naujienos

Santrauka

Induktyvumo ritės yra labai svarbūs komponentai perjungiant keitiklius, tokius kaip energijos kaupimas ir galios filtrai. Yra daug rūšių induktorių, pvz., skirtų įvairioms reikmėms (nuo žemo dažnio iki aukšto dažnio), arba skirtingos šerdies medžiagos, turinčios įtakos induktoriaus charakteristikoms ir pan. Perjungimo keitikliuose naudojami induktoriai yra aukšto dažnio magnetiniai komponentai. Tačiau dėl įvairių veiksnių, tokių kaip medžiagos, eksploatavimo sąlygos (pvz., įtampa ir srovė) ir aplinkos temperatūra, pateiktos charakteristikos ir teorijos yra gana skirtingos. Todėl, projektuojant grandinę, be pagrindinio induktyvumo vertės parametro, vis tiek reikia atsižvelgti į induktoriaus varžos ir kintamosios srovės varžos bei dažnio ryšį, šerdies nuostolius ir soties srovės charakteristikas ir kt. Šiame straipsnyje bus pristatytos kelios svarbios induktoriaus šerdies medžiagos ir jų charakteristikos, taip pat patariama energetikos inžinieriams pasirinkti komerciškai prieinamus standartinius induktorius.

Pratarmė

Induktorius yra elektromagnetinės indukcijos komponentas, kuris susidaro apvyniojus tam tikrą skaičių ritių (ritės) ant ritės arba šerdies izoliuota viela. Ši ritė vadinama induktyviąja rite arba induktoriumi. Pagal elektromagnetinės indukcijos principą, kai ritė ir magnetinis laukas juda vienas kito atžvilgiu arba ritė generuoja kintamąjį magnetinį lauką per kintamąją srovę, bus generuojama indukuota įtampa, kuri atsispirtų pradinio magnetinio lauko pokyčiams, ir ši srovės pokyčio ribojimo charakteristika vadinama induktyvumu.

Induktyvumo vertės formulė yra formulė (1), kuri yra proporcinga magnetiniam pralaidumui, apvijos posūkių kvadratui N ir ekvivalentiniam magnetinės grandinės skerspjūvio plotui Ae, ir yra atvirkščiai proporcinga ekvivalentiniam magnetinės grandinės ilgiui le . Yra daug induktyvumo tipų, kurių kiekvienas tinka įvairioms reikmėms; induktyvumas yra susijęs su forma, dydžiu, apvijos būdu, apsisukimų skaičiumi ir tarpinės magnetinės medžiagos tipu.

(1)

Priklausomai nuo geležies šerdies formos, induktyvumas apima toroidinę, E šerdį ir būgną; Kalbant apie geležies šerdies medžiagą, daugiausia yra keraminės šerdies ir dviejų minkštųjų magnetinių tipų. Jie yra ferito ir metalo milteliai. Priklausomai nuo konstrukcijos ar pakavimo būdo, yra viela suvyniota, daugiasluoksnė ir formuota, o vyniojama viela yra neekranuota ir pusė magnetinių klijų Ekranuota (pusiau ekranuota) ir ekranuota (ekranuota) ir kt.

Induktorius veikia kaip trumpasis jungimas nuolatinėje srovėje ir turi didelę varžą kintamajai srovei. Pagrindiniai naudojimo būdai grandinėse apima uždusimą, filtravimą, derinimą ir energijos kaupimą. Taikant perjungimo keitiklį, induktorius yra svarbiausias energijos kaupimo komponentas ir sudaro žemų dažnių filtrą su išėjimo kondensatoriumi, kad sumažintų išėjimo įtampos pulsaciją, todėl jis taip pat atlieka svarbų vaidmenį filtravimo funkcijoje.

Šiame straipsnyje bus pristatytos įvairios induktoriaus šerdies medžiagos ir jų charakteristikos, taip pat kai kurios induktoriaus elektrinės charakteristikos, kurios yra svarbios vertinimo nuorodos renkantis induktyvumo ritinius projektuojant grandinę. Taikymo pavyzdyje, kaip apskaičiuoti induktyvumo vertę ir kaip pasirinkti parduodamą standartinį induktorių, bus pristatyti praktiniai pavyzdžiai.

Pagrindinės medžiagos tipas

Perjungimo keitikliuose naudojami induktoriai yra aukšto dažnio magnetiniai komponentai. Centre esanti šerdies medžiaga labiausiai įtakoja induktoriaus charakteristikas, tokias kaip varža ir dažnis, induktyvumo vertė ir dažnis arba šerdies soties charakteristikos. Toliau bus pristatytas kelių įprastų geležies šerdies medžiagų palyginimas ir jų prisotinimo charakteristikos, kaip svarbi nuoroda renkantis galios induktorius:

1. Keramikinė šerdis

Keramikinė šerdis yra viena iš įprastų induktyvumo medžiagų. Jis daugiausia naudojamas kaip atraminė konstrukcija, naudojama apvyniojant ritę. Jis taip pat vadinamas „oro šerdies induktoriumi“. Kadangi naudojama geležies šerdis yra nemagnetinė medžiaga su labai žemu temperatūros koeficientu, induktyvumo vertė yra labai stabili darbinės temperatūros diapazone. Tačiau dėl nemagnetinės medžiagos, kaip terpės, induktyvumas yra labai mažas, o tai nelabai tinka galios keitikliams.

2. Feritas

Ferito šerdis, naudojama bendruosiuose aukšto dažnio induktoriuose, yra ferito junginys, kuriame yra nikelio cinko (NiZn) arba mangano cinko (MnZn), kuris yra minkšta magnetinė feromagnetinė medžiaga, turinti mažą koercyvumą. 1 paveiksle parodyta bendros magnetinės šerdies histerezės kreivė (BH kilpa). Magnetinės medžiagos koercinė jėga HC taip pat vadinama priverstine jėga, o tai reiškia, kad kai magnetinė medžiaga buvo įmagnetinta iki magnetinio prisotinimo, jos įmagnetinimas (įmagnetinimas) sumažinamas iki nulio Reikalingo magnetinio lauko stiprumo tuo metu. Mažesnė koercicija reiškia mažesnį atsparumą išmagnetinimui ir mažesnį histerezės nuostolį.

Mangano-cinko ir nikelio-cinko feritų santykinis pralaidumas (μr) yra gana didelis, atitinkamai apie 1500-15000 ir 100-1000. Dėl didelio magnetinio pralaidumo geležies šerdis tam tikrame tūryje yra didesnė. Induktyvumas. Tačiau trūkumas yra tas, kad jo toleruotina soties srovė yra maža, o kai geležies šerdis bus prisotinta, magnetinis pralaidumas smarkiai sumažės. Žr. 4 paveikslą, kuriame parodyta ferito ir miltelinio geležies šerdies magnetinio pralaidumo mažėjimo tendencija, kai geležies šerdis yra prisotinta. Palyginimas. Naudojant galios induktorius, pagrindinėje magnetinėje grandinėje bus paliktas oro tarpas, kuris gali sumažinti pralaidumą, išvengti prisotinimo ir sukaupti daugiau energijos; įtraukus oro tarpą, lygiavertis santykinis pralaidumas gali būti apie 20- Tarp 200. Kadangi didelė pačios medžiagos savitoji varža gali sumažinti sūkurinės srovės sukeliamus nuostolius, nuostoliai yra mažesni esant aukštiems dažniams ir labiau tinka aukšto dažnio transformatoriai, EMI filtrų induktoriai ir galios keitiklių energijos kaupimo induktoriai. Pagal veikimo dažnį nikelio-cinko feritas tinkamas naudoti (>1 MHz), o mangano-cinko feritas – žemesnių dažnių juostoms (<2 MHz).

1

1 pav. Magnetinės šerdies histerezės kreivė (BR: remanencija; BSAT: soties magnetinio srauto tankis)

3. Miltelinė geležies šerdis

Miltelinės geležies šerdys taip pat yra minkštos magnetinės feromagnetinės medžiagos. Jie gaminami iš skirtingų medžiagų geležies miltelių lydinių arba tik iš geležies miltelių. Formulėje yra nemagnetinių medžiagų, kurių dalelių dydis skiriasi, todėl prisotinimo kreivė yra gana švelni. Miltelių geležies šerdis dažniausiai yra toroidinė. 2 paveiksle parodyta miltelinės geležies šerdis ir jos skerspjūvio vaizdas.

Įprastos miltelių pavidalo geležies šerdys yra geležies-nikelio-molibdeno lydinys (MPP), sendulkės (Sendust), geležies ir nikelio lydinys (didelis srautas) ir geležies miltelių šerdis (geležies milteliai). Dėl skirtingų komponentų skiriasi ir jo charakteristikos bei kainos, o tai turi įtakos induktorių pasirinkimui. Toliau bus pristatyti pirmiau minėti pagrindiniai tipai ir palygintos jų charakteristikos:

A. Geležies-nikelio-molibdeno lydinys (MPP)

Fe-Ni-Mo lydinys yra sutrumpintas kaip MPP, kuris yra molypermalloy miltelių santrumpa. Santykinis pralaidumas yra apie 14-500, o soties magnetinio srauto tankis yra apie 7500 Gauss (Gauss), kuris yra didesnis nei ferito soties magnetinio srauto tankis (apie 4000-5000 Gauss). Daugelis išėjo. MPP turi mažiausius geležies nuostolius ir geriausią temperatūros stabilumą tarp miltelinės geležies šerdžių. Kai išorinė nuolatinė srovė pasiekia soties srovę ISAT, induktyvumo vertė mažėja lėtai, be staigaus susilpnėjimo. MPP pasižymi geresniu našumu, bet didesne kaina ir paprastai naudojamas kaip galios induktorius ir EMI filtravimas galios keitikliams.

B. Sendust

Geležies, silicio ir aliuminio lydinio geležies šerdis yra lydinio geležies šerdis, sudaryta iš geležies, silicio ir aliuminio, kurios santykinis magnetinis pralaidumas yra apie 26–125. Geležies nuostoliai yra tarp geležies miltelių šerdies ir MPP bei geležies ir nikelio lydinio. . Prisotinimo magnetinio srauto tankis yra didesnis nei MPP, apie 10500 Gauss. Temperatūros stabilumo ir soties srovės charakteristikos yra šiek tiek prastesnės nei MPP ir geležies-nikelio lydinio, bet geresnės nei geležies miltelių šerdies ir ferito šerdies, o santykinė kaina yra pigesnė nei MPP ir geležies-nikelio lydinio. Jis dažniausiai naudojamas EMI filtravimo, galios koeficiento korekcijos (PFC) grandinėse ir perjungimo galios keitiklių galios induktoriuose.

C. Geležies ir nikelio lydinys (didelis srautas)

Geležies ir nikelio lydinio šerdis yra pagaminta iš geležies ir nikelio. Santykinis magnetinis pralaidumas yra apie 14-200. Geležies nuostoliai ir temperatūros stabilumas yra tarp MPP ir geležies-silicio-aliuminio lydinio. Geležies ir nikelio lydinio šerdis turi didžiausią soties magnetinio srauto tankį, apie 15 000 Gausų, ir gali atlaikyti didesnes nuolatinės srovės poslinkio sroves, o nuolatinės srovės poslinkio charakteristikos taip pat yra geresnės. Taikymo sritis: Aktyviosios galios koeficiento korekcija, energijos kaupimo induktyvumas, filtro induktyvumas, grįžtamojo keitiklio aukšto dažnio transformatorius ir kt.

D. Geležies milteliai

Geležies miltelių šerdis yra pagaminta iš didelio grynumo geležies miltelių dalelių su labai mažomis dalelėmis, kurios yra izoliuotos viena nuo kitos. Dėl gamybos proceso jis turi paskirstytą oro tarpą. Be žiedo formos, įprastos geležies miltelių šerdies formos taip pat turi E tipo ir štampavimo tipus. Santykinis geležies miltelių šerdies magnetinis pralaidumas yra apie 10–75, o didelio soties magnetinio srauto tankis yra apie 15 000 Gausų. Tarp miltelinių geležies šerdies geležies miltelių šerdis turi didžiausią geležies nuostolį, bet mažiausią kainą.

3 paveiksle parodytos PC47 mangano-cinko ferito, pagaminto TDK, ir miltelinės geležies šerdies -52 ir -2, pagamintų MICROMETALS, BH kreivės; santykinis mangano-cinko ferito magnetinis pralaidumas yra daug didesnis nei miltelių pavidalo geležies šerdies ir yra prisotintas. Magnetinio srauto tankis taip pat labai skiriasi, ferito yra apie 5000 Gausų, o geležies miltelių šerdies yra daugiau nei 10000 Gausų.

3

3 pav. Mangano-cinko ferito ir įvairių medžiagų geležies miltelių šerdies BH kreivė

Apibendrinant galima pasakyti, kad geležies šerdies prisotinimo charakteristikos skiriasi; viršijus soties srovę, ferito šerdies magnetinis pralaidumas smarkiai sumažės, o geležies miltelių šerdies gali lėtai mažėti. 4 paveiksle pavaizduotos miltelinės geležies šerdies, turinčios vienodą magnetinį laidumą, ir ferito su oro tarpu, esant skirtingiems magnetinio lauko stiprumams, magnetinio pralaidumo kritimo charakteristikos. Tai taip pat paaiškina ferito šerdies induktyvumą, nes pralaidumas smarkiai sumažėja, kai šerdis yra prisotinta, kaip matyti iš (1) lygties, dėl to induktyvumas taip pat smarkiai sumažėja; o miltelių šerdies su paskirstytu oro tarpu, magnetinis pralaidumas Greitis mažėja lėtai, kai geležies šerdis yra prisotinta, todėl induktyvumas mažėja švelniau, tai yra, turi geresnes nuolatinės srovės poslinkio charakteristikas. Taikant galios keitiklius ši charakteristika yra labai svarbi; jei lėto induktoriaus soties charakteristika nėra gera, induktoriaus srovė pakyla iki soties srovės, o dėl staigaus induktyvumo sumažėjimo perjungimo kristalo srovės įtempis smarkiai padidės, o tai lengva padaryti žalą.

4

4 pav. Miltelinės geležies šerdies ir ferito geležies šerdies su oro tarpu magnetinio pralaidumo kritimo charakteristikos esant skirtingam magnetinio lauko stiprumui.

Induktoriaus elektrinės charakteristikos ir pakuotės struktūra

Projektuojant perjungiamąjį keitiklį ir pasirenkant induktorių, induktyvumo vertė L, varža Z, kintamosios srovės varžos ACR ir Q reikšmė (kokybės koeficientas), vardinė srovė IDC ir ISAT, šerdies nuostoliai (gyslų nuostoliai) ir kitos svarbios elektrinės charakteristikos yra privalomos. būti apsvarstyti. Be to, induktoriaus pakuotės struktūra turės įtakos magnetinio nuotėkio dydžiui, o tai savo ruožtu paveiks EMI. Toliau atskirai aptarsime aukščiau paminėtas charakteristikas kaip induktorių pasirinkimą.

1. Induktyvumo vertė (L)

Induktoriaus induktyvumo vertė yra svarbiausias pagrindinis grandinės projektavimo parametras, tačiau reikia patikrinti, ar induktyvumo vertė yra stabili esant veikimo dažniui. Nominalioji induktyvumo vertė paprastai matuojama esant 100 kHz arba 1 MHz be išorinės nuolatinės srovės poslinkio. O norint užtikrinti masinės automatizuotos gamybos galimybę, induktoriaus tolerancija dažniausiai yra ±20% (M) ir ±30% (N). 5 paveiksle yra Taiyo Yuden induktoriaus NR4018T220M induktyvumo ir dažnio charakteristikų grafikas, išmatuotas Wayne'o Kerr'o LCR matuokliu. Kaip parodyta paveikslėlyje, induktyvumo vertės kreivė yra palyginti plokščia prieš 5 MHz, o induktyvumo vertė beveik gali būti laikoma konstanta. Aukšto dažnio juostoje dėl parazitinės talpos ir induktyvumo generuojamo rezonanso induktyvumo vertė padidės. Šis rezonansinis dažnis vadinamas savaiminio rezonanso dažniu (SRF), kuris paprastai turi būti daug didesnis nei darbinis dažnis.

5

5 pav. Taiyo Yuden NR4018T220M induktyvumo-dažnio charakteristikų matavimo diagrama

2. Varža (Z)

Kaip parodyta 6 paveiksle, impedanso diagramą taip pat galima matyti iš induktyvumo veikimo skirtingais dažniais. Induktoriaus varža yra maždaug proporcinga dažniui (Z=2πfL), todėl kuo didesnis dažnis, tuo reaktyvumas bus daug didesnis nei kintamosios srovės varža, todėl varža elgiasi kaip grynoji induktyvumas (fazė yra 90˚). Esant dideliems dažniams, dėl parazitinės talpos efekto galima matyti varžos savaiminio rezonansinio dažnio tašką. Po šio taško varža sumažėja ir tampa talpine, o fazė palaipsniui keičiasi iki -90 ˚.

6

3. Q vertė ir kintamosios srovės varža (ACR)

Q reikšmė induktyvumo apibrėžime yra reaktyvumo ir varžos santykis, tai yra įsivaizduojamos dalies ir tikrosios varžos dalies santykis, kaip nurodyta (2) formulėje.

(2)

Kur XL yra induktoriaus reaktyvumas, o RL yra induktoriaus kintamosios srovės varža.

Žemo dažnio diapazone kintamosios srovės varža yra didesnė už induktyvumo sukeltą reaktyvumą, todėl jos Q ​​reikšmė yra labai maža; didėjant dažniui, reaktyvumas (apie 2πfL) tampa vis didesnis ir didesnis, net jei atsparumas dėl odos efekto (odos efektas) ir artumo (artumo) efektas tampa vis didesnis ir didesnis, o Q reikšmė vis tiek didėja didėjant dažniui. ; artėjant prie SRF, indukcinė varža palaipsniui kompensuojama talpine varža, o Q reikšmė palaipsniui mažėja; kai SRF tampa nuliu, nes indukcinė ir talpinė reaktyvinė varža yra visiškai vienodos Išnyksta. 7 paveiksle parodytas ryšys tarp Q vertės ir NR4018T220M dažnio, o ryšys yra apversto varpelio formos.

7

7 pav. Ryšys tarp Q vertės ir Taiyo Yuden induktoriaus NR4018T220M dažnio

Induktyvumo taikymo dažnių juostoje kuo didesnė Q reikšmė, tuo geriau; tai reiškia, kad jo reaktyvumas yra daug didesnis nei kintamosios srovės varža. Paprastai tariant, geriausia Q reikšmė yra didesnė nei 40, o tai reiškia, kad induktoriaus kokybė yra gera. Tačiau paprastai didėjant nuolatinės srovės poslinkiui, induktyvumo vertė sumažės, o Q reikšmė taip pat sumažės. Jei naudojama plokščia emaliuota viela arba daugiasluoksnė emaliuota viela, galima sumažinti odos efektą, ty kintamosios srovės varžą, taip pat padidinti induktoriaus Q reikšmę.

Nuolatinės srovės varža DCR paprastai laikoma varinės vielos nuolatinės srovės varža, o varža gali būti apskaičiuojama pagal laido skersmenį ir ilgį. Tačiau dauguma mažos srovės SMD induktorių naudos ultragarsinį suvirinimą, kad apvijos gnybte pagamintų SMD vario lakštą. Tačiau, kadangi varinė viela nėra ilga ir varžos vertė nėra didelė, suvirinimo varža dažnai sudaro didelę bendros nuolatinės srovės varžos dalį. Kaip pavyzdį paėmus TDK vielinį SMD induktorių CLF6045NIT-1R5N, išmatuota nuolatinės srovės varža yra 14,6 mΩ, o nuolatinės srovės varža, apskaičiuota pagal laido skersmenį ir ilgį, yra 12,1 mΩ. Rezultatai rodo, kad ši suvirinimo varža sudaro apie 17% visos nuolatinės srovės varžos.

Kintamosios srovės varža ACR turi odos efektą ir artumo efektą, dėl kurio ACR padidės dažnėjant; taikant bendrą induktyvumą, kadangi kintamosios srovės komponentas yra daug mažesnis nei nuolatinės srovės komponentas, ACR daroma įtaka nėra akivaizdi; tačiau esant mažai apkrovai, Kadangi DC komponentas yra sumažintas, ACR sukeliamų nuostolių negalima ignoruoti. Odos efektas reiškia, kad kintamosios srovės sąlygomis srovės pasiskirstymas laidininko viduje yra netolygus ir sutelktas į laido paviršių, todėl sumažėja lygiavertis laido skerspjūvio plotas, o tai savo ruožtu padidina lygiavertį laido varžą. dažnis. Be to, vielos apvijoje gretimi laidai sukels magnetinių laukų pridėjimą ir atėmimą dėl srovės, kad srovė būtų sutelkta paviršiuje, esančiame šalia laido (arba tolimiausiame paviršiuje, priklausomai nuo srovės krypties). ), kuris taip pat sukelia lygiavertį laidų perėmimą. Reiškinys, kad plotas mažėja ir lygiavertis pasipriešinimas didėja, yra vadinamasis artumo efektas; Taikant induktyvumą daugiasluoksnėje apvijoje, artumo efektas yra dar akivaizdesnis.

8

8 paveiksle parodytas ryšys tarp kintamosios srovės varžos ir vielinio SMD induktoriaus NR4018T220M dažnio. Esant 1kHz dažniui varža apie 360mΩ; esant 100kHz, varža pakyla iki 775mΩ; esant 10 MHz, varžos vertė yra artima 160 Ω. Apskaičiuojant vario nuostolius, reikia atsižvelgti į ACR, kurį sukelia odos ir artumo efektai, ir pakeisti jį į (3) formulę.

4. Prisotinimo srovė (ISAT)

Prisotinimo srovė ISAT paprastai yra poslinkio srovė, pažymėta, kai induktyvumo vertė yra susilpnėjusi, pvz., 10%, 30% arba 40%. Oro tarpo feritui, kadangi jo soties srovės charakteristika yra labai greita, nėra didelio skirtumo tarp 10% ir 40%. Tačiau jei tai geležies miltelių šerdis (pvz., štampuotas induktorius), prisotinimo kreivė yra gana švelni, kaip parodyta 9 paveiksle, poslinkio srovė, esant 10 % arba 40 % induktyvumo slopinimo. skiriasi, todėl soties srovės vertė bus aptarta atskirai dviejų tipų geležies šerdims taip.

Oro tarpo feritui tikslinga naudoti ISAT kaip viršutinę didžiausios induktoriaus srovės ribą grandinėse. Tačiau jei tai geležies miltelių šerdis, dėl lėtos soties charakteristikos problemų nekils net jei maksimali taikymo grandinės srovė viršys ISAT. Todėl ši geležies šerdies charakteristika labiausiai tinka perjungti keitiklio programas. Esant didelei apkrovai, nors induktoriaus induktyvumo vertė yra maža, kaip parodyta 9 paveiksle, srovės pulsacijos koeficientas yra didelis, tačiau srovės kondensatoriaus srovės tolerancija yra didelė, todėl tai nebus problema. Esant lengvai apkrovai, induktoriaus induktyvumo vertė yra didesnė, o tai padeda sumažinti induktoriaus pulsacijos srovę ir taip sumažinti geležies nuostolius. 9 paveiksle palyginama TDK suvynioto ferito SLF7055T1R5N ir štampuoto geležies miltelių šerdies induktoriaus SPM6530T1R5M prisotinimo srovės kreivė esant tokiai pačiai vardinei induktyvumo vertei.

9

9 pav. Suvyniotos ferito ir štampuoto geležies miltelių šerdies prisotinimo srovės kreivė esant tokiai pačiai vardinei induktyvumo vertei

5. Nominali srovė (IDC)

IDC reikšmė yra nuolatinės srovės poslinkis, kai induktoriaus temperatūra pakyla iki Tr˚C. Specifikacijose taip pat nurodyta jo nuolatinės srovės varžos vertė RDC esant 20˚C. Pagal varinės vielos temperatūros koeficientą yra apie 3930 ppm, kai Tr temperatūra pakyla, jo varžos reikšmė yra RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), o energijos suvartojimas yra PCU = I2DCxRDC. Šie vario nuostoliai yra išsklaidomi ant induktoriaus paviršiaus ir galima apskaičiuoti induktoriaus šiluminę varžą ΘTH:

(2)

2 lentelėje pateikta nuoroda į TDK VLS6045EX serijos duomenų lapą (6,0 × 6,0 × 4,5 mm) ir apskaičiuojama šiluminė varža, kai temperatūra pakyla 40˚C. Akivaizdu, kad tos pačios serijos ir dydžio induktyvumo ritėms apskaičiuota šiluminė varža yra beveik vienoda dėl to paties paviršiaus šilumos išsklaidymo ploto; kitaip tariant, galima įvertinti skirtingų induktorių vardinę srovę IDC. Skirtingos induktorių serijos (paketai) turi skirtingą šiluminę varžą. 3 lentelėje palyginta TDK VLS6045EX serijos (pusiau ekranuotas) ir SPM6530 serijos (formuota) induktorių šiluminė varža. Kuo didesnė šiluminė varža, tuo didesnis temperatūros kilimas susidaro, kai induktyvumas teka per apkrovos srovę; kitu atveju, tuo žemesnė.

(2)

2 lentelė. VLS6045EX serijos induktorių šiluminė varža, kai temperatūra pakyla 40˚C

Iš 3 lentelės matyti, kad net jei induktorių dydis yra panašus, štampuotų induktorių šiluminė varža yra maža, tai yra, šilumos išsklaidymas yra geresnis.

(3)

3 lentelė. Skirtingų paketinių induktorių šiluminės varžos palyginimas.

6. Šerdies praradimas

Šerdies praradimą, vadinamą geležies praradimu, daugiausia sukelia sūkurinės srovės praradimas ir histerezės praradimas. Sūkurinės srovės nuostolių dydis daugiausia priklauso nuo to, ar šerdies medžiagą lengva „pravesti“; jei laidumas yra didelis, tai yra, varža yra maža, sūkurinės srovės nuostoliai yra dideli, o jei ferito varža yra didelė, sūkurinės srovės nuostoliai yra palyginti maži. Sūkurinės srovės praradimas taip pat susijęs su dažniu. Kuo didesnis dažnis, tuo didesnis sūkurinės srovės nuostolis. Todėl šerdies medžiaga lems tinkamą šerdies veikimo dažnį. Paprastai tariant, geležies miltelių šerdies darbinis dažnis gali siekti 1MHz, o ferito darbinis dažnis - 10MHz. Jei veikimo dažnis viršija šį dažnį, sūkurinės srovės nuostoliai sparčiai padidės, o geležies šerdies temperatūra taip pat padidės. Tačiau sparčiai tobulėjant geležies šerdies medžiagoms, aukštesnio veikimo dažnio geležinių šerdžių turėtų būti visai šalia.

Kitas geležies nuostolis yra histerezės nuostoliai, kurie yra proporcingi plotui, kurį uždaro histerezės kreivė, kuri yra susijusi su srovės kintamosios srovės komponento svyravimo amplitude; kuo didesnis kintamosios srovės svyravimas, tuo didesnis histerezės nuostolis.

Lygiagrečioje induktoriaus grandinėje lygiagrečiai su induktoriumi sujungtas rezistorius dažnai naudojamas geležies nuostoliams išreikšti. Kai dažnis lygus SRF, indukcinė ir talpinė reaktyvinė varža išnyksta, o lygiavertė reaktyvinė varža yra lygi nuliui. Šiuo metu induktoriaus varža yra lygi atsparumui geležies nuostoliams nuosekliai su apvijos varža, o atsparumas geležies nuostoliams yra daug didesnis nei apvijos varža, todėl SRF varža yra maždaug lygi geležies nuostolių varžai. Kaip pavyzdį paimant žemos įtampos induktorių, jo atsparumas geležies nuostoliams yra apie 20 kΩ. Jei apskaičiuota, kad efektyvioji įtampa abiejuose induktoriaus galuose yra 5 V, jo geležies nuostoliai yra apie 1,25 mW, o tai taip pat rodo, kad kuo didesnis atsparumas geležies nuostoliams, tuo geriau.

7. Skydo konstrukcija

Feritinių induktorių pakuotės struktūra yra neekranuota, pusiau ekranuota magnetiniais klijais ir ekranuota, abiejose jų yra didelis oro tarpas. Akivaizdu, kad oro tarpas turės magnetinį nuotėkį, o blogiausiu atveju jis trukdys aplinkinėms mažoms signalų grandinėms arba jei šalia bus magnetinė medžiaga, pasikeis ir jos induktyvumas. Kita pakuotės struktūra yra štampuotas geležies miltelių induktorius. Kadangi induktoriaus viduje nėra tarpo, o apvijos struktūra yra tvirta, magnetinio lauko sklaidos problema yra palyginti nedidelė. 10 paveiksle parodytas RTO 1004 osciloskopo FFT funkcijos naudojimas nutekėjimo magnetinio lauko dydžiui išmatuoti 3 mm aukštyje virš štampuoto induktoriaus ir jo šone. 4 lentelėje pateiktas skirtingų pakuotės struktūrų induktorių nuotėkio magnetinio lauko palyginimas. Galima pastebėti, kad neekranuoti induktoriai turi didžiausią magnetinį nuotėkį; štampuoti induktoriai turi mažiausią magnetinį nuotėkį, o tai rodo geriausią magnetinio ekranavimo efektą. . Šių dviejų konstrukcijų induktorių nuotėkio magnetinio lauko dydžių skirtumas yra apie 14 dB, tai yra beveik 5 kartus.

10

10 pav. Nuotėkio magnetinio lauko dydis, išmatuotas 3 mm aukštyje virš įspausto induktoriaus ir jo šone

(4)

4 lentelė. Skirtingų pakuotės struktūrų induktorių nuotėkio magnetinio lauko palyginimas

8. sukabinimas

Kai kuriose programose kartais ant PCB yra keli nuolatinės srovės keitiklių rinkiniai, kurie paprastai yra išdėstyti vienas šalia kito, o atitinkami induktoriai taip pat yra išdėstyti vienas šalia kito. Jei naudojate neekranuotą arba pusiau ekranuotą tipą su magnetiniais klijais, induktoriai gali būti sujungti vienas su kitu, kad susidarytų EMI trikdžiai. Todėl, dedant induktyvumo ritę, pirmiausia rekomenduojama pažymėti induktoriaus poliškumą, o vidinio induktoriaus sluoksnio pradžios ir apvijos tašką prijungti prie keitiklio perjungimo įtampos, pvz., Buck keitiklio VSW, kuris yra judantis taškas. Išėjimo gnybtas yra prijungtas prie išėjimo kondensatoriaus, kuris yra statinis taškas; todėl varinės vielos apvija sudaro tam tikrą elektrinio lauko ekranavimą. Multiplekserio laidų išdėstyme induktyvumo poliškumo nustatymas padeda nustatyti abipusio induktyvumo dydį ir išvengti netikėtų EMI problemų.

Programos:

Ankstesniame skyriuje buvo aptarta šerdies medžiaga, pakuotės struktūra ir svarbios induktoriaus elektrinės charakteristikos. Šiame skyriuje bus paaiškinta, kaip pasirinkti tinkamą keitiklio induktyvumo vertę ir ką reikia žinoti renkantis komerciškai prieinamą induktorių.

Kaip parodyta (5) lygtyje, induktoriaus vertė ir keitiklio perjungimo dažnis paveiks induktoriaus pulsacijos srovę (ΔiL). Induktoriaus pulsacijos srovė tekės per išėjimo kondensatorių ir paveiks išėjimo kondensatoriaus pulsacijos srovę. Todėl tai turės įtakos išėjimo kondensatoriaus pasirinkimui ir dar labiau paveiks išėjimo įtampos pulsacijos dydį. Be to, induktyvumo vertė ir išėjimo talpos vertė taip pat turės įtakos sistemos grįžtamojo ryšio konstrukcijai ir dinaminei apkrovos reakcijai. Pasirinkus didesnę induktyvumo vertę, kondensatoriaus srovės įtempis yra mažesnis, taip pat naudinga sumažinti išėjimo įtampos pulsaciją ir sukaupti daugiau energijos. Tačiau didesnė induktyvumo vertė rodo didesnį tūrį, tai yra didesnę kainą. Todėl, projektuojant keitiklį, induktyvumo vertės projektavimas yra labai svarbus.

(5)

Iš (5) formulės matyti, kad kai tarpas tarp įėjimo ir išėjimo įtampos yra didesnis, induktoriaus pulsacijos srovė bus didesnė, o tai yra blogiausia induktoriaus konstrukcijos sąlyga. Kartu su kita indukcine analize, sumažinto keitiklio induktyvumo projektinis taškas paprastai turėtų būti parenkamas maksimalios įėjimo įtampos ir visos apkrovos sąlygomis.

Projektuojant induktyvumo vertę, būtina atlikti kompromisą tarp induktoriaus pulsacijos srovės ir induktoriaus dydžio, o srovės pulsacijos koeficientas (srovės pulsacijos koeficientas; γ) apibrėžiamas čia, kaip nurodyta (6) formulėje.

(6)

Formulę (6) pakeitus formule (5), induktyvumo reikšmė gali būti išreikšta formule (7).

(7)

Pagal (7) formulę, kai skirtumas tarp įėjimo ir išėjimo įtampos didesnis, γ reikšmę galima pasirinkti didesnę; priešingai, jei įėjimo ir išėjimo įtampa yra arčiau, γ vertės dizainas turi būti mažesnis. Norint pasirinkti tarp induktoriaus pulsacijos srovės ir dydžio, pagal tradicinę projektavimo patirtį γ paprastai yra nuo 0,2 iki 0,5. Toliau pateikiamas RT7276 pavyzdys, iliustruojantis induktyvumo skaičiavimą ir parduodamų induktorių pasirinkimą.

Konstrukcijos pavyzdys: Sukurtas su RT7276 pažangiu nuolatinio įjungimo laiko (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sinchroninio ištaisymo laipsniniu keitikliu, jo perjungimo dažnis yra 700 kHz, įėjimo įtampa yra nuo 4,5 V iki 18 V, o išėjimo įtampa yra 1,05 V . Pilnos apkrovos srovė yra 3A. Kaip minėta pirmiau, induktyvumo vertė turi būti apskaičiuota esant maksimaliai 18 V įėjimo įtampai ir 3A pilnai apkrovai, γ reikšmė laikoma 0,35, o aukščiau pateikta reikšmė pakeičiama į (7) lygtį, induktyvumą. vertė yra

Naudokite induktorių, kurio įprastinė vardinė induktyvumo vertė yra 1,5 µH. Pakeiskite formulę (5), kad apskaičiuotumėte induktoriaus pulsacijos srovę taip.

Todėl didžiausia induktoriaus srovė yra

Ir efektyvioji induktoriaus srovės vertė (IRMS) yra

Kadangi induktoriaus pulsacijos komponentas yra mažas, efektyvioji induktoriaus srovės vertė daugiausia yra jos nuolatinės srovės komponentas, ir ši efektyvioji vertė yra naudojama kaip induktoriaus vardinės srovės IDC parinkimo pagrindas. Su 80% sumažinimo (mažinimo) konstrukcija, induktyvumo reikalavimai yra šie:

L = 1,5 µH (100 kHz), IDC = 3,77 A, ISAT = 4,34 A

5 lentelėje išvardyti galimi skirtingų TDK serijų induktoriai, kurių dydis yra panašus, bet skiriasi pakuotės struktūra. Iš lentelės matyti, kad štampuoto induktoriaus (SPM6530T-1R5M) soties srovė ir vardinė srovė yra didelė, o šiluminė varža maža, o šilumos išsklaidymas geras. Be to, remiantis aptarimu ankstesniame skyriuje, štampuoto induktoriaus šerdies medžiaga yra geležies miltelių šerdis, todėl ji lyginama su pusiau ekranuotų (VLS6045EX-1R5N) ir ekranuotų (SLF7055T-1R5N) induktorių ferito šerdimi. su magnetiniais klijais. , Turi geras DC poslinkio charakteristikas. 11 paveiksle parodytas skirtingų induktorių, pritaikytų RT7276 pažangiam nuolat veikiančiam sinchroniniam lygintuvui, keitikliui, efektyvumo palyginimas. Rezultatai rodo, kad efektyvumo skirtumas tarp šių trijų nėra reikšmingas. Jei atsižvelgsite į šilumos išsklaidymo, nuolatinės srovės poslinkio charakteristikas ir magnetinio lauko sklaidos problemas, rekomenduojama naudoti SPM6530T-1R5M induktorius.

(5)

5 lentelė. Skirtingų TDK serijų induktyvumo palyginimas

11

11 pav. Keitiklio efektyvumo palyginimas su skirtingais induktoriais

Jei pasirinksite tą pačią pakuotės struktūrą ir induktyvumo vertę, bet mažesnio dydžio induktorius, tokius kaip SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), nors jo dydis yra mažas, tačiau nuolatinės srovės varža RDC (44,5 mΩ) ir šiluminė varža ΘTH ( 51˚C) /W) Didesnis. Tų pačių specifikacijų keitikliams induktoriaus toleruojamos srovės efektyvioji vertė taip pat yra tokia pati. Akivaizdu, kad nuolatinės srovės pasipriešinimas sumažins efektyvumą esant didelei apkrovai. Be to, didelė šiluminė varža reiškia prastą šilumos išsklaidymą. Todėl renkantis induktorių reikia atsižvelgti ne tik į sumažinto dydžio privalumus, bet ir įvertinti su juo susijusius trūkumus.

Apibendrinant

Induktyvumas yra vienas iš dažniausiai naudojamų pasyviųjų komponentų perjungimo galios keitikliuose, kuris gali būti naudojamas energijos kaupimui ir filtravimui. Tačiau projektuojant grandinę reikia atkreipti dėmesį ne tik į induktyvumo vertę, bet ir į kitus parametrus, įskaitant kintamosios srovės varžą ir Q vertę, srovės toleranciją, geležies šerdies prisotinimą, paketo struktūrą ir kt. į tai reikia atsižvelgti renkantis induktorių. . Šie parametrai paprastai yra susiję su pagrindine medžiaga, gamybos procesu ir dydžiu bei kaina. Todėl šiame straipsnyje pristatomos skirtingų geležies šerdies medžiagų charakteristikos ir kaip pasirinkti tinkamą induktyvumą kaip maitinimo šaltinio projektavimo nuorodą.