本月，三星發(fā)布了“世界上最小的功率電感器”的消息。即使在理論上，這種小型化對(duì)電子設(shè)計(jì)意味著什么？

曾經(jīng)采用EE101的任何工程師都可能首先通過(guò)簡(jiǎn)單的電壓源和電阻器網(wǎng)絡(luò)被引入電路。一旦將其完全覆蓋，它們便會(huì)轉(zhuǎn)移到電容器上-有點(diǎn)抽象，但足夠容易理解。

然后，將它們引入電感器，以磁場(chǎng)形式存儲(chǔ)能量以及抵抗電流變化的來(lái)源。這就是事情開(kāi)始變得奇怪的地方。

基本電感器是線圈導(dǎo)線，該線圈導(dǎo)線將磁場(chǎng)線集中在此圖示結(jié)構(gòu)中。

電感器是一種基本的電氣組件，在許多學(xué)生和年輕工程師的心中引起恐懼。然而，他們的重要性不能高估。我們的整個(gè)電氣基礎(chǔ)設(shè)施都基于與電感器相同的EM原理。電感器在基本電路模塊（尤其是電源）中無(wú)處不在。

它們還處于新研究和開(kāi)發(fā)的最前沿-例如，伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員最近創(chuàng)造了一種將電感器和電容器結(jié)合在一起的方法。三星本月還發(fā)布了一個(gè)更大的電感器公告，該公告稱(chēng)它創(chuàng)造了業(yè)界最小的功率電感器。

三星索賠的意義何在？對(duì)電氣工程師有何實(shí)際影響？

電源中的電感器

在流行的電源架構(gòu)中，例如降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，電感器是至關(guān)重要的組件。

在該電路模塊中，輸入端的電感器可以抵抗輸入電流的突然變化。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，電感器以磁場(chǎng)形式存儲(chǔ)來(lái)自輸入的能量，并在MOSFET閉合時(shí)將其放電。

簡(jiǎn)化的反相降壓/升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?/span>圖片由Alex Feng提供

這種拓?fù)渲匀绱肆餍校且驗(yàn)榕c依賴(lài)電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)的線性逆變器相比，這種拓?fù)浞浅Ｓ行В€性逆變器會(huì)耗散大量功率。該拓?fù)溥€提供了對(duì)輸入電壓進(jìn)行降壓（升壓）或升壓（升高）以達(dá)到所需輸出電壓的能力，這意味著該拓?fù)淇梢蕴幚磔斎腚妷旱妮^大變化。

電源設(shè)計(jì)趨勢(shì)

隨著芯片和其他電子設(shè)備的規(guī)模縮小，電源的規(guī)模也隨之縮小。實(shí)際上，VLSI領(lǐng)域的許多研究人員目前正在研究使電源小型化的方法，以使它們可以集成在芯片上，而不是像當(dāng)今常見(jiàn)的芯片外集成。

由于可以將電源放置在更靠近負(fù)載的位置，因此可以減小片上和片外電源的尺寸，從而提高系統(tǒng)效率和響應(yīng)時(shí)間，從而消除了沿電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的寄生效應(yīng)。

不幸的是，您遇到的主要障礙是電感器。電感器很難實(shí)現(xiàn)小型化，因?yàn)樗鼈兊碾姼兄蹬c線圈的面積和線圈的匝數(shù)成正比。制造片上和片外電感器的流行方法都不能很好地實(shí)現(xiàn)小型化。

螺旋電感器，是在芯片上創(chuàng)建電感器的最常見(jiàn)方法之一。圖片由Stavros Iezekiel提供

此外，改進(jìn)的組件規(guī)格意味著增加了功率使用，因此需要能夠承受大電流的功率電感器。

三星發(fā)布“世界上最小的功率電感器”

考慮到這些問(wèn)題，三星電機(jī)的研究人員開(kāi)發(fā)了新的功率電感器，他們聲稱(chēng)這是世界上最小的功率電感器。這些新型功率電感器的尺寸為0804，尺寸為0.8 mm x 0.4 mm x .64 mm，大大小于三星先前最小的產(chǎn)品尺寸1.2 mm x 1.0 mm x 0.65 mm。

三星的新型功率電感器。圖片由三星提供

三星公司表示，采用納米級(jí)超微粉的新型材料可以實(shí)現(xiàn)小型化。這種粉末通過(guò)應(yīng)用調(diào)光技術(shù)（一種使用光來(lái)標(biāo)記電路的制造方法），可以使線圈間距很小。

小型電感器Afford

隨著芯片級(jí)和設(shè)備級(jí)設(shè)備的小型化，對(duì)更小電源電路的需求已變得至關(guān)重要。

到目前為止，電感器是使流行的電源架構(gòu)（例如降壓/升壓轉(zhuǎn)換器）小型化的基本障礙之一。現(xiàn)在，隨著三星的最新消息，使電感器小型化的可能性似乎越來(lái)越大。

借助更小的電感器和更小的電源，由于響應(yīng)時(shí)間縮短了，寄生損耗也減少了，工程師們將能夠創(chuàng)建效率更高，可靠性更高的電路。

三星評(píng)論說(shuō)，他們及時(shí)開(kāi)發(fā)微型電感器：“隨著電子設(shè)備的高性能和多功能性，5G電信的激活以及可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)對(duì)超小功率電感器的需求將會(huì)增加。增長(zhǎng)迅速，預(yù)計(jì)在電子設(shè)備中的安裝量每年至少增長(zhǎng)20％。”