パワーインダクタ 選択ガイド© 2018 Eaton. All Rights Reserved.

フェライトコアとパウダーコアの構造比較
パウダーコアフェライトコア構造

シールド(フェライト NiZn)

巻き

巻き取り

プレス

曲げドラム型コア（フェライト NiZn)
端子
ベースプレート（プラスチック）

DRA シリーズ

断面図
HCMA / HCM1A / MPIA シリーズ

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フェライトとパウダーのインダクタンス変化

1

OCLの割合2

4

3

1. パウダー @ -40℃
2. パウダー@ 25 ℃
3. パウダー@ 125 ℃
4. フェライト@ -40 ℃

65

5. フェライト@ 25 ℃
6. フェライト@ 125 ℃

Idc (A)
パウダーコアは周囲温度と電流に対して安定している© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

3

性能比較

フェライトコア

パウダーコア

高効率

高い電力密度高いIrmsとIsat磁気飽和まではフラットロールオフ
低リップル電流

優れた温度安定性
優れたEMIシールド

20年以上利用されてきた信頼性の高さ

緩やかなロールオフ
優れた過負荷能力

広いインダクタンス範囲（0.33uH～1000uH）
SEPICトポロジー用パッケージ内
デュアル・インダクタ

サイズ、性能、コストの最適化(2.5x2.0, 4x4, 5x5, 7x7, 8x8, 10x10 …)© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

4

インダクタのデータシートの読み方

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• FLL minとは何か？
• K-factorとは何でどのように使用するか？
• Maximum total temperature operationとはどういう意味か？

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5

FLL minとは？
• オープン回路インダクタンス（OCL）：ゼロ負荷時の公称インダクタンス
試験パラメータ：100kHz、0.25Vrms、0.0Adc、@+25°。C.
• 全負荷インダクタンス（FLL）：全負荷時の実際のインダクタンス。
試験パラメータ：100kHz, 0.25Vrms, Isat @ +25° C.
インダクタンス値は負荷（A）に依存する。

• HCM0703-R15-Rの場合 の場合、最小インダクタンスは0.15uH-20%=0.12uH• 最悪その部品を可能な限り大きな電流で使用した
場合、インダクタンスは可能な最小インダクタン
ス=0.12uH x 0.8 = 0.096uHの80%まで低下する可能性がある。

• 動作中にインダクタンスが減少する場合は、イリプルが大きくなり効率が低下する⇒回路設計で考慮する必要がある。

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6

FLL min – 回路設計による影響

Iリップル=0.46A

Lo = 0.15uH - SPICEでシミュレーション
リップル電流：0.46A

Iリップル=1A© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

Lo = 0.09uH• リップル電流：1A• Voutリップルの方が大きい=>
出力コンデンササイズの考慮が必要

7

フェライトコアとパウダーコアの比較 – ケーススタディ
アプリケーションの参照: POL (12VDCから3.3VDCへの電圧変換、最大出力８W）
1.

インダクタンス値または OCL (uH) = 4.7uH

2.

定格電流または Irms (A) = 2A

3.

飽和電流 Isat (A) = 2.3A => Iripple = 0.6A (30% of Iout)

4.

最大サイズ(mm) = 可能な限り小さく、最大高さ4mm

5.

動作温度範囲(C) = -40/+125C

6.

SMTまたはTHT = SMT

7.

スイッチング周波数(Hz) = 1MHz

8.

EMIシールド(必要または不要) = 必須

9.

パワーコンバータ IC: LTC8611© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

8

用途に合ったインダクタ選択
前述の要求に基づいた4種類のインダクタ：
1. SD7030-5R0-R (7x7x3mm フェライト)2. DRA73-4R7-R (7.6x7.6x3.6mm フェライト)3. HCM0503-4R7-R (5x5x3mm 鉄粉)
4. HCMA0703-4R7-R (7x7x3mm 鉄粉)

4つのインダクターのうち、今回は125℃周囲環境に最適な車載グレード品をフェライトとパウダーから選択して比較します。

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9効率 / 温度上昇 – DRA73ー4R7
製品番号

基本最大

推定 Ipeak= 2.3A% of Isat = 100 x (2.3/2.82)= 82%
Tamb max = 125C – フェライト
82%
インダクタンスは周辺温度に大きく依存する

Lmin = OCLmin x 82% =4.86 x 0.8 x 0.82 = 3.2uH© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

10

75%

Lmin – 回路設計における影響

Iripple=0.59A

Lo = 4.7uH – SPICEでシュミレーション
リップル電流 = 0.59A

Iripple=0.8A

Lmin = 3.2uH
リップル電流 = 0.8A
Ipeak = 2.4A

実際の Ipeak = 2.4A
Isat率
= 100 x (2.4/2.82) = 85%
Tamb max = 125C

Lmin= OCLmin x 98% = 4.86 x 0.8 x 0.75 = 2.9uH

DRA73-4R7-Rのインダクタンスは実際2.9μH程度© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

11効率と温度上昇 – HCMA0703-4R7-R
製品番号

基本最大鉄粉素材 =>温度範囲に渡って安定したインダクタンス= 2.3A
推定 Ipeak
Isat率= 100 x (2.3/10) = 23%
Tamb max = 125C – パウダーコア
パウダーコアは周囲温度に関わらず安定したインダクタンス値を維持

98%

Lmin= OCLmin x 98% = 4.7 x 0.8 x
0.98 = 3.68uH© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

12

Lmin –回路設計における影響

98%

Iripple=0.59A

Lo = 4.7uH - SPICEでシュミレーション
リップル電流 = 0.59A

Iripple=0.72A

Lmin = 3.68uH
リップル電流 = 0.72A
Ipeak = 2.34A

現実的な Ipeak = 2.34A= 100 x (2.34/10) = 23.4%
Isat率
Tamb max = 125C

Lmin= OCLmin x 98% = 4.7 x 0.8 x 0.98 = 3.68uH

HCM0703-4R7-Rの方がDRA73-4R7-Rよりもディレーティングが少ない© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

13

性能比較

製品番号

素材サイズ

インダクタンス
(uH)

Irms
(A)

Isat(A)

DCR(mΩ)DRA73-2R2-R

フェライト

7.6 x 7.6
3.55(H)

2.2

4.18

4.93

19

HCM1A0703-2R2-R

パウダー

7.1 x 6.8
3.0(H)

2.2

5.7

10.0

20

HCM1A
0703V2-2R2-R

パウダー

7.1 x 6.8
3.0(H)

2.2

5.0

10.0

18

同じ電流 / インダクタンス / 寸法ならパウダーの方が利点が多い
1. Irms 20% 高い
2. Isat 50% 高い© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

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コアの違いによる比較

パウダーコアフェライトコア
DRA

DRAQ

HCMA

グレード – 1

グレード– 1

グレード– 3

HCM1A
グレード– 1165’C

165’C

125’C

155’C

シールドドラム

シールドドラム防錆コーディング

防錆コーティング

幅広い
インダクタンス

カップンリング
インダクタ

高効率
パフォーマンス

昇降圧
コンバーター

高効率
パフォーマンス

高温環境対応© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

HCM1A-V2

MPIA-V2

グレード– 1/0

グレード– 3155’C/180’C

125’C

高温環境対応

熱成形

低いDCR
高コスト
パフォーマンス

薄型
小型
高コスト
パフォーマンス15

AEC-Q200に準拠したインダクター製品
部品サイズ

インダクタンス範囲(uH)

AEC-Q グレード

DRA73

7x7x40.33 – 1000

1 - 165C

DRA74

7x7x50.33 – 1000

1 - 165C

DRA12412 x12 x 5

1 – 10001 - 165C

DRA12512 x 12 x 61.5 – 1000

1 - 165C

DRA127

12 x 12 x 82.2 – 1000

1 - 165C

DRAQ757 x 7x 54.7 – 220

1 - 165C

DRAQ127

12 x 12 x 810 – 47

1 - 165C

HCMA0503

5x5x30.1 – 22

3 - 125C

HCMA0703

7x7x30.15 – 33

3 - 125C

HCMA1104

11 x 10 x 40.2 – 10

3 - 125C

HCMA1305

13 x 13 x 50.1 – 33

3 - 125C

HCMA1707

17 x 17 x 7

1.5 – 68

3 - 125C

部品群© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

16AEC-Q200に準拠したインダクター製品
部品群

部品サイズ

インダクタンス範囲(uH)

AEC-Q グレード

HCM1A4020V24x4x20.1 – 10

1 – 155C

HCM1A0503/V25x5x3

0.1 – 10

1 – 155C

HCM1A0703 /V2

7x7x3

0.15 – 33

1 – 155C

HCM1A0805 /V28x8x5

1.5 – 100

1 – 155C

HCM1A1104 /V2

10 x 10 x 4

1 – 47

1 – 155C

HCM1A1305 /V2

13 x 13 x 50.1 – 33

1 – 155C

HCM1A1307 /V2

13 x 13 x 7

0.47 – 56

1 – 155C

HCM1A1707 /V2

17 x 17 x 7

1.5 – 68

1 – 155C

HCM1A2213 /V222 x 22 x 13

1.5 – 68

1 – 155CMPIA40-V2

4 x 4 x 1.2-2

0.1 – 22

3 – 125C

MPIA25-V2

2.5 x 2.0 x 1-1.2

0.33 - 4.7

3 – 125C© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

17

DC/DC アプリケーション例
Cooper Busmannの高電流パワーインダクタのThe Eaton Coiltronics®ブランドは、高温パウダーコア素材を使用しており高電流密度、中電流アプリケーションのために設計されています。
そのため従来のパウダーコアに見られるような熱による劣化問題を起こしません。
実際、FP3パウダーコアは200℃でも定格を維持します(FP3シリーズは定格動作温度が155℃)
以下の計算により、この耐高温度を活かすことが可能になります。

顧客の仕様
1. 高いインダクタンス
2. 低い電力損失
3. 低い温度上昇

この例では、入力12Vを4.5A/5V出力に変換するために降圧コンバーターを使用します。
動作周波数は600 kHzでフィルター部品のサイズを小型化しつつも高効率を実現する回路を仮定します。コンバータは20%のリプル電流を持ち、スイッチング電源で一般的な、比較的低いESR出力フィルタ・キャパシタに使用されます。

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18インダクタンスとBp-pの計算

p-pVL

Vin = 12V
Vout = 5V
Iout = 4.5A
Freq = 600KHz
ΔI = 20%

ILIin

Iout

まず、必要なインダクタンス値を計算する

VL = L * ΔI / dT where:* 降圧(バックコンバーター)- VL = Vin - V out (インダクタにかかる電圧)- dT = (Vout / Vin) * (1 / SW-Freq[Hz])dT

On time of drive

ΔIIL* 昇圧(ブーストコンバーター)- VL = Vin(max) (インダクタにかかる電圧)- dT = [1-(Vin / Vout)] * (1 / SW-Freq[Hz])1/Freq

ΔI = 上記で20%とする

必要なインダクタンス値を計算する:
L = VL * dT / ΔI = (12-5) x (5/12/600K) / (4.5x20%)

L= 5.4 μH
最も近い標準値として 4.7 μH, を選択
4.7 μHを使用して23% のリップル電流を再計算する© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

19インダクタの全電力損失の計算 – フェライト
次に、ピーク・ツー・ピーク磁束密度Bp-pを測定する

Bp-p = K * L * ΔI where:
K:隣の表のKファクター
L: インダクタンス μH
ΔI:ピーク・ツー・ピークリップル電流(Amps)
Bp-p = (57.9)*(4.7)*(4.5*20%)
245 Gauss

次にインダクタの全電力損失を求める
全損失= AC 損失 + DC 損失
245 のBp-pでの表からのAC損失 = 0.06 W

DC損失 = I 2*DCR = 4.5 2* 0.017 = 0.34 W
全損失= AC損失 + DC損失 = 0.4W

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20温度上昇の計算 – フェライト
最後に温度上昇を求める
全損失 = 0.4W, 表を使用し、温度上昇は 20°C
周囲温度を70°Cと仮定した場合,インダクタの温度はT = 20°C + 70°C = 90°C

*DRA124 Size : 12.5*12.5*4.5© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

21

インダクタの全損失の計算 – パウダーコア
次に、ピーク・ツー・ピーク磁束密度Bp-pを測定する

Bp-p = K * L * ΔI where:
K: 隣の表のKファクター
L:インダクタンスμH
ΔI:ピーク・ツー・ピークリップル電流(Amps)
Bp-p = (175)*(4.7)*(4.5*20%)

740Gauss

次にインダクタの全電力損失を求める
全損失= AC 損失 + DC 損失
740のBp-pでの表からのAC損失 = 0.4 W

DC損失 = I 2*DCR = 4.5 2* 0.02 = 0.40 W
全損失= AC損失 + DC損失 = 0.8W

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22温度上昇の計算- パウダーコア
最後に温度上昇を求める
Total loss = 0.8W, 表を使用し、温度上昇は 30°C

周囲温度を70°Cと仮定した場合,インダクタの温度はT = 30°C + 70°C = 100°C*HCMA 1104 Size : 11.5*10.3*4.0© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

23

ツール / パラメトリック検索

https://www.eaton.com/us/en-us/products/electroniccomponents/parametric-search.html© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

24ツール / IC マッチング

https://www.eaton.com/us/en-us/products/electroniccomponents/ic-matching.html© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

25

ツール / クロスリファレンス

https://www.eaton.com/us/en-us/products/electroniccomponents/cross-reference.html© 2018 Eaton Corporation. All rights reserved.

26

ありがとうございました