面向可穿戴设备等使用小型电池的应用的超小型功率电感器

周四, 29 七月 2021 - 10:44

金属功率电感器PLE系列是一种高效率、低漏磁通的超小型功率电感器，在可穿戴设备上搭载的小型电池上运行时可发挥很好的效果。

采用TDK独有的结构设计和全新开发材料，通过薄膜工艺，L:1.0×W:0.6×H:0.7mm尺寸时有2.2μH的高电感，同时实现了500mA的额定电流。

本文将简单易懂地说明其结构、特点、用途等对大家有用的信息。

PLE系列的关键技术

PLE系列是凭借2项关键技术实现的。

工艺技术应用了薄膜HDD磁头的技术，这次提高了高精度积层技术，在1.0 x 0.6 x 0.8mm尺寸的金属功率电感器上实现了2.2uH以上的电感值。

另外，TDK作为材料制造商，进行各种材料开发，新开发了高磁导率且低损耗的金属磁性材料，实现了低损失、高效率的电感器。

图1 : PLE关键技术

工艺技术/薄膜工法

PLE系列的关键技术之一是一种工艺技术：薄膜工法。薄膜工法有以下特点。

<ul>
<li>实现高精度的积层，可以抑制偏差。</li>
<li>实现2圈/层以上，在小导体专用面积上实现了高电感。</li>
<li>确保上下磁性材料厚度，可以抑制漏磁通。</li>
</ul>

薄膜工法和电感器的代表性工法——线圈工法和积层工法的比较如图2所示。

图2 : 薄膜工法的特点

材料技术

PLE系列另一项的关键技术是材料技术。

这次采用了新开发的高磁导率/低损耗的金属磁性材料，进行优化后，在1~2.5MHz频带实现了高Q。Q越高ACR越低，这样可以获得较高的电源效率。

图3 : 新磁性材料的特点

PFM的Hi-Q特性的效果

小型电池驱动的可穿戴设备要求小功率，所以电源驱动方式使用PFM(Pulse Frequency Modulation)。

PFM与PWM(Pulse Width Modulation)比较，DC偏置电流小，所以有可以降低功率的优点，但AC偏置电流变大。(图4)

因此，ACR特性变得很重要，使用Hi-Q、低ACR的电感器，可以实现较高的电源效率。(图5)

图4 : PFM和PWM的比较

图5 : PFM的电源效率差异

漏磁通和对噪声的效果

PLE系列容易确保磁性材料的厚度，可以抑制漏磁通。

进而，使线圈产生的磁通的朝向相对基板水平，可以抑制产生噪声的原因——磁通对GND平面的影响，抑制噪声。

磁通对水平线圈和垂直线圈的GND平面的影响的测定结果如图6所示。

图6 : 磁通对地面的影响

主要用途

<ul>
<li>上述需要轻巧的设备</li>
</ul>

使用小型电池，实现比DC-DC转换器效率更高的电路的小型设备

<ul>
<li>上述可穿戴设备</li>
<li>上述需要轻巧的设备</li>
</ul>

主要的特点和优点

<ul>
<li>高磁导率、低损耗的金属材料</li>
<li>高精度积层精度的薄膜积层电感器</li>
<li>超小型形状、高电感</li>
<li>磁通流与GND平面平行，所以噪声低</li>
</ul>

主要规格