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国巨 METCOM 金属复合功率电感

功率电感10 10月 2024
电路板上电子元件的详细视图,特写展示了一个可见的电容器
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无论是汽车还是移动机器人,自动驾驶车辆的运行都需要消耗非小量的能量。特别是在运动任务中,电源电路会面临严峻的考验。电路板级的组件,例如电感器、电阻器和MOSFET,必须足够坚固以应对电压瞬变,同时又需要足够高效以尽可能降低电池的电量消耗。本文来自YAGEO,探讨了METCOM金属复合功率电感器在移动直流-直流转换应用中的优势。

电感器是与电容器和电阻器一起使用最广泛的电气和电子电路元件之一。电感器是一种无源的能量存储元件,用于存储磁能。电感器的结构相对简单,仅由一根绕成线圈的导线组成。电感器的电路符号如下所示:

Image of schematic symbol of an inductor

电感器的示意符号

图 1

电感器的基本电气特性

对于电感器,欧姆定律通过以下公式表示:

这个方程告诉我们,电感器中电流的变化率不是瞬时完成的。当电感器通电时,其两端会立即产生电压。然而,经过电感器的电流不会突然变化。简单来说,电感器会阻碍电流的变化——通过电感器的电流以指数方式变化,如下图所示。

A graph illustrating the relationship between current (I) and time (t), with a red curve approaching a maximum current labeled as Imax

电感电流

图 2

对于一个纯感性电路,电压超前电流90°。纯感性电路的电压和电流波形如下图所示:

A graph illustrating the relationship between voltage and current as sinusoidal waveforms over time

感性电路的电压和电流波形

图 3

电感器存在于所有依赖操控磁能来运行的电气机器和设备中。这些机器和设备的例子包括电动机、变压器、继电器、扬声器和电源。电动机、变压器和发电机内部的绕组和线圈就是电感器的实例。

METCOM 功率电感

电感器的制造材料在决定其性能特性方面起着至关重要的作用。电感器的一个主要应用是在DC-DC转换器和开关模式电源(SMPS)中。电感器经常被用于开关电源的输入和输出阶段的滤波器中。然而,由传统材料制成的电感器在应对苛刻的汽车应用时,其性能往往难以令人满意。然而,金属复合材料电感器是汽车SMPS(开关模式电源)应用中的理想解决方案。

金属复合电感的第一个优势是其高饱和特性,这使其对电流瞬变具有更高的容忍度。线圈的电感会随温度变化而变化。然而,METCOM 电感器可以显著减小这一问题。这些电感器在较宽的温度范围内提供稳定的性能。MPEV 系列 METCOM 电感器的最高工作温度为 180°C。

A compact gray storage container featuring a sturdy rectangular design and a secure latch mechanism on the side

METCOM MPEV系列功率电感

图 4

优势与应用

METCOM MPEV系列金属复合功率电感器专为汽车行业中的DC-DC开关电源设计。METCOM功率电感器可以在开关电源中用作功率电感器和EMI滤波电感器。METCOM功率电感器在汽车行业的一些主要应用包括:

  1. LED前大灯
  2. 仪表盘面板
  3. 抬头显示器 (HUD)
  4. 电动机油泵 (EOP)
  5. 电动水泵(EWP)
  6. 电动助力转向系统 (EPS)

METCOM MPEV 功率电感器的优势有:

  1. 对电流瞬变具有更高的容忍度
  2. SMD 配置
  3. 电感范围为 0.47-47 μH
  4. 最高操作温度:180oC
  5. 低声噪
  6. 低磁漏通量
  7. 符合 AEC-Q200 标准

开关模式电源在高频下运行并具有一定的功率额定值。由于这个原因,电源电路始终面临过热、电流瞬变和电磁干扰的风险。所有这些问题都可能导致电路损坏和组件故障。METCOM电感器的复合金属结构确保了对电流瞬变的更高容忍度和更高的工作温度。因此,电源的可靠性和耐久性显著提高。此外,低声学噪声和磁泄漏通量进一步提升了开关电源(SMPS)的功率效率。

KEMET的研究、材料科学以及磁性粉末的开发为METCOM功率电感器提供了出色的耐热性能。因此,正如下图所示,METCOM功率电感器的耐热性能远高于其竞争对手。

A comparative graph showcasing insulation resistance (IR) performance under 180°C test conditions

METCOM 功率电感的耐热特性

图5

下图展示了METCOM电感器的剖面结构示意图:

Illustration of a metal composite component featuring a copper coil and metal terminal

METCOM 功率电感器内部结构

图6

功率电感器的金属复合芯由磁性粉末、粘合材料和绝缘涂层组成。这种复合材料确保了卓越的性能以及电气/热特性。绝缘涂层的作用是防止颗粒之间直接接触,从而使芯材保持不连续性。芯材的不连续性能够防止因涡流引起的磁通量早期饱和。饱和的磁芯无法承载更多的磁通量,并会因为发热导致能量损失。涂层的耐高温性能使得高温条件下的MPEV操作成为可能。金属复合结构提供的显著优势包括稳定的电感值、更低的漏损、减小的核心应力以及低温特性。

汽车开关模式电源

目前,电动汽车(EV)行业正经历一场蓬勃发展的浪潮,并将在未来几年内主导汽车行业的格局。开关电源一直是任何汽车电气系统中不可或缺的一部分。然而,随着电动汽车的兴起,这些电源的重要性也成倍提高。从车灯和指示灯到动力转向和信息娱乐系统,汽车的所有电子子系统均依赖开关电源来运行。此外,诸如防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、定速巡航、碰撞避免和动力转向等关键安全系统也都依赖高性能电源。因此,汽车电源的可靠性和安全性至关重要。电源的故障或失灵可能导致关键子系统的失效,从而引发事故和伤害。在此背景下,使用可靠的电路组件尤为重要。KEMET METCOM 功率电感器满足传统和电动汽车行业对安全性、质量和性能的标准。凭借其卓越的复合金属技术,这些电感器能够提供稳定的电感值,并具备更高的功率和耐温性能。

A schematic diagram showcasing the internal components of an electric vehicle

汽车动力转换系统

图7

KEMET的METCOM MPEV功率电感除了适用于汽车行业之外,在其他行业的应用中也具有重要价值。这些功率电感可用于直流-直流转换器(DC-DC转换器)和开关模式电源,这些设备广泛应用于电源转换器、自动化系统和图像处理系统。METCOM功率电感可有效用于最高可达48V的直流-直流转换器中。

产品系列

METCOM 功率电感器可分为三个系列:

  1. MPX
  2. 猴痘病毒 (MPXV)
  3. MPEV

MPX系列电感器适用于消费类、商业和工业级应用。该系列可用的电感范围为0.1-100 µH。MPXV和MPEV系列的功率电感器专为汽车应用设计,并获得了AEC-Q200认证。MPXV系列的电感范围为0.1-100 µH,而MPEV系列的电感范围为0.47-47 µH。MPX和MPXV的工作温度高达155°C,而MPEV电感器的工作温度则可高达180°C。

以下图表提供了金属复合材料电感器和铁氧体电感器的比较:

A technical comparison chart showcasing ferrite and metal core performance

铁氧体与金属复合电感的比较

图 8

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