本月，三星發(fā)布了“世界上最小的功率電感器”的消息。即使在理論上，這種小型化對電子設(shè)計意味著什么？

曾經(jīng)采用EE101的任何工程師都可能首先通過簡單的電壓源和電阻器網(wǎng)絡(luò)被引入電路。一旦將其完全覆蓋，它們便會轉(zhuǎn)移到電容器上-有點抽象，但足夠容易理解。

然后，將它們引入電感器，以磁場形式存儲能量以及抵抗電流變化的來源。這就是事情開始變得奇怪的地方。

基本電感器是線圈導(dǎo)線，該線圈導(dǎo)線將磁場線集中在此圖示結(jié)構(gòu)中。

電感器是一種基本的電氣組件，在許多學(xué)生和年輕工程師的心中引起恐懼。然而，他們的重要性不能高估。我們的整個電氣基礎(chǔ)設(shè)施都基于與電感器相同的EM原理。電感器在基本電路模塊（尤其是電源）中無處不在。

它們還處于新研究和開發(fā)的最前沿-例如，伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員最近創(chuàng)造了一種將電感器和電容器結(jié)合在一起的方法。三星本月還發(fā)布了一個更大的電感器公告，該公告稱它創(chuàng)造了業(yè)界最小的功率電感器。

三星索賠的意義何在？對電氣工程師有何實際影響？

電源中的電感器

在流行的電源架構(gòu)中，例如降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，電感器是至關(guān)重要的組件。

在該電路模塊中，輸入端的電感器可以抵抗輸入電流的突然變化。當MOSFET導(dǎo)通時，電感器以磁場形式存儲來自輸入的能量，并在MOSFET閉合時將其放電。

簡化的反相降壓/升壓轉(zhuǎn)換器拓撲。圖片由Alex Feng提供

這種拓撲之所以如此流行，是因為與依賴電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)的線性逆變器相比，這種拓撲非常有效，線性逆變器會耗散大量功率。該拓撲還提供了對輸入電壓進行降壓（升壓）或升壓（升高）以達到所需輸出電壓的能力，這意味著該拓撲可以處理輸入電壓的較大變化。

電源設(shè)計趨勢

隨著芯片和其他電子設(shè)備的規(guī)模縮小，電源的規(guī)模也隨之縮小。實際上，VLSI領(lǐng)域的許多研究人員目前正在研究使電源小型化的方法，以使它們可以集成在芯片上，而不是像當今常見的芯片外集成。

由于可以將電源放置在更靠近負載的位置，因此可以減小片上和片外電源的尺寸，從而提高系統(tǒng)效率和響應(yīng)時間，從而消除了沿電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的寄生效應(yīng)。

不幸的是，您遇到的主要障礙是電感器。電感器很難實現(xiàn)小型化，因為它們的電感值與線圈的面積和線圈的匝數(shù)成正比。制造片上和片外電感器的流行方法都不能很好地實現(xiàn)小型化。

螺旋電感器，是在芯片上創(chuàng)建電感器的最常見方法之一。圖片由Stavros Iezekiel提供

此外，改進的組件規(guī)格意味著增加了功率使用，因此需要能夠承受大電流的功率電感器。

三星發(fā)布“世界上最小的功率電感器”

考慮到這些問題，三星電機的研究人員開發(fā)了新的功率電感器，他們聲稱這是世界上最小的功率電感器。這些新型功率電感器的尺寸為0804，尺寸為0.8 mm x 0.4 mm x .64 mm，大大小于三星先前最小的產(chǎn)品尺寸1.2 mm x 1.0 mm x 0.65 mm。

三星的新型功率電感器。圖片由三星提供

三星公司表示，采用納米級超微粉的新型材料可以實現(xiàn)小型化。這種粉末通過應(yīng)用調(diào)光技術(shù)（一種使用光來標記電路的制造方法），可以使線圈間距很小。

小型電感器Afford

隨著芯片級和設(shè)備級設(shè)備的小型化，對更小電源電路的需求已變得至關(guān)重要。

到目前為止，電感器是使流行的電源架構(gòu)（例如降壓/升壓轉(zhuǎn)換器）小型化的基本障礙之一。現(xiàn)在，隨著三星的最新消息，使電感器小型化的可能性似乎越來越大。

借助更小的電感器和更小的電源，由于響應(yīng)時間縮短了，寄生損耗也減少了，工程師們將能夠創(chuàng)建效率更高，可靠性更高的電路。

三星評論說，他們及時開發(fā)微型電感器：“隨著電子設(shè)備的高性能和多功能性，5G電信的激活以及可穿戴設(shè)備市場的增長，預(yù)計對超小功率電感器的需求將會增加。增長迅速，預(yù)計在電子設(shè)備中的安裝量每年至少增長20％。”