电感介绍

5. 電感元件發展趨勢
電感元件 — 發展趨勢
耐大電流
40A
10A
模組化
Common Mode Filter
1A
LC Filter
0603
0402
小型化
0201
200mT 4x2.8mm
300mT
3x1.6mm
450mT
高飽和磁束
4x0.6mm
薄型化
繞線電感 — 新產品系列
Properties Items SCMD4D06 SCMD4D08 SCMD4D11 SCMD4D13 SCMD5D11 SCMD5D13 SCDS5D18 SCDS5D28 SCDS6D28 SCDS6D38
電感元件電特性需求 — Idc, Irms & Rdc
重疊直流電流: 感值下降10 %之偏壓電流, Idc
額定容許電流: 根據線圈發熱溫度上昇來設定, Irms ∆T=40°C
等效直流電阻: 線圈實際測得之直流電阻, 簡稱為Rdc, 與 ESR 不同
SCDS 127 1R0
Idc
CEC (-10%)
電感元件與展望
劉 研發中心 奇力新電子股份有限公司
大綱
1. 電感元件原理 2. 磁性鐵電(Ferrite)材料 3. 磁性電感元件分類 4. 電感元件規格 5. 電感元件發展趨勢
1. 電感元件原理
電感元件原理
• 電感為儲能元件，以磁場形式儲存能量 • 空心線圈內插入鐵磁性材料(Ferrite)
1000 Brown
Black
Black
等效直流 1000 Brown
Red
Black
電阻, Rdc
1000 Brown
Green
Black
18 ±10%
50
50
350
2500 0.11
1000 Brown
Gray
Black
22 ±2%,5%
50
55
350
2400 0.12
1000 Red
Red
Black
Q
20~50 20~40
繞線電感 — 新產品系列
Properties Items SCDS2D11 SCDS2D18LD SCDS2D18HP SCD03015 SCD03021 D52 D53 D62 SCD0501 SCD0502 SCD0503
L (µ H) 1.5~10 2.2~47 1.7~15 2.2~1500 1.0~1000 1.2~100 1.0~100 1.0~47 1.0~1000 1.0~1000 1.0~1000
X = 2πf x ESL, ESR :等效串聯電阻
積層電感
μi 110
μi 50
10 MHz
100
Q
電感元件電特性需求 — 磁珠
• 只以阻抗頻譜, Z(Ω) vs. F, 為選用準則
Z=
R 2 + X 2 (Q = X/R)
高頻訊號用磁珠 低頻訊號用磁珠
奇立新 磁珠(BEAD)系列產品
品名
規格 用途
• SCDS, SCD, SDT, SSL, NL, ……
3. 訊號型繞線電感 (HF Wire Wound Inductor)
• LCN0402, 0603, 1008, …, Air-Coil
4. 積層晶片型電感 (Multilayer Chip Inductor, CL) 5. 積層晶片型高頻電感 (High Frequency Ceramic Chip Inductor)
磁性電感元ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分類 — 共模濾波器
磁性電感元件分類 — 共模濾波器
Normal mode Common mode
Signal < Noise
I Vin
Vn2 Vout
I
Vn1
Vout = Vin + (Vn2-Vn1)
Signal = Noise
磁性電感元件分類 — 共模濾波器
Rdc
(<10 Ohm)
• CLH0402, 0603, 0805
6. 積層晶片型磁珠 (Multilayer Chip Bead) 7. 積層晶片型排感 (Multilayer Bead Array)
• 0805, 1206
8. 共模濾波器 (Chip Common Mode Filter, CMF)) • 積層型 & 繞線型
1400
1200
1000
800
SB PB
600
NB
400
200
0
1
10
100
1000
頻率(MHz)
10000
磁珠阻抗曲線
IMPEDANCE(OHM)
1000
100 10
1 1
10
100
1000
FREQUENCY(MHZ)
磁珠阻抗曲線
IM P E DAN CE (O H M )
1000
2.5
100
• CLH0402, 0603, 0805
磁性電感元件分類 — 功率型繞線
STD
磁性電感元件分類 — 訊號型繞線
LCN/NLC
NL CMF
磁性電感元件分類 — 訊號型繞線
Inductance
4.7µH
Tolerance
±20%
Test Frequency 1MHz
Rated Current 650mA
0.160~5.362 180~1200
0.109~2.8 940~200
0.081~0.875 550~1900
0.057~1.2 360~1950
0.018~0.52 420~2600
0.024~0.535 540~3000
0.020~0.358 650~3500
Irms (A) 130~850 200~1160 350~1250 130~850 200~1160 350~1250
2002/Q4 2003/Q1 2003/Q2 2003/Q3 2003/Q4
3. 磁性電感元件分類
磁性電感元件分類— 三大系列
1. 軟磁鐵芯 (Ferrite Cores)
• DR-core, T-core, RH-core, RID-core, E-core, EP-core, ……
2. 功率型繞線電感 (Power Wire Wound Inductor)
27 ±2%,5%
50
55
350
1600 0.13
1000 Red
Violet
Black
33 ±2%,5%
50
60
350
1600 0.14
1000
Orange
Orange
Black
電感元件電特性需求 — 品質因素, Q
ESR ESL
100 80 60 40 20 0
1
μi 180
Q = 1 / Tanδ = X / ESR,
1.5
10
1
1
10
100
1000
FREQUENCY(MHZ)
電感元件電特性需求 — L vs. 頻率
L(uH)
1000 800 600 400 200 0
0.001
0.01
270 µH 180 µH 100 µH
56 µH
33 µH 10 µH
0.1
1
10
100
FREQUENCY(MHz)
1000
SB
一般寬頻
GB
一般寬頻
NBQ
數位高頻
PB
功率型
UPB
超高功率型
HFY(160808) 超高頻(GHz)
電流限制
50-500mA 100-1000mA
50-500mA 800-6000mA 4000-6000mA
50-500mA
SB , PB , NB 阻抗曲線
阻抗值 (Ω)
2000
1800
1600
5.4 A
Sumida (-70%)
14 A
電感元件電特性需求 — Idc 量測
Ls (uH)
300
270 µH
250
200
180 µH
150
100
100 µH
56 µH
50
0
0
0.5
L=5H
C=20000µF
DUT
LCR Meter
1
1.5
2
IDC(A)
晶片積層電感 — 可靠度測試
測試項目
1. 蒸氣老化試驗 2. 耐銲性 3. 端電極拉力強度 4. 端電極推力 5. 冷熱衝擊 6. 高溫壽命測試 7. 高溼壽命測試 8. 抗彎板強度 9. 耐電流衝擊 10. 內部剝面
12 ±10%
50
15 ±10%
50
50
500
4100 0.08
50
500
4100 0.15
50
500
4100 0.08
自我諧振
頻率, SRF 50
500
3300 0.09
50
500
2500 0.10
1000 Black
Yellow
Violet
重疊直流
1000 Black
Green
Blue
電流, Idc
φ = LxI
電感元件原理 — 電感等效電路
阻抗
自我諧振頻率, SRF
理想電感, Z=2 π f L
電感性 電容性
頻率
電感元件原理 — 電感等效電路
ESR ESL
X = 2πf x ESL R :等效串聯電阻, ESR Q = X/R
Z=
Z=
R + jX
R2+ X 2
2. 磁性鐵電(Ferrite)材料
電感元件電特性需求 — Q vs. 頻率
Q
Inductance
160 140 120 100 80 60 40 20
0 1000000
10000000
Q Ls
100000000
1.50E-06 1.00E-06 5.00E-07 0.00E+00 -5.00E-07 -1.00E-06 -1.50E-06 1000000000
Rdc
Normal mode 工作原理
磁性電感元件分類 — 共模濾波器
Hi-Z
(>100 Ohm)
Hi-Z
Common mode 工作原理
4. 電感元件規格
電感元件規格
Part Number
LCN1008T-4N7K-S LCN1008T-5N6K-S LCN1008T-10NK-S LCN1008T-12NK-S LCN1008T-15NK-S LCN1008T-18NK-S LCN1008T-22NJ-S LCN1008T-27NJ-S LCN1008T-33NJ-S
Rdc (µΩ) 0.060~22.0 0.080~8.5 0.25~28 0.2~50 0.08~15.0 0.05~22.6 0.145~14.2
Isat (A) 60~1000 90~1080 40~700 30~500 130~2100 80~2500 100~1600 2.1-3.5
SRF (MHz) 5~96 3~100 5~200 1.3~120
測試條件
蒸氣8 hrs, 235+5 ℃, 沾錫 5+1secs 260+5 ℃, 沾錫 60+3secs 0.2〜1.5 Kgf, 20+5 secs 0.5〜2.7 mm, 0.2〜2.5 Kg -40℃,+85℃, 30分/cyc,100cyc 125℃, 1000hrs 40℃, 85%RH, 1000hrs 2 mm Bending 常溫常溼下, 5 mins 每批
磁性鐵電(Ferrite)材料 — 居里溫度
積層晶片型電感全系列無鉛粉材
800
700
◆ Pb-free.μ800
600
500
400
◆ Pb-free.μ400
300
200
◆ Pb-free.μ200 ◆ Pb-free.μ160
100
◆ Pb-free.μ45
0 ◆ Pb-free.μ15
◆ Pb-free.μ120
繞線電感 — 新產品系列
Properties Items SQC322520 SQC453226 SQV322520 SQV453226 SSL04LP SSL0400 LPO2506 SLF10155
L (µ H) 1.0~560 1.0~470 0.1~560 1.0~2200 1.2~330 1.0~1000 4.7~1000 10-33
Inductance (nH)
Test Frequency
(MHz)
Q Min
Test Frequency
(MHz)
SRF Min (MHz)
RDC Max (Ω)
IDC Max (mA)
COLOR CODING
1ST
2ND
3RD
4.7 ±10%
50
品質因素, 5.6 ±10%
50
Q
10 ±10%
50
Æ 線圈內部磁場會大為增加列如： 插入μ值=100 Æ 電感量(Inductance)會增加100倍 放入μ值10000 Æ 電感量會增加10000倍
L = μ x Lo, 插入 Ferrite, μ
電感元件原理 — 電感值計算
L = 4πμn2 A (nH) l
n:纏繞之圈數 A:磁蕊之截面積 l:磁路之長度 μ:材料導磁率
L (µ H) 2.2~47 3.3~100 2.2~47 3.3~150 3.3~100 3.3~150 4.1~100 2.5~100 3.0~199 3.3~100
Rdc
Isat
(µΩ)
(A)
0.116~2.843 180~950
0.160~3.304 210~1200
0.116~2.843 180~950
磁性電感元件分類 — 軟磁鐵芯
磁性電感元件分類 — 軟磁鐵芯
磁性電感元件分類 — 開磁路與閉磁路
繞線電感
積層晶片電感
繞線 磁束迴路 Æ EMI
磁性電感元件分類 — MLCI
• Multilayer Chip Inductor
• CL0402, 0603, 0805 1206, 1210
• Multilayer Ceramic Chip Inductor