过仔细选择输入和输出电感等组件来增强性能。首先，电感值应该在整个工作温度和电流范围内保持稳定。其次，需要低直流电阻和磁芯损耗以最大限度地减少功耗和自热，这些损耗会降低能效并使热管理复杂化。

传统的铁氧体磁芯电感器难以满足所有理想。虽然铁氧体材料具有高磁导率，允许低 DCR 和磁芯损耗，但在高温下磁导率会降低，并且器件电感在电流值高于饱和阈值时急剧下降。饱和电流也与温度有关。在不牺牲 DCR 和磁芯损耗性能的情况下，需要进行改进以实现更低的漏磁和更平滑的饱和特性。

改进电感技术

金属复合磁芯材料经过精心设计，可在高温和宽电流范围内提供卓越的性能。与铁氧体不同，铁氧体本质上是包含各种金属氧化物的烧制陶瓷材料，这种新型磁性材料由硅绝缘铁粉颗粒制成，这些颗粒与粘合剂混合并压制成最终的磁芯形状。铁粉具有固有的分布式气隙，与铁氧体相比，它更能减少由交替磁通方向引起的磁滞损耗。这允许更高的直流电流水平在饱和之前流过电感器。此外，饱和特性更平滑且不那么突然。此外，饱和度和磁导率在温度范围内都更加稳定。

图 1 比较了铁氧体和金属复合磁芯电感器的饱和特性，显示当铁氧体磁芯电感器中的电流超过饱和阈值时，电感会突然降低。还显示了阈值随温度升高的变化。相比之下，金属复合电感器显示出大大降低的温度依赖性和更平滑的饱和特性。在下面的这个例子中，标称电感是相同的，并显示了直流电流的一般行为，这也适用于瞬态电流。

图 1：金属复合材料表现出更平滑的饱和度和更低的温度依赖性。

这些电感器具有更平滑的饱和特性，使 DC/DC 开关电源能够在很宽的温度范围内保持稳定性并处理大负载瞬变或高浪涌条件，因此非常适合用于汽车 ECU。对于铁氧体电感器，如果电流足够高且高于饱和，则这些负载瞬变将在没有滤波的情况下漏掉。

汽车电感特性

KEMET 的 MPXV 电感器等设备包括一个铜线圈，该线圈端接于一个大的可焊垫并封装在模制的外部金属复合芯中。

外部内核有利于 EMI 屏蔽，使电源能够降低系统噪声。类似的非屏蔽铁氧体磁芯电感器具有更大的 EMI 特征，如图 3 中的比较所示。屏蔽铁氧体磁芯电感器可以显示较低的 EMI 辐射，但代价是尺寸增加和饱和电流值降低。

图 3：铁氧体和金属复合电感器的电磁辐射比较

导线和引线框架的磁导率特性与低欧姆特性的结合使电感器具有低 DCR。此外，KEMET 金属复合磁芯材料的特性可最大限度地减少较高电源开关频率下的磁滞损耗、涡流损耗和边缘损耗。Q 因子通常是衡量总损耗的一个很好的指标，因为它将阻抗与电阻与频率相关联（越高越好）。组装的铁氧体电感器在较低频率范围内具有“最佳位置”，而 METCOM 电感器最好在 800kHz 以后使用（图 4）。

图 4：磁芯损耗比较

总之，通过 KEMET 独特的材料开发和生产能力实现的低磁芯损耗和低 DCR 的综合效果使电源能够提供更高的能源效率和更低的自发热，以及卓越的稳定性。由于需要管理的多余热量更少，设计人员可以简化其 ECU 的热设计，利用更小的组件以及更低的材料清单和工程成本。

MPXV 系列电感器是符合 AEC-Q200 汽车标准的表面贴装器件，电感值范围为 0.10µH 至 100.00µH。除了满足 AEC-Q200 要求外，这些设备还通过了欧盟 RoHS：2011/65/EU 和 （EU）2015/863。这些部件采用薄型屏蔽结构，可用于空间受限的场所。高耐腐蚀性是对汽车设计师有吸引力的另一个属性。

电感器参数的额定温度最高可达 155°C，并且在机械方面也很稳健，可抵抗高达 30G 的冲击和振动。此外，它们的低噪音允许在车辆的所有区域，从引擎盖下到驾驶室内，就像在电动汽车中一样，来自内燃机的整体噪音消失了，其他声音更容易被发现，因此设计师花更多的精力减少驾驶时的声音干扰。

结论

金属复合磁芯电感器提供改进的磁性能，可提高稳定性和能源效率，并具有低电气和声学噪声的附加优势，是 LED 前照灯、仪表组面板、平视显示器等汽车应用电源的最佳选择、电动水泵和油泵以及电动助力转向。因此，它们可以帮助推动正在进行的电气化进程，帮助向当今和未来汽车上越来越多的 ECU 提供稳定高效的电力。

此外，它们具有高机械弹性、耐高温能力和主要参数的最小温度依赖性，因此它们也适用于其他工业、商业和高端消费场景中的高可靠性应用。

审核编辑：郭婷