Part 01、前言
在硬件設(shè)計工程師的日常工作中，電感選型通常有一套標準的三板斧：看感值L、看飽和電流Isat、看溫升電流Irms。再細致一點的，會關(guān)注直流電阻DCR和自諧振頻率SRF。
然而，有一個參數(shù)經(jīng)常被大家遺忘，甚至很多電感的數(shù)據(jù)手冊里都找不到它的蹤影一一那就是電感的耐壓。“電感不就是一團銅線嗎？導(dǎo)線是導(dǎo)通的，又不是電容，為什么要看耐壓？接下來我們就聊聊這個問題。
Part 02、回歸基礎(chǔ)
在深入探討耐壓之前，我們先快速回顧一下電感選型的核心鐵三角，這是所有設(shè)計的基礎(chǔ)：
1．電感值L：由電路拓撲和紋波電流要求決定。
2．飽和電流Isat：電感量下降一定比例，通常為30%時的電流。這是紅線，工作時的峰值電流絕對不能超過此值，否則電感飽和瞬間變?yōu)橐桓鶎?dǎo)線，導(dǎo)致開關(guān)管炸裂。
3．溫升電流Irms：電感溫度上升一定數(shù)值，通常為40℃時的電流。這決定了電感的發(fā)熱情況。
通常情況下，搞定這三個參數(shù)，90%的低壓DC-DC設(shè)計就不會出大問題。但是，剩下的那10%的高壓應(yīng)用，正是"耐壓"參數(shù)發(fā)威的地方。
Part 03、電感為什么會有耐壓限制？
雖然電感線圈在直流上是導(dǎo)通的，但在高頻開關(guān)動作下，電感兩端、線圈匝與匝之間、以及線圈與磁芯之間，都存在電壓差。電感的耐壓瓶頸主要來自三個方面：
匝間絕緣： 電感是由漆包線繞制的。漆包線表面的絕緣漆層非常薄。如果電感兩端的壓差過大，分布在相鄰匝線上的電壓梯度可能擊穿這層絕緣漆，造成匝間短路。匝間短路相當于在變壓器內(nèi)部形成了一個短路環(huán)，會產(chǎn)生巨大的熱量，并導(dǎo)致電感量瞬間燒掉。
端電極間距： 對于貼片功率電感，其焊盤之間的物理距離是有限的。如果輸入電壓高達幾百伏，而電感尺寸很小，如0603或0402，兩個焊盤之間的空氣或PCB表面可能發(fā)生爬電或擊穿，導(dǎo)致輸入直接短路。
線圈與磁芯/屏蔽罩絕緣： 有些磁芯材料，如錳鋅鐵氧體是具有一定導(dǎo)電性的，雖然電阻率較高，但在高壓下不可忽略。如果漆包線絕緣破損接觸到磁芯，或者線圈與金屬屏蔽罩之間的絕緣層不夠厚，高壓下可能發(fā)生擊穿，導(dǎo)致對地短路。
傳統(tǒng)的鐵氧體電感，其磁芯材料是金屬氧化物陶瓷，具有很高的電阻率，接近絕緣體。線圈繞在骨架上，與磁芯有物理隔離。而一體成型電感完全不同，它的磁芯是由金屬磁粉和有機粘結(jié)劑混合而成的。金屬粉末本身是良導(dǎo)體。為了防止渦流損耗，制造時會在每一顆微小的金屬粉末表面包裹一層極薄的絕緣層。整個磁芯實際上是無數(shù)個被絕緣層包裹的微型導(dǎo)體堆疊在一起。
這也是Molded這個詞的來由，所以你看一體成型電感的制造工藝是將其名字“Molded”體現(xiàn)得淋漓盡致，但是呢同時也埋下了耐壓隱患。
這層包裹在金屬粉末表面的絕緣層非常薄。當電感兩端或線圈匝間施加較高電壓時，電場強度一旦超過這層薄膜的介電強度，電壓就會擊穿粉末表面的絕緣層。一旦擊穿，原本絕緣的磁體瞬間變成了導(dǎo)體，電流不再只走銅線，而是通過磁芯抄近道，導(dǎo)致電感失效。
相比于鐵氧體電感動輒幾百伏的耐壓，一體成型電感的耐壓普遍較低，所以你看一體式成型電感的電壓一般都不高，也就幾十伏，咱們選型時一定要注意。
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