SMD功率电感用高Bs NiZn铁氧体材料

1 引言
软磁铁氧体主要包括MnZn、NiZn铁氧体材料两大系列，主要应用于计算机、通讯、电源及消费类电子产品等领域，是电子工业的基础功能材料。与MnZn铁氧体相比，NiZn铁氧体具有高电阻率、高使用频率等特点，适用于制成各种SMD功率电感。
随着电子移动终端变得越来越来小，越来越薄，对应DC/DC 转换器的SMD功率电感也需更小，更薄。另外，随着转换频率越来越高，功能越来越多，额定电流的要求也越来越高，从而对于功率电感的直流偏置特性的要求也越来越高。这样对于SMD功率电感的形状结构设计和制作功率电感的NiZn铁氧体材料的电磁性能也提出了更高的要求。
本文先阐述了SMD功率电感及其对直流叠加特性的要求，然后介绍了天通公司最近在对应高直流叠加SMD功率电感用高Bs NiZn铁氧体材料的研发情况。
2 SMD功率电感介绍
2.1 SMD功率电感的结构与直流偏置特性
如图1所示，SMD功率电感按照结构来分可以分为无屏蔽式方形功率电感和传统屏蔽式结构功率电感两大类。无屏蔽式方形功率电感主要由DRS core和铜线组成，采用磁胶取代RI core，磁胶一般采用铁氧体磁粉加入树脂配制而成[1]；传统屏蔽式结构功率电感一般为带磁罩式的设计，主要由磁芯（DR core和RI core）和铜线组成。
图2为无屏蔽式方形功率电感与传统屏蔽式功率电感的直流偏置特性对比测试结果[1]。由图可见，无屏蔽式方形功率电感的直流偏置特性明显优于传统屏蔽式功率电感。无屏蔽式方形功率电感的结构为闭合磁路设计，往往产品漏磁较少，产品的损耗较小，直流偏置特性好。
可见，通过电感器结构设计的优化可以提高SMD功率电感的直流偏置特性。
2.2 SMD功率电感的直流偏置特性与NiZn铁氧体材料
直流电流流经线圈会产生响应电流的磁通。一旦超过允许的磁通密度，电感量就会降低。直流叠加的饱和电流Is，可以用公式表示[2]：
Is=Bs×S×N/L
式中，Bs为磁心的饱和磁通密度，S为磁心的磁路最小截面积，L为电感量。
磁心的饱和磁通密度Bs取决于NiZn铁氧体材料。从上式可以看出，一般说来，NiZn铁氧体材料的Bs越高，对应的SMD功率电感的直流偏置特性越好。另外，较大的ΔB=Bs-Br也是提高NiZn铁氧体材料的直流偏置特性的一个方向。较高的Bs和较低的Br使磁芯的饱和磁滞回线向横轴方向倾斜，磁芯饱和磁化需要更大的外加场，从而改善了磁芯的直流叠加特性[3]。
3 高Bs NiZn铁氧体材料
3.1 影响材料的Bs的主要因素
NiZn铁氧体的Bs主要取决于材料的配方对应的饱和磁化强度Ms，要想得到较高的Bs，就必须使用Ms较高的材料配方。图3为NiZn铁氧体配方对应的饱和磁化强度Ms特性三角分布[4]。由图可见，过量的NiO、Zn和Fe2O3均不能得到较高的Bs，高Bs NiZn铁氧体的最优配方点在30%NiO、20%Zn和50