在為給定應用選擇最佳部件時，可以說電容器比其他無源元件類型更受關注。但是，在有電容器的地方通常會有電感器，因為電氣系統通常需要利用電容器的靜電特性以及電感器的電磁特性才能正常運行。

鐵氧體磁芯和金屬復合電感器的最新進展現在為設計人員提供了更多選擇和更多功能，以優化其電路的性能、可靠性和成本。

電感基礎知識

在最基本的形式中，電感器可以像線圈一樣簡單。通過在磁芯周圍形成導線，可以使電感倍增。磁芯的材料特性對電感有很大影響，也可以設計形狀以優化電感器的特性。

當在電感器上施加電壓時，電流以取決于電壓和電感值的速率上升。1-Henry (1H) 電感器上的 1V 電位會導致電流以每秒 1A 的速度增加。公式：V=L*di/dt 適用。

電感器具有重要的特性，工程師可以利用這些特性來管理能量和操縱信號。電感器的主要特性包括：

與電阻器不同，與感應電流相關的功率不會以熱量的形式消散，而是存儲在相關的磁場中。當電感電流中斷時返回電路

電感行為與頻率有關

當磁場存儲了盡可能多的能量時，電感器就會“飽和”。電流的任何進一步增加都不會增加磁場強度，額外的功率會以熱量的形式消散

利用這些特性，電感器通常用于模擬濾波電路和管理開關模式電源轉換應用中的能量流。

隨著電路設計人員尋求將更多功能塞入越來越小的空間或增加功率密度，需要電感器在更小的元件尺寸內提供高電感值。同時，為了避免功率損耗和效率降低，必須盡量減少不需要的寄生效應，例如直流電阻 (DCR)，并且參數應在溫度變化和工作電流范圍內保持相對穩定。磁芯材料性能的改進使電感器制造商能夠滿足這些需求。

與任何工程挑戰一樣，優化核心材料特性涉及妥協，在某些領域提高性能，同時在其他領域接受權衡。盡管開發了燒結金屬粉末磁芯等新磁芯材料技術，傳統的鐵氧體磁芯仍具有吸引力。隨著制造商尋找新的方法來優化器件特性并通過更精細的制造公差更嚴格地控制參數，鐵氧體磁芯電感器也不斷發展和改進。

目前，常用的兩種主要常規鐵氧體材料配方：鎳鋅（Ni-Zn）和錳鋅（Mn-Zn）。Ni-Zn鐵氧體傾向于具有更有利的磁芯電阻，而其他元件參數，包括與尺寸相關的飽和特性、熱性能和電感則不太有利。另一方面，Mn-Zn 磁芯允許高單位體積電感和高效率，而飽和特性、熱特性和磁芯電阻則不太強。

新的鐵氧體磁芯技術

為了顯著降低與錳鋅鐵氧體電感器相關的 DCR 和磁芯損耗，KEMET 創造了一種稱為組裝鐵氧體的新型電感器。如圖 1 所示，它們由一個兩部分磁芯和一個扁平線直接端子導體組成。這些器件結合了 Mn-Zn 電感器的高電感和效率優勢，以及低 DCR 和低磁芯損耗。

這種結構促成了垂直定向電感器的出現，例如窄至 6.0mm 的TPI 系列。這比同類傳統電感器小 2.0 毫米，在高功率應用中顯著節省空間，例如 CPU 負載點 (POL) 轉換器中的直流優化，需要在 POL 和 CPU 引腳之間的區域中使用多個電感器。盡管靠近器件的空間變得極其有限，但將電感器放置在靠近引腳的位置是希望最大限度地減少直流線路損耗。四個窄 TPI 電感器可以在同一 PCB 區域內代替三個傳統電感器。

圖 1. 組裝好的鐵氧體電感。

金屬復合芯

另一方面，已經開發出新的金屬復合磁芯材料，其提供比鐵氧體器件更好的飽和度和熱性能。金屬復合電感器的磁芯由鐵粉顆粒組成，鐵粉顆粒與粘合劑混合并壓制形成磁芯形狀。

此外，磁芯材料的高磁導率使電感器的 DCR 降低，因此在大電流下工作時自發熱更低。這既可以提高系統效率，又可以減少對散熱片等熱管理組件的依賴（表 1）。

表 1. 流行電感器核心技術的比較。

在比較錳鋅鐵氧體和金屬復合電感器的電感和飽和特性時，錳鋅鐵氧體顯示出更高的標稱電感值。這通常在電流下是穩定的，一旦達到飽和電流，電感就會急劇下降。在更高的溫度下，飽和電流也會顯著降低。金屬復合電感器雖然相對于組件尺寸顯示出較低的標稱電感，但具有更加漸進的飽和特性，并表現出更高的溫度穩定性（圖 2）。

圖 2. 比較鐵氧體和金屬復合材料的飽和電流和溫度穩定性。

KEMET 最近推出了一個新的METCOM 電感器系列，其中包含 100 多種器件，從 0.10μH 到 47.00μH，DCR 值低至 1.5mΩ。這些電感器的工作溫度范圍為 -55°C 至 +155°C，尺寸小至 5.3 毫米 x 5.00 毫米 x 2.0 毫米，使其適用于密集封裝的電源應用，并能夠部署在從零以下深度到高溫的具有挑戰性的環境中工業或汽車引擎蓋下的溫度。

而在典型的、已建立的電感器結構中，線圈圍繞磁芯纏繞，而 METCOM 磁芯則圍繞線圈形成（圖 3）。這會產生一個不導電的外層，該外層充當屏蔽層以將磁通量包含在電感器體內。結果，提高了操作效率。EMI 性能也得到了改善，從而最大限度地減少了對周圍電路的干擾。

圖 3. METCOM 電感器結構。

滿足汽車溫度和空間限制

在很寬的工作溫度范圍內具有出色的穩定性，這使 METCOM 電感器能夠在組件受到高溫的汽車應用中提供出色的性能，例如暴露在陽光直射下的引擎蓋下或車內位置。

另一方面，在需要高電感且空間限制非常嚴格的情況下，TPI 系列等鐵氧體電感器可以提供滿足重要電氣性能要求的節省空間的解決方案。

結論

直接端子組裝鐵氧體電感器的出現，以及受益于卓越飽和度和熱特性以及固有 EMI 屏蔽附加優勢的金屬復合電感器的發展，已經模糊了電感器磁芯技術之間的傳統界限。設計人員現在擁有比以往更多的選擇來應對功率轉換挑戰，從注重效率和尺寸受限的計算和數據中心應用到汽車領域中尺寸受限和溫度敏感的應用。

審核編輯：郭婷