【R课堂】电源的发展历程与金属电感

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前面我们讲了电感的基本特性对电源特性有怎样的影响，此次介绍随着电源的发展金属电感的使用日益增加的情况、以及包括材料在内的金属电感的特征。这与针对近年来的小型化要求，开关频率高的电源需求增加密切相关。

－的确，为实现小型化，提高电源电路的开关频率，使用电感值小的电感、即尺寸小的电感的案例增加了。

我想大家都知道，IC随着工艺的微细化发展，电源电压也越来越低，而电源电流日益增大，也被表述为“低电压大电流化”。关于电感，要流过大电流，需要电感值小，作为电源电路，要以小的电感值工作，需要开关频率高。而原本被认为特性上很难实现大电感值的金属电感，只要在电感值小的条件下，在特性和尺寸两方面均具优势。下图是IC的电源电压变化示意图，以及铁氧体电感和金属电感对开关频率/电感值/电流的覆盖范围示意图。

－铁氧体电感中也有电感值小的产品，那金属电感的优势在哪里？

那么我最先介绍一下铁氧体电感与金属电感的区别。

首先，金属的磁导率μ低，因此是电感值很难提高的材料。然而，饱和磁通密度高，即直流叠加容许电流高，饱和也非常平缓。因此，如果直流叠加容许电流相同，则可比铁氧体的尺寸小。此外，还具有电感值对温度几乎无变化的特性。关于绝缘（隔离）也有注意事项，稍后将进行说明。频率特性最近已经显著改善，支持高频率。最后，材料费是△标记，可能也与最近需求高涨有关，已经越来越水涨船高了。

作为很大的一个优点，金属材料的饱和磁通密度高，因此可实现具有优异叠加特性的电感。而要有效利用这一优点，需要改善磁导率μ低、电感值不易提高这一点。

－实际上已经有所改善了吧？

那么我要用ROHM产品来进行说明了。我公司针对一般的金属复合材料，开发出称为“金属磁性压粉材料”的独有材料。我公司的金属磁性压粉材料与以往的金属复合材料相比，是具有更高的磁导率μ，具有更高的绝缘性能的材料。MCOIL™除采用金属磁性压粉材料外，还融入我公司的独自技术，是具有实用性电感值与优异叠加特性的金属电感。

－您提到这种独有材料具有优异的绝缘性能，这与刚才提到的“关于绝缘（隔离）也有注意事项”有关系吗？

因为同是材料相关内容，所以请允许我在此介绍一下。下图为金属复合型材料与MCOIL™的比较及改善点。

金属复合型铁粉通过铁粉间的有机树脂绝缘。而MCOIL™的铁粉间由无机氧化膜覆盖，相互绝缘。

金属复合型的绝缘树脂尤其在高温下容易劣化，绝缘性能也随之恶化。于是Q劣化，损耗显著增加。铁粉内产生的渦流成为损耗，铁粉直径变大则渦流也增大，损耗也增加。此时，因树脂劣化而导致铁粉间的绝缘劣化，一些铁粉成为一个块，就是产生较大渦流的原因。

覆盖MCOIL™铁粉的氧化膜与有机树脂不同，是暴露于高温下也几乎不会产生劣化的材料。因此，金属电感的课题之一即绝缘性能劣化、也就是最终的Q劣化得以大幅改善。此外，使用这种氧化膜的方法与磁导率μ的提升也息息相关。

－具体有哪些特性不同呢？

请看试验数据。这是MCOIL™与其他公司的金属复合标准型（STD）和高Q型材料在实施125℃与150℃的高温存储试验后的结果，是按绝缘电阻、电感值、Q变化相对试验时间绘制的。

左上图表示绝缘电阻的变化。初始值（0小时）请看作是个体的波动，其他图也相同。从图中可以确认，在经过500小时后的时间点，金属复合型在125℃试验中劣化到约百分之一、在150℃试验中劣化到万分之五以下，劣化明显。而MCOIL™几乎没有劣化。

右上图为电感值，金属复合型可见轻微劣化趋势，而MCOIL™则非常稳定。

左下图为Q的变化。从图中可见，金属复合型在125℃条件下劣化较缓和，但在150℃条件下随时间推移劣化越来越严重。如前所述，呈现绝缘劣化、Q也劣化的结果。

有奖问答：在实际的电路中，除环境温度影响外，_________也是导致劣化的重大要因。

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