重新设计用于汽车“万物电动”的功率电感器

作者：Michael Freitag

当今汽车各个方面的电气化趋势对DC/DC转换器提出了极高的要求，以在很宽的温度范围内提供稳定的功率，并在严格的空间限制内提供高可靠性和能源效率 - 例如电子控制单元（ECU）。新一代功率电感器具有出色的特性，可满足这些需求。

电动万物

过去，汽车销售人员使用“电动一切”一词来描述奢侈的奢侈品，例如电动窗户和天窗，也许在极端高端，可调节的车门后视镜和加热座椅。在当今世界，这几乎是一个字面上的陈述。动力转向、水泵等发动机辅助设备、自动离合器和变速箱控制等主要功能正在转换为电动操作。尽管电子燃油喷射是一项历史悠久的功能，可以提高性能和燃油效率并减少排放，但混合动力和电池电动汽车（HEV/BEV） 正在通过将整个传动系统和能量存储替换为电气等效物来将电气化推向极限。

电气化带来了降低成本、轻量化等优势，以及灵活的电子控制机会，允许通过定期软件更新来调整性能并添加新功能并随后进行改进。

提高安全性是另一个值得特别注意的目标。高级驾驶辅助系统（ADAS），如自动转向和制动，内部和外部的先进照明系统，以及联网汽车功能，如V2X和紧急支持服务，引入了更多的电子模块，如LED驱动器和传感器，包括摄像头、雷达、激光雷达和无线模块，连接到控制单元，这些控制单元包括传统计算和人工智能推理的混合。

从最先进的车辆配备单个电子控制单元（ECU）来处理发动机管理的时代，我们现在处于一个即使是普通汽车也可能包含100多个ECU或域控制器的时代，以管理众多的车身电子设备，动力总成，舒适性，安全性和信息娱乐系统。

稳定功率的重要性

密集的电气化给汽车电子设备的设计人员带来了严峻的挑战。ECU必须在很宽的温度范围内始终如一地运行，特别是在引擎盖下或暴露在阳光下的区域。它们还必须具有高抗冲击和抗振动性，共存且不干扰车辆中的其他系统，并符合仪表板后面、门腔内、发动机舱内、前照灯后面以及机电一体化组件（如电动系统）内部的极端空间限制。

改变ECU电源设计方法有助于实现这些目标。需要在很宽的温度范围内保持输出稳定性。传统电感器通常采用缠绕在铁氧体磁芯上的导电线圈，在很宽的电流范围内具有稳定的电感，但电感在高于饱和电流时会急剧下降。此外，饱和电流与温度有关，在较高温度下会降低。除了在宽温度范围内提供更好的饱和特性和稳定性外，用于汽车应用的电感器还应提供低直流电阻，以避免不必要的自发热并最大限度地减少能量损失，从而有助于提高车辆的整体效率。

新型金属复合电感器

为了满足这些需求，一类新型金属复合电感器正在出现。KEMET 的 MPXV 电感器等器件包括一个铜线圈，该线圈端接到一个大型可焊接焊盘并封装在模制外部磁芯内（图 1）。

图1.金属复合电感器的构造。

磁芯由绝缘铁颗粒制成，铁的主要用途导致比典型的铁氧体公式更稳定的温度系数。为了形成铁芯，将铁粉与粘合剂混合，并在线圈周围压制成所需的铁芯形状。物理特性创造了固有的分布式气隙，使磁芯能够存储比铁氧体更高水平的磁通量。

KEMET 的 MPXV 功率电感器结合了低直流电阻和缓慢饱和特性，与传统的铁氧体磁芯电感器相比，在整个温度范围内也更稳定（图 2）。出色的饱和特性使 DC/DC 开关电源能够在浪涌电流高的情况下保持功能，而改进的温度稳定性使工程师能够在进行可靠的热考虑进行设计时。MPXV 功率电感器还受益于 EMI 屏蔽，可减少磁通泄漏和干扰，并通过汽车级 AEC-Q200 认证。

图2.金属复合材料和铁氧体磁芯电感饱和度的比较。

凭借高达 155°C 的指定参数以及低噪声和高达 30G 的高抗冲击和振动能力等其他理想性能属性，这些电感器可用于车辆的所有区域，包括引擎盖下具有挑战性的操作环境。因此，它们可以帮助推动正在进行的电气化进程，帮助向 LED 大灯、仪表组面板、平视显示器 （HUD）、电动水泵 （EWP）、电动油泵 （EOP） 和电动助力转向 （EPS） 等子系统提供稳定高效的电力。

MPXV 系列电感器提供 0.10μH 至 100.00μH 的宽电感值范围，采用表面贴装封装，利用模制磁芯的易成型性提供薄型，以满足受到严格空间限制的应用。

结论

新的内线圈结构和创新的金属复合材料技术使新型电感器的出现成为可能，这些电感器具有良好的饱和特性和温度稳定性，以满足最新的汽车应用，因为电气化扩展到车辆的各个方面。KEMET 的 MPXV 系列等新型电感器正在将行业带入真正的“万物互联”时代。