功率電感對電源的改善

隨著移動設(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，以典型的手機為例，除了原始的通話功能外，相機、廣播、電視等各種功能已經(jīng)成為普遍標準的功能。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，在移動設(shè)備多功能化進程中，對機器的小型、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，推動了功率電感的開發(fā)。

手機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。
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。

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，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)造導致的磁通量飽和引起的，因此為了克服這個弱點，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是指手機在待機狀態(tài)下保持低電流負荷的模式，這時電源轉(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，圖2的電流-感值偏執(zhí)特性中顯示，它在電流通電時也能確保高感值，擁有良好的電力變換效率特性。這些性能能夠?qū)崿F(xiàn)手機在待機狀態(tài)下的高電力變換效率，對延長電池壽命做出貢獻。

另一方面，PWM模式指相當于通話狀態(tài)的高電流負荷狀態(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。