Die integrierte Induktivität verbessert die magnetische Abschirmung, die Wärmeableitung und die Störfestigkeit erheblich, indem die Spule mittels eines einheitlichen Formgebungsverfahrens mit magnetischen Materialien verbunden wird. Sie findet breite Anwendung in Hochfrequenz-Netzteilen, Automobilelektronik, Kommunikationsgeräten und weiteren Bereichen. Die Designmethodik erfordert die umfassende Berücksichtigung von Schlüsselaspekten wie Materialauswahl, Strukturoptimierung, Prozessanpassung und Leistungsvalidierung. Im Folgenden werden die spezifischen Designansätze und -methoden beschrieben:
1. Optimierung der Materialauswahl und -belegung
1)Auswahl magnetischer Werkstoffe-
Kernmaterialien: Bevorzugt werden verlustarme amorphe Legierungen auf Eisenbasis (wie z. B. ultrafeinkörnige FeNiMo-Legierungen), Carbonyleisenpulver oder Eisen-Silizium-Legierungspulver, deren Sättigungsmagnetflussdichte (Bs) mit der Betriebsfrequenz übereinstimmen muss (z. B. Bs ≈ 1,1 T im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz).
Zusammensetzungsverhältnis: Amorphes Pulver oder Legierungspulver (D50=10-15 μ m) macht 20-40 % aus, Carbonyleisenpulver (D50=3-7 μ m) 60-80 %, um die magnetische Permeabilität und die Hochfrequenzverluste auszugleichen.
Zusätze: Zur Verbesserung der Materialdichte 8-15 % duroplastisches Epoxidharz oder flüssiges Silikongel als Bindemittel hinzufügen, mit einem Lösungsmittel (z. B. Aceton) vermischen und kalt pressen.
2) Spulenmaterialauswahl – Drahttyp: Flacher Kupferdraht (mit großem Querschnitt und geringem Skin-Effekt) ist rundem Kupferdraht überlegen, da er magnetische Streuverluste reduziert und die Wärmeableitung verbessert. – Isolationsbehandlung: Die Spulenoberfläche muss mit einer Isolierschicht (z. B. Epoxidharz) beschichtet werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
- Strukturelle Auslegung und Prozessanpassung
1) Kernstruktur – I-förmige quadratische Verbundstruktur: Der I-förmige Kern wird in den quadratischen Kern gewickelt und eingebettet. Durch Heißpressen entsteht ein geschlossener Magnetkreis, der die Induktivität (Isat ≥ 36 A) und die mechanische Festigkeit verbessert. – Mehrlagige Folienbeschichtung: Eine Mischfolie aus amorphem Pulver und Epoxidharz (Dicke 0,1–0,3 mm) sorgt für eine vollständige Elektrodenumhüllung und reduziert Luftspalte durch Nachpressen. – Reihenweises, nicht gekoppeltes Design: Der becherförmige Magnetkern ist mit mehreren Aufnahmeschlitzen versehen, in die U-förmige Spulen eingebettet und heißversiegelt sind, um den Kopplungskoeffizienten (k < 0,1) zu reduzieren. Dies ist für hochdichte Leiterplattenlayouts geeignet.
2) Wichtigste Prozessparameter – Pressvorgang: Kaltpressen mit einer Doppelwalzenmaschine (Temperatur ≤ Raumtemperatur) zur Vermeidung von Materialoxidation, Druckbereich 4–5 t/cm² (I-förmiger Kern) und 3,5–4 t/cm² (quadratischer Kern). – Wärmebehandlung: Brennen und Aushärten bei 150–180 °C, kombiniert mit Nachbehandlungen wie Sandstrahlen und Galvanisieren zur Verbesserung der Oberflächenebenheit und Korrosionsbeständigkeit.
3.Leistungsoptimierung und Simulationsverifizierung
1) Parametrische Modellierung und Simulation – Elektromagnetisches Simulationstool: Analysieren Sie die Magnetfeldverteilung mit ANSYS Maxwell oder HFSS, optimieren Sie die Säulengröße (z. B. 2,4–3,0 mm) und die Windungszahl (21,5–24,5 Windungen) und gleichen Sie die Induktivität (L₀ = 10 μH) und den Gleichstromwiderstand (DCR ≤ 0,55 mΩ) aus. – Analyse der thermomagnetischen Kopplung: Simulieren Sie mit COMSOL den Skin-Effekt und den Proximity-Effekt bei hohen Frequenzen und reduzieren Sie die Wechselstromverluste (z. B. um 10 % bei 500 kHz).
2) Leistungskennzahl – Sättigungsstrom (Isat): Er muss den Spitzenstrom (Imax = Iout + 21FHIR p) abdecken. Dies wird durch die Auswahl geeigneter Magnetkernmaterialien und die Kontrolle des Luftspalts erreicht. – Eigenresonanzfrequenz (fR): Sie muss 10-mal höher sein als die Schaltfrequenz (z. B. 1 MHz bei 100 kHz).Um zu vermeiden, dass die Induktivität kapazitive Eigenschaften aufweist.
Veröffentlichungsdatum: 22. Dezember 2025