为什么医疗设备青睐村田的金属合金功率电感器?

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医疗设备由于其行业(用途)的特殊性,对使用的电子元器件的精度、可靠性有着远远高于消费类产品的标准;不仅如此,鉴于

  • 人口老龄化
  • 医疗资源相对人口比例匮乏
  • 新冠甚至更多未知突发疫情

全球共同面对的医疗健康大环境促使医疗电子必将更快地向大健康和远程医疗趋势发展。无论是临床治疗和检测,还是便携、穿戴或远程的医疗监测、健康护理,医疗电子产品在小型化、安全可靠、多功能、省电节能等方面将面对越来越高的要求。

电子设备的核心组件电源电路中DC-DC转换器IC的高速转换,以及使用的电感器的低阻抗化的进一步发展,使得功率电感器在小型化、薄型化、低直流阻抗、支持大电流、高可靠性等方面也面临更大挑战。

村田医疗设备用功率电感器阵容

村田制作所有着丰富多彩的功率电感器产品线,包括金属合金绕线型、铁氧体绕线型、铁氧体多层型等各种结构。

村田三种代表性的电源电感产品类型:金属合金型、多层型、绕线型

村田三种代表性的电源电感产品类型:金属合金型、多层型、绕线型

特别是村田的金属合金功率电感器,采用金属合金磁芯,利用独特制作工艺实现了高品质、高可靠性、高耐久性,并使用低磁芯损耗材料提高了电路效率,被广泛用于医疗、汽车等对高性能和高可靠性要求极高的设备中。

例如,在内视镜、超声波诊断装置、透析装置、X线平板探测器、生物监测仪、MRI、CT、血糖计等装置,以及靠无线通信连接各种医疗设备的模块电路中,村田金属合金功率传感器都有着广泛的用途,并为实现医疗设备的小型化继续做出贡献。

金属合金功率电感器采用金属合金磁芯,利用独特制作工艺实现了高品质、高可靠性、高耐久性,并使用低磁芯损耗材料提高了电路效率。

需要小型、大电流的用途的村田金属合金功率电感器

需要小型、大电流的用途的村田金属合金功率电感器

为了更好地说明为什么医疗设备更青睐使用村田的金属合金功率电感器产品,下面为你更详细地介绍金属合金电感器的构造和优越特性。

村田金属合金功率电感器的构造

金属合金功率电感器如下图所示,使用『卷线・金属合金材料・电极』为主,通过金属合金材料将卷线一体成型,形成电极,是极其简单的构造。

金属合金功率电感器

村田制作所在这种简单的构造中,利用独特的材料技术•绕线技术•成型技术,将电感器商品化。

村田金属合金功率电感器的特征

下面通过与传统铁氧体产品比较,来说明金属合金功率电感器具有的特征。

特征 1:对应大电流

一般而言,决定功率电感器的直流重叠电流值是阻抗值下降30%时的电流值,如下图所示,即使金属合金电感器比起铁氧体电感器小,但它在30%下降点比铁氧体有所延长。正因如此,才能实现小型且能够对应大电流。

区别是金属合金材料与铁氧体材料相比,饱和磁通量密度更大,因此储存能量高。

金属合金材料与铁氧体材料相比


特征 2:平稳的磁气饱和特性

同样,如上所示的直流重叠电流曲线可知,铁氧体在一定的电流领域内能够维持阻抗值,但是超过限定领域有急速下降的趋势。与之相反,从低电流到高电流时,金属合金具有阻抗值缓慢下降的磁气饱和特性的特征。

由此可见,大电流通入电源电路时,金属合金发生电路短路以及误操作引发的危险性少。

特征 3:不依赖周围温度的温度特性

金属合金使用的磁性材料的突出特征是因周围温度引起的透磁率的变动非常小,直流重叠特性不依赖周围温度,比较稳定。

如下图所示是与同样尺寸•同样阻抗值的线圈相比,周围温度变化时的直流重叠特性。由此可知,金属合金 不依赖周围温度,能够获得稳定的直流重叠特性。

同样尺寸•同样阻抗值的线圈相比

由此可知,金属合金电感器由于元件的小型化实现了搭载元件的高密度封装化,从而能够很好的对应内部温度的高温化和高温时电路稳定性(高可靠性)。

特征 4:低可听噪声

由于大电流通过线圈,铁氧体产品的磁性材料的粘合部位大磁场集中产生磁伸缩现象(磁性材料的磁化强度变化而产生的微小变形现象)和由于卷线间工作的磁性线,卷线发生微小振动,从线圈本身和传播振动的封装基板产生的『keen sounders』(通俗地说就是核心响声)的现象。

金属合金由微粒的磁性材料形成线圈,所以不存在磁场集中的地方。成型的核心也能够抑制卷线本身的振动,是很难发生核心响声的电感器(如下图 )。

很难发生核心响声的电感器


特征 5:低放射噪声

电感器的物理特性,电流流入时,随着时间的变化,周围产生磁通量。磁通量泄露会使周围同类线圈的综合电感发生变动,甚至会给周围元件带来不好的影响(误操作)等。因为会产生消极影响,所以尽可能是超小影响。

如下图所示是相同尺寸线圈通入一定的电流时,实测线圈上面•侧面产生的放射噪声的比较图。能够确认金属合金的上面•侧面的磁通量泄露的较小。

放射噪声的比较图

磁性材料间的间隙具有很大的不同,而金属合金的粒子与粒子之间的间隙非常小。所以泄漏也小。

因此可以说,其适合组件小型化的搭载元件的高密度封装化,此外,组件基板上元件布局时无需考虑干扰,自由度比较高。

特征 6:耐冲击性

携带和可穿戴的设备实际使用时,很多时候会被粗暴对待,所以要求搭载元件具有优越的耐冲击性。

当不小心掉了一个组件时,组件的外壳对内部基板产生的瞬间机械应力当然会非常大,基板也会产生较大的弯曲。由于基板弯曲,会对搭载元件产生弯曲应力,也会接触到屏蔽板、外壳,而搭载元件必须能够承受这些。

下图所示是在一定条件下自由落体试验的比较结果。

在一定条件下自由落体试验的比较结果

与铁氧体相比,金属合金是一体成型,且机械应力只集中在一处,所以不易破损。

由结果来看,和特征⑤说明的内容一致,无需考虑封装位置,元件布局自由度高。

总结一下,村田的金属合金功率电感器有如下六大主要特征:

  • 对应大电流
  • 平稳的磁气饱和特性
  • 不依赖周围温度的温度特性
  • 低可听噪声
  • 低放射噪声
  • 耐冲击性

因此,村田金属合金电源用功率电感产品能够更好地满足医疗检测设备、健康监测装置等带来所需要的可靠性和小型化需求,让医疗健康装置更适应未来远程医疗和大健康趋势下的更复杂的应用。

文章来源:Murata村田中国

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