Чип-дроссель

Чип-дроссель — это миниатюрный компонент электронных схем, представляющий собой катушку индуктивности, выполненную в виде поверхностно-монтируемого элемента (SMD-компонента). Он предназначен для создания определённого индуктивного сопротивления в цепях постоянного и переменного тока, подавления высокочастотных помех, сглаживания пульсаций тока, а также для накопления энергии в магнитном поле. Основное отличие чип-дросселя от обычного дросселя — его малые габариты и конструкция, приспособленная для автоматизированного монтажа на печатные платы.

История развития

С развитием поверхностного монтажа (SMT — Surface Mount Technology) в 1980-х годах возникла потребность в миниатюризации всех пассивных компонентов, включая катушки индуктивности. Традиционные дроссели с выводами занимали много места и не подходили для автоматизированной сборки. Первые чип-дроссели появились в начале 1990-х годов и представляли собой многослойные керамические структуры с встроенными проводящими витками. В 2000-х годах, с ростом частот работы процессоров и коммуникационных устройств, начали активно применяться проволочные чип-дроссели с ферритовыми сердечниками, обеспечивающие большие значения индуктивности при малых токах. В настоящее время технология продолжает совершенствоваться в направлении уменьшения размеров (до 0201 — 0,6×0,3 мм) и увеличения рабочих частот (до нескольких гигагерц).

Устройство и конструкция

Чип-дроссель состоит из следующих основных элементов:

Обмотка — один или несколько витков изолированного медного провода (в проволочных типах) или печатные проводники, встроенные в керамическую подложку (в многослойных типах).
Сердечник — ферромагнитный материал (феррит, карбонильное железо, аморфные сплавы) или диэлектрик (керамика). Сердечник увеличивает индуктивность и концентрирует магнитное поле.
Корпус — защитное покрытие из эпоксидной смолы или керамики, обеспечивающее механическую прочность и защиту от внешних воздействий.
Выводы — металлизированные контактные площадки на торцах или нижней поверхности корпуса, предназначенные для пайки на печатную плату.

Конструктивные типы

По способу изготовления и конструкции различают:

Многослойные (Multilayer) — изготавливаются методом трафаретной печати проводящих и диэлектрических слоёв с последующим спеканием. Обеспечивают малые размеры, высокую стабильность и низкую стоимость. Применяются в цепях питания и фильтрации высокочастотных помех.
Проволочные (Wire-wound) — намотаны на ферритовый или керамический сердечник. Имеют более высокую добротность и большие значения индуктивности по сравнению с многослойными, но большие габариты. Используются в преобразователях напряжения, DC-DC-конвертерах, силовой электронике.
Тонкоплёночные (Thin-film) — изготавливаются методами фотолитографии и напыления. Отличаются высокой точностью параметров и малыми допусками. Применяются в высокочастотной технике (например, в цепях согласования антенн).

Основные параметры и характеристики

Основные электрические параметры чип-дросселей:

Индуктивность (L) — измеряется в генри (Гн), обычно в диапазоне от 1 нГн до 1000 мкГн. Стандартные ряды номиналов соответствуют E6, E12, E24.
Допуск на индуктивность — отклонение реального значения от номинального, обычно ±5%, ±10%, ±20%.
Постоянный ток насыщения (Isat) — максимальный ток, при котором индуктивность снижается не более чем на 10-30% из-за насыщения магнитопровода.
Номинальный ток (Irms) — максимальный среднеквадратичный ток, при котором температура корпуса не превышает допустимого значения (обычно 40°C над температурой окружающей среды).
Активное сопротивление (Rdc) — сопротивление обмотки постоянному току, измеряется в миллиомах (мОм). Влияет на потери мощности и нагрев.
Добротность (Q) — отношение реактивного сопротивления к активному на заданной частоте. Характеризует эффективность дросселя.
Резонансная частота (SRF) — частота, на которой собственная ёмкость дросселя входит в резонанс с индуктивностью. Выше этой частоты дроссель ведёт себя как конденсатор.
Рабочая температура — диапазон температур, в котором гарантируется работа компонента, обычно от -40°C до +125°C или +155°C.

Классификация по применению

Чип-дроссели классифицируются по областям применения:

Сигнальные (сигнальные линии) — используются в цепях передачи данных (USB, HDMI, Ethernet, CAN) для подавления синфазных и дифференциальных помех. Обычно имеют малые значения индуктивности (1-100 нГн) и высокие частоты.
Силовые (Power) — применяются в цепях питания, DC-DC-преобразователях, фильтрах питания. Характеризуются большими токами (до нескольких ампер) и индуктивностью (1-1000 мкГн).
Высокочастотные (RF) — используются в радиочастотных цепях (согласование, фильтрация, резонансные контуры). Отличаются высокой добротностью и стабильностью параметров на частотах до нескольких ГГц.
Фильтры подавления электромагнитных помех (EMI) — предназначены для снижения уровня излучаемых и кондуктивных помех. Часто выполняются в виде ферритовых бусин (ferrite bead), которые по сути являются низкодобротными дросселями.

Маркировка и типоразмеры

Чип-дроссели маркируются кодовым обозначением, которое может включать:

Цифро-буквенный код — например, «4R7» означает 4,7 мкГн, «101» — 100 мкГн (10×10¹).
Цветовая маркировка — применяется редко, в основном для миниатюрных компонентов.
Типоразмер — обозначается четырёхзначным числом, например, 0805 (длина 0,08 дюйма, ширина 0,05 дюйма) или в метрической системе — 2012 (2,0×1,2 мм). Распространённые типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, 1812, 2520.

Применение

Чип-дроссели являются неотъемлемой частью практически всех современных электронных устройств:

Бытовая электроника: смартфоны, планшеты, ноутбуки, телевизоры, аудиотехника.
Компьютерная техника: материнские платы, видеокарты, блоки питания, жёсткие диски.
Телекоммуникационное оборудование: маршрутизаторы, коммутаторы, базовые станции, модемы.
Автомобильная электроника: блоки управления двигателем, системы ABS, навигация, мультимедиа.
Промышленная и медицинская электроника: программируемые логические контроллеры, измерительные приборы, аппараты МРТ и УЗИ.
Силовая электроника: импульсные источники питания, преобразователи напряжения, инверторы.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Миниатюрность — позволяют создавать компактные устройства.
Автоматизация монтажа — совместимость с SMT-технологией снижает стоимость сборки.
Высокая повторяемость параметров — обеспечивается точностью изготовления.
Широкий диапазон номиналов — от наногенри до миллигенри.
Хорошая частотная стабильность (для многослойных и тонкоплёночных типов).

Недостатки

Ограниченная токовая нагрузка — по сравнению с крупногабаритными дросселями.
Более высокое активное сопротивление — из-за малого сечения провода.
Чувствительность к перегреву — превышение температуры может привести к изменению параметров или выходу из строя.
Более высокая стоимость — по сравнению с традиционными дросселями с выводами.

Производители

Основными мировыми производителями чип-дросселей являются компании: Murata (Япония), TDK (Япония), Taiyo Yuden (Япония), Samsung Electro-Mechanics (Южная Корея), Vishay (США), Bourns (США), Coilcraft (США), Würth Elektronik (Германия). В России производство чип-дросселей ограничено, основными поставщиками являются импортные компоненты.

Источники

ГОСТ Р 52002-2003 «Резисторы, конденсаторы, дроссели. Термины и определения».
Каталог компонентов Murata Manufacturing Co., Ltd. (раздел «Inductors»).
Техническая документация TDK Corporation (серия MLG, VLS, TFM).
«Электронные компоненты для поверхностного монтажа» / под ред. В.И. Иванова. — М.: Радио и связь, 2005.
«Справочник по радиоэлектронным компонентам» / А.А. Бокуняев, В.И. Гусев. — М.: ДМК Пресс, 2010.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →