124

žinios

Santrauka

Induktoriai yra labai svarbūs keitiklių keitiklių komponentai, tokie kaip energijos kaupimas ir maitinimo filtrai. Yra daugybė induktyvumo tipų, pavyzdžiui, skirtingi skirtingoms reikmėms (nuo žemo dažnio iki aukšto dažnio), arba skirtingos pagrindinės medžiagos, turinčios įtakos induktoriaus savybėms ir pan. Induktoriai, naudojami perjungimo keitikliuose, yra aukšto dažnio magnetiniai komponentai. Tačiau dėl įvairių veiksnių, tokių kaip medžiagos, veikimo sąlygos (pvz., Įtampa ir srovė) ir aplinkos temperatūros, pateikiamos charakteristikos ir teorijos yra gana skirtingos. Todėl schemoje, be pagrindinio induktyvumo vertės parametro, vis tiek reikia atsižvelgti į santykį tarp induktoriaus impedanso ir kintamosios srovės varžos bei dažnio, šerdies nuostolių ir prisotinimo srovės charakteristikų ir kt. Šis straipsnis supažindins su keliomis svarbiomis induktoriaus šerdies medžiagomis ir jų charakteristikomis, taip pat padės energetikams pasirinkti komercinius standartinius induktorius.

Įvadas

Induktorius yra elektromagnetinis indukcinis komponentas, kuris susidaro sukant tam tikrą ritinių (ritės) kiekį ant ritės ar šerdies izoliuota viela. Ši ritė vadinama induktyvumo ritė arba induktorius. Pagal elektromagnetinės indukcijos principą, kai ritė ir magnetinis laukas juda vienas kito atžvilgiu, arba ritė generuoja kintamą magnetinį lauką per kintamą srovę, bus sukurta indukuota įtampa, kad būtų galima atsispirti pradinio magnetinio lauko pokyčiams, ir ši srovės pokyčio sulaikymo savybė vadinama induktyvumu.

Induktyvumo vertės formulė yra tokia (1) formulė, kuri yra proporcinga magnetiniam pralaidumui, apvijų posūkių N kvadratui ir ekvivalentiniam magnetinės grandinės skerspjūvio plotui Ae, ir yra atvirkščiai proporcinga ekvivalentiniam magnetinės grandinės ilgiui le . Yra daugybė induktyvumo rūšių, kurių kiekviena tinka skirtingoms reikmėms; induktyvumas yra susijęs su forma, dydžiu, vyniojimo metodu, posūkių skaičiumi ir tarpinės magnetinės medžiagos tipu.

图片1

(1)

Priklausomai nuo geležies šerdies formos, induktyvumas apima toroidinį, E šerdį ir būgną; kalbant apie geležies šerdies medžiagą, daugiausia yra keramikos šerdis ir du minkštųjų magnetinių tipų. Jie yra ferito ir metalo milteliai. Priklausomai nuo struktūros ar pakavimo būdo, viela yra suvyniota, daugiasluoksnė ir suformuota, o vielos apvija yra neapsaugota ir pusė magnetinių klijų yra ekranuoti (pusiau ekranuoti) ir ekranuoti (ekranuoti) ir kt.

Induktorius veikia kaip trumpojo jungimo nuolatinė srovė ir yra didelė varža kintamajai srovei. Pagrindiniai grandinių panaudojimo būdai yra uždusimas, filtravimas, derinimas ir energijos kaupimas. Taikant perjungimo keitiklį, induktorius yra svarbiausias energijos kaupimo komponentas ir su išėjimo kondensatoriumi sudaro žemo dažnio filtrą, kad sumažintų išėjimo įtampos bangą, todėl jis taip pat vaidina svarbų vaidmenį filtravimo funkcijoje.

Šiame straipsnyje bus pristatytos įvairios pagrindinės induktorių medžiagos ir jų charakteristikos, taip pat kai kurios elektrinės induktyvumo charakteristikos, kaip svarbi vertinimo nuoroda renkantis induktorius grandinės projektavimo metu. Programos pavyzdyje, kaip apskaičiuoti induktyvumo vertę ir kaip pasirinkti komercinį standartinį induktyvumą, bus pateikta praktinių pavyzdžių.

Šerdies medžiagos tipas

Induktoriai, naudojami perjungimo keitikliuose, yra aukšto dažnio magnetiniai komponentai. Pagrindinė medžiaga, esanti centre, labiausiai veikia induktoriaus charakteristikas, tokias kaip varža ir dažnis, induktyvumo vertė ir dažnis arba šerdies prisotinimo charakteristikos. Toliau bus pateiktas kelių įprastų geležies šerdies medžiagų ir jų prisotinimo charakteristikų palyginimas, kaip svarbi nuoroda pasirenkant galios induktorius:

1. Keramikos šerdis

Keraminė šerdis yra viena iš įprastų induktyvumo medžiagų. Jis daugiausia naudojamas norint suteikti atramą, naudojamą vyniojant ritę. Jis taip pat vadinamas „oro šerdies induktoriumi“. Kadangi naudojama geležies šerdis yra nemagnetinė medžiaga, kurios temperatūros koeficientas yra labai žemas, induktyvumo vertė yra labai stabili veikimo temperatūros diapazone. Tačiau dėl nemagnetinės medžiagos kaip terpės induktyvumas yra labai mažas, o tai nėra labai tinkama maitinimo keitiklių pritaikymui.

2. Feritas

Ferito šerdis, naudojama bendruose aukšto dažnio induktoriuose, yra ferito junginys, turintis nikelio cinko (NiZn) arba mangano cinko (MnZn), kuris yra minkšta magnetinė feromagnetinė medžiaga, turinti mažą koercityvą. 1 paveiksle parodyta bendrosios magnetinės šerdies histerezės kreivė (BH kilpa). Magnetinės medžiagos prievartos jėga HC taip pat vadinama priverstine jėga, o tai reiškia, kad magnetinę medžiagą įmagnetinus iki magnetinio prisotinimo, jos įmagnetinimas (įmagnetinimas) sumažėja iki nulio Reikalingas tuo metu magnetinio lauko stipris. Mažesnis priverstinis pajėgumas reiškia mažesnį atsparumą demagnetizacijai ir mažesnį histerezės praradimą.

Mangano-cinko ir nikelio-cinko feritų santykinis pralaidumas (μr) yra santykinai didelis, atitinkamai apie 1500-15000 ir 100-1000. Dėl didelio jų magnetinio pralaidumo geležies šerdis tampa didesnė tam tikru tūriu. Induktyvumas. Tačiau trūkumas yra tas, kad jo toleruotina prisotinimo srovė yra maža, o prisotinus geležies šerdį, magnetinis pralaidumas smarkiai sumažės. Ferito ir miltelinių geležies šerdžių magnetinio pralaidumo mažėjimo tendenciją žr. 4 paveiksle, kai geležies šerdis yra prisotinta. Palyginimas. Naudojant maitinimo induktorius, pagrindinėje magnetinėje grandinėje bus paliktas oro tarpas, kuris gali sumažinti pralaidumą, išvengti prisotinimo ir sukaupti daugiau energijos; įskaičius oro tarpą, ekvivalentinis santykinis pralaidumas gali būti apie 20- tarp 200. Kadangi didelė pačios medžiagos varža gali sumažinti nuostolius, kuriuos sukelia sūkurinė srovė, nuostoliai yra mažesni esant dideliems dažniams ir labiau tinka aukšto dažnio transformatoriai, EMI filtrų induktoriai ir energijos keitiklių energijos kaupimo induktoriai. Kalbant apie veikimo dažnį, nikelio-cinko feritas yra tinkamas naudoti (> 1 MHz), o mangano-cinko feritas - žemesnio dažnio juostoms (<2 MHz).

图片2         1

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

3. Geležies milteliai

Geležies milteliai taip pat yra minkštos magnetinės feromagnetinės medžiagos. Jie gaminami iš įvairių medžiagų geležies miltelių lydinių arba tik iš geležies miltelių. Formulėje yra nemagnetinių medžiagų, kurių dalelių dydis yra skirtingas, todėl prisotinimo kreivė yra gana švelni. Geležies miltelių šerdis dažniausiai yra toroidinė. 2 paveiksle parodyta geležies miltelių šerdis ir jos skerspjūvis.

Įprastus miltelių pavidalo miltelius sudaro geležies-nikelio-molibdeno lydinys (MPP), sietas (Sendustas), geležies-nikelio lydinys (didelio srauto) ir geležies miltelių šerdis (geležies milteliai). Dėl skirtingų komponentų jo charakteristikos ir kainos taip pat skiriasi, o tai daro įtaką induktorių pasirinkimui. Toliau bus pristatyti pirmiau minėti pagrindiniai tipai ir palygintos jų charakteristikos:

A. Geležies-nikelio-molibdeno lydinys (MPP)

Fe-Ni-Mo lydinys sutrumpintas kaip MPP, kuris yra molpermallio lydinio miltelių santrumpa. Santykinis pralaidumas yra apie 14-500, o prisotinto magnetinio srauto tankis yra apie 7500 Gauss (Gauss), kuris yra didesnis nei ferito prisotinto magnetinio srauto tankis (apie 4000-5000 Gauss). Daugelis išėjo. MPP turi mažiausią geležies nuostolį ir turi geriausią temperatūros stabilumą tarp miltelinių geležies šerdžių. Kai išorinė nuolatinė srovė pasiekia prisotinimo srovę ISAT, induktyvumo vertė lėtai mažėja, staigiai neslopinant. MPP turi geresnius rezultatus, bet didesnes išlaidas, ir paprastai naudojamas kaip galios keitiklių galios induktorius ir EMI filtravimas.

 

B. Sendustas

Geležies-silicio ir aliuminio lydinio geležies šerdis yra legiruoto geležies šerdis, sudaryta iš geležies, silicio ir aliuminio, kurio santykinis magnetinis pralaidumas yra apie 26–125. Geležies nuostoliai yra tarp geležies miltelių šerdies ir MPP bei geležies-nikelio lydinio. . Soties magnetinio srauto tankis yra didesnis nei MPP, apie 10500 Gausų. Temperatūros stabilumas ir prisotinimo srovės charakteristikos yra šiek tiek prastesnės už MPP ir geležies-nikelio lydinį, tačiau geriau nei geležies miltelių šerdis ir ferito šerdis, o santykinės išlaidos yra pigesnės nei MPP ir geležies-nikelio lydinio. Jis dažniausiai naudojamas EMI filtravimui, galios koeficiento korekcijos (PFC) grandinėms ir perjungimo galios keitiklių galios induktoriams.

 

C. Geležies-nikelio lydinys (didelis srautas)

Geležies-nikelio lydinio šerdis 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-nikelio lydinio šerdyje yra didžiausias prisotinto magnetinio srauto tankis, apie 15 000 Gausų, jis gali atlaikyti didesnes nuolatinės srovės šališkumo sroves, o jo nuolatinės srovės šališkumo 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 labai grynos geležies miltelių dalelių su labai mažomis dalelėmis, kurios yra izoliuotos viena nuo kitos. Gamybos procesas leidžia paskirstyti oro tarpą. Be žiedo formos, paprastos geležies miltelių šerdies formos taip pat turi E ir štampavimo tipus. Santykinis geležies miltelių šerdies magnetinis pralaidumas yra apie 10–75, o didelio prisotinimo magnetinio srauto tankis - apie 15 000 Gausų. Tarp miltelių turinčių geležies šerdžių geležies miltelių šerdis turi didžiausią geležies nuostolį, bet mažiausią kainą.

3 paveiksle pavaizduotos TDK gaminto mangano-cinko ferito PC47 ir „MICROMETALS“ pagamintų miltelinių geležies šerdžių -52 ir -2 BH kreivės; santykinis mangano-cinko ferito magnetinis pralaidumas yra daug didesnis nei miltelių pavidalo geležies šerdžių ir yra prisotintas. Magnetinio srauto tankis taip pat labai skiriasi, feritas yra apie 5000 Gausų, o geležies miltelių šerdis - daugiau nei 10000 Gausų.

图片3   3

3 pav. Skirtingų medžiagų mangano-cinko ferito ir geležies miltelių šerdžių BH kreivė

 

Apibendrinant galima pasakyti, kad geležies šerdies prisotinimo charakteristikos yra skirtingos; viršijus prisotinimo srovę, ferito šerdies magnetinis pralaidumas smarkiai sumažės, o geležies miltelių šerdis gali lėtai mažėti. 4 paveiksle parodyta geležies miltelių šerdies, turinčios tą patį magnetinį pralaidumą, ir ferito su oro tarpu magnetinio pralaidumo kritimo charakteristikos esant skirtingiems magnetinio lauko stipriams. Tai taip pat paaiškina ferito šerdies induktyvumą, nes pralaidumas smarkiai sumažėja, kai šerdis yra prisotinta, kaip matyti iš (1) lygties, tai taip pat sukelia staigų induktyvumo kritimą; o miltelių šerdis su paskirstytu oro tarpu, magnetinis pralaidumas Greitis lėtai mažėja, kai geležies šerdis yra prisotinta, todėl induktyvumas mažėja švelniau, tai yra, jis turi geresnes nuolatinės įtampos charakteristikas. Taikant maitinimo keitiklius, ši charakteristika yra labai svarbi; jei induktoriaus lėta prisotinimo charakteristika nėra gera, induktoriaus srovė pakyla iki prisotinimo srovės, o staigus induktyvumo kritimas sukels staigų perjungimo kristalo įtampos padidėjimą, kurį lengva pakenkti.

图片3    4

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

 

Induktoriaus elektrinės charakteristikos ir pakuotės struktūra

Projektuojant komutatorių keitiklį ir pasirenkant induktorių, induktyvumo vertė L, varža Z, kintamosios srovės varžos ACR ir Q vertė (kokybės koeficientas), vardinė srovė IDC ir ISAT ir šerdies nuostoliai (šerdies nuostoliai) bei kitos svarbios elektrinės charakteristikos turi būti būti svarstoma. Be to, induktoriaus pakuotės struktūra paveiks magnetinio nuotėkio dydį, o tai savo ruožtu turi įtakos EMI. Toliau aptarsime aukščiau paminėtas charakteristikas atskirai, kaip induktorių pasirinkimo aplinkybes.

1. Induktyvumo vertė (L)

Induktyvumo induktyvumo vertė yra svarbiausias grandinės projektavimo parametras, tačiau reikia patikrinti, ar induktyvumo vertė yra stabili esant darbiniam dažniui. Nominalioji induktyvumo vertė paprastai matuojama esant 100 kHz arba 1 MHz dažniui be išorinės nuolatinės įtampos. Kad būtų užtikrinta masinės automatizuotos gamybos galimybė, induktoriaus tolerancija paprastai yra ± 20% (M) ir ± 30% (N). 5 paveiksle parodytas Taiyo Yuden induktoriaus NR4018T220M induktyvumo ir dažnio charakteristikų grafikas, išmatuotas Wayne Kerr LCR matuokliu. Kaip parodyta paveikslėlyje, induktyvumo vertės kreivė yra palyginti lygi prieš 5 MHz, o induktyvumo reikšmę beveik galima laikyti konstanta. Aukšto dažnio juostoje dėl parazitinės talpos ir induktyvumo generuojamo rezonanso induktyvumo vertė padidės. Šis rezonanso dažnis vadinamas savaiminio rezonanso dažniu (SRF), kuris paprastai turi būti daug didesnis nei veikimo dažnis.

图片5  5

5 pav. Taiyo Yuden NR4018T220M induktyvumo ir dažnio charakteristikų matavimo schema

 

2. Varža (Z)

Kaip parodyta 6 paveiksle, impedanso diagrama taip pat gali būti matoma pagal induktyvumo veikimą skirtingais dažniais. Induktoriaus varža yra maždaug proporcinga dažniui (Z = 2πfL), todėl kuo didesnis dažnis, reaktyvumas bus daug didesnis už kintamosios srovės varžą, todėl impedancija elgiasi kaip grynas induktyvumas (fazė yra 90˚). Aukštais dažniais dėl parazitinės talpos efekto gali būti matomas impedanso savaiminio rezonanso dažnio taškas. Po šio momento varža sumažėja ir tampa talpi, o fazė palaipsniui keičiasi į -90 ˚.

图片6  6

3. Q vertė ir kintamosios srovės varža (ACR)

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

图片7

(2)

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

Žemo dažnio diapazone kintamosios srovės varža yra didesnė už reaktyvumą, kurią sukelia induktyvumas, todėl jo Q vertė yra labai maža; didėjant dažniui, reaktyvumas (apie 2πfL) tampa vis didesnis, net jei atsparumas dėl odos efekto (odos efektas) ir artumo (artumo) poveikis) Poveikis tampa vis didesnis, o Q vertė vis dar didėja kartu su dažniu ; artėjant prie SRF, indukcinį reaktyvumą palaipsniui kompensuoja talpinis reaktyvumas, o Q vertė palaipsniui tampa mažesnė; kai SRF tampa nulis, nes induktyvusis reaktyvumas ir talpinis reaktyvumas visiškai išnyksta. 7 paveiksle parodytas ryšys tarp Q vertės ir NR4018T220M dažnio, o ryšys yra apversto varpo formos.

图片8  7

7 pav. Taiyo Yuden induktoriaus NR4018T220M Q vertės ir dažnio santykis

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

DC varža DCR paprastai laikoma varinės vielos nuolatine varža, o varža gali būti apskaičiuojama pagal laido skersmenį ir ilgį. Tačiau dauguma silpnos srovės SMD induktorių naudos ultragarsinį suvirinimą, kad apvijos terminale pagamintų vario SMD lakštą. Tačiau, kadangi vario viela nėra ilga ir varžos vertė nėra didelė, atsparumas suvirinimui dažnai sudaro didelę visos nuolatinės srovės varžos dalį. Kaip pavyzdį imant TDK vielos suvyniotą SMD induktorių CLF6045NIT-1R5N, išmatuotas nuolatinės srovės varža yra 14,6 mΩ, o nuolatinės srovės varža, apskaičiuota pagal laido skersmenį ir ilgį, yra 12,1 mΩ. Rezultatai rodo, kad šis atsparumas virinimui sudaro apie 17% viso nuolatinės srovės varžos.

AC atsparumas ACR turi odos ir artumo efektą, dėl kurio ACR dažnės; taikant bendrą induktyvumą, nes kintamosios srovės komponentas yra daug mažesnis nei nuolatinės srovės komponentas, ACR sukelta įtaka nėra akivaizdi; bet esant mažai apkrovai, Kadangi nuolatinės srovės komponentas yra sumažintas, negalima ignoruoti ACR sukeltų nuostolių. Odos efektas reiškia, kad kintamosios srovės sąlygomis srovės pasiskirstymas laidininko viduje yra netolygus ir sutelktas laido paviršiuje, todėl sumažėja lygiavertis laido skerspjūvio plotas, o tai savo ruožtu padidina vielos lygiavertį atsparumą su dažnis. Be to, vielos apvijoje gretimi laidai sukels magnetinių laukų pridėjimą ir atėmimą dėl srovės, todėl srovė bus sutelkta ant paviršiaus, esančio šalia laido (arba tolimiausio paviršiaus, atsižvelgiant į srovės kryptį). ), kuris taip pat sukelia lygiavertį laido perėmimą. Reiškinys, kad plotas mažėja, o ekvivalentinis atsparumas didėja, yra vadinamasis artumo efektas; taikant daugiasluoksnės apvijos induktyvumą, artumo efektas yra dar akivaizdesnis.

图片9  8

8 paveiksle parodytas ryšys tarp kintamosios srovės varžos ir vielos suvynioto SMD induktoriaus NR4018T220M dažnio. 1kHz dažniu varža yra apie 360mΩ; esant 100 kHz, varža padidėja iki 775mΩ; esant 10MHz, varžos vertė yra artima 160Ω. Apskaičiuojant vario nuostolius, reikia atsižvelgti į odos ir artumo poveikio sukeltą AKR ir pakeisti jį pagal 3 formulę.

4. Sodrumo srovė (ISAT)

Sodrumo srovė ISAT paprastai yra šališkoji srovė, pažymėta, kai susilpnėja induktyvumo vertė, pvz., 10%, 30% ar 40%. Dėl oro tarpo ferito, nes jo prisotinimo srovės charakteristika yra labai greita, nėra didelio skirtumo tarp 10% ir 40%. Žr. 4 pav. Tačiau, jei tai yra geležies miltelių šerdis (pvz., Štampuotas induktorius), prisotinimo kreivė yra gana švelni, kaip parodyta 9 paveiksle, 10% arba 40% induktyvumo slopinimo įtampos srovė yra daug skiriasi, todėl dviejų rūšių geležies šerdžių prisotinimo srovės vertė bus aptarta taip.

Naudojant oro tarpo feritą, protinga naudoti ISAT kaip viršutinę maksimalios induktoriaus srovės ribą grandinėms. Tačiau jei tai yra geležies miltelių šerdis, dėl lėtos sodrumo charakteristikos nebus jokių problemų, net jei maksimali taikymo grandinės srovė viršija ISAT. Todėl ši geležies šerdies charakteristika yra tinkamiausia keičiant keitiklius. 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 mažai apkrovai, induktoriaus induktyvumo vertė yra didesnė, o tai padeda sumažinti induktoriaus bangavimo srovę ir taip sumažinti geležies nuostolius. 9 paveiksle lyginama TDK žaizduoto ferito SLF7055T1R5N ir štampuoto geležies miltelių šerdies induktoriaus SPM6530T1R5M prisotinimo srovės kreivė pagal tą pačią nominalią induktyvumo vertę.

图片9   9

9 pav. Žaizdos ferito ir štampuoto geležies miltelių šerdies prisotinimo srovės kreivė esant vienodai nominaliai induktyvumo vertei

5. Nominali srovė (IDC)

IDC reikšmė yra nuolatinės srovės šališkumas, kai induktoriaus temperatūra pakyla iki Tr˚C. Specifikacijose taip pat nurodoma jo nuolatinės srovės varžos vertė RDC esant 20˚C. Pagal vario vielos temperatūros koeficientą yra apie 3930 ppm, pakilus Tr temperatūrai, jo atsparumo vertė yra RDC_Tr = RDC (1 + 0,00393Tr), o jos energijos suvartojimas yra PCU = I2DCxRDC. Šis vario nuostolis išsisklaido ant induktoriaus paviršiaus ir galima apskaičiuoti induktoriaus šiluminę varžą ΘTH:

图片13(2)

2 lentelėje nurodomas TDK VLS6045EX serijos (6,0 × 6,0 × 4,5 mm) duomenų lapas ir apskaičiuojama šiluminė varža pakilus 40 ° C temperatūrai. Akivaizdu, kad tos pačios serijos ir dydžio induktoriams apskaičiuota šiluminė varža yra beveik vienoda dėl to paties paviršiaus šilumos išsklaidymo ploto; kitaip tariant, galima įvertinti skirtingų induktorių vardinę srovės IDC. Skirtingos induktorių serijos (pakuotės) turi skirtingas šilumines varžas. 3 lentelėje lyginama TDK VLS6045EX serijos (pusiau ekranuota) ir SPM6530 serijos (formuota) induktorių šiluminė varža. Kuo didesnė šiluminė varža, tuo didesnė temperatūra pakyla, kai induktyvumas teka per apkrovos srovę; kitaip - žemesnis.

图片14  (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.

图片15  (3)

3 lentelė. Įvairių pakuočių induktorių šiluminės varžos palyginimas.

 

6. Šerdies praradimas

Pagrindinius nuostolius, vadinamus geležies nuostoliais, daugiausia lemia sūkurinės srovės ir histerezės nuostoliai. Sūkurinės srovės nuostolių dydis daugiausia priklauso nuo to, ar pagrindinę medžiagą lengva „atlikti“; jei laidumas didelis, tai yra, varža yra maža, sūkurinės srovės nuostoliai yra dideli, o jei ferito varža yra didelė, sūkurinės srovės nuostoliai yra santykinai maži. Sūkurinės srovės nuostoliai taip pat yra susiję su dažniu. Kuo didesnis dažnis, tuo didesnė sūkurinės srovės nuostolis. Todėl šerdies medžiaga nustatys tinkamą šerdies veikimo dažnį. Paprastai tariant, geležies miltelių šerdies darbinis dažnis gali siekti 1MHz, o ferito - 10MHz. Jei veikimo dažnis viršija šį dažnį, sūkurinės srovės nuostoliai greitai padidės ir geležies šerdies temperatūra taip pat padidės. Tačiau sparčiai vystantis geležies šerdies medžiagoms, aukštesnio darbinio dažnio geležies šerdys turėtų būti šalia.

Kitas geležies nuostolis yra histerezės nuostolis, proporcingas histerezės kreivės atitvertam plotui, kuris yra susijęs su srovės kintamosios srovės komponento svyravimo amplitude; kuo didesnis kintamosios srovės svyravimas, tuo didesnis histerezės nuostolis.

Lygiavertėje induktoriaus grandinėje geležies nuostoliams išreikšti dažnai naudojamas rezistorius, sujungtas lygiagrečiai su induktoriumi. Kai dažnis yra lygus SRF, induktyvusis ir talpinis reaktyvumas išnyksta, o ekvivalentinis reaktyvumas yra lygus nuliui. Šiuo metu induktoriaus varža yra tolygi geležies nuostolių pasipriešinimui nuosekliai su apvijos pasipriešinimu, o geležies nuostolių varža yra daug didesnė už apvijos varžą, todėl SRF varža yra maždaug lygi atsparumui geležies nuostoliams. Atsižvelgiant į žemos įtampos induktorių, jo atsparumas geležies nuostoliams yra apie 20kΩ. Jei manoma, kad efektyvioji įtampa abiejuose induktoriaus galuose yra 5 V, jos geležies nuostoliai yra apie 1,25 mW, o tai taip pat rodo, kad kuo didesnis geležies nuostolių atsparumas, tuo geriau.

7. Skydo struktūra

Ferito induktorių pakavimo struktūra apima neekranuotus, pusiau ekranuotus magnetiniais klijais ir ekranuotus, ir bet kuriame iš jų yra nemažas oro tarpas. Akivaizdu, kad oro tarpas turės magnetinį nuotėkį, o blogiausiu atveju jis trukdys aplinkinėms mažoms signalo grandinėms arba, jei netoliese yra magnetinė medžiaga, taip pat bus pakeistas jo induktyvumas. Kita pakuotės struktūra yra štampuotas geležies miltelių induktorius. Kadangi induktoriaus viduje nėra tarpo, o apvijos struktūra yra tvirta, magnetinio lauko išsisklaidymo problema yra palyginti maža. 10 paveiksle parodytas RTO 1004 osciloskopo FFT funkcijos naudojimas matuojant nuotėkio magnetinio lauko dydį 3 mm virš štampuoto induktoriaus. 4 lentelėje pateikiamas skirtingų pakuotės struktūros induktorių nuotėkio magnetinio lauko palyginimas. Galima pastebėti, kad neekranuoti induktoriai turi rimčiausią magnetinį nuotėkį; štampuoti induktoriai turi mažiausią magnetinį nuotėkį, rodantį geriausią magnetinio ekranavimo efektą. . Šių dviejų struktūrų induktorių nuotėkio magnetinio lauko dydžio skirtumas yra maždaug 14 dB, o tai yra beveik 5 kartus.

10图片16

10 paveikslas. Nuotėkio magnetinio lauko dydis, matuojamas 3 mm virš štampuoto induktoriaus ir jo pusėje

图片17 (4)

4 lentelė. Skirtingų pakuotės struktūros induktorių nuotėkio magnetinio lauko palyginimas

8. sukabinimas

Kai kuriose programose kartais PCB yra keli nuolatinės srovės keitiklių rinkiniai, kurie paprastai yra išdėstyti vienas šalia kito, o jų atitinkami induktoriai taip pat yra išdėstyti vienas šalia kito. Jei naudojate neapsaugotą arba pusiau ekranuotą magnetiniais klijais, induktoriai gali būti sujungti vienas su kitu, kad susidarytų EMI trukdžiai. Todėl dedant induktorių rekomenduojama pirmiausia pažymėti induktoriaus poliškumą ir prijungti vidinio induktoriaus sluoksnio pradinį ir apvijos tašką prie keitiklio perjungimo įtampos, tokios kaip „buck bucket“ keitiklio VSW, kuris yra judantis taškas. Išleidimo gnybtas yra prijungtas prie išėjimo kondensatoriaus, kuris yra statinis taškas; todėl varinės vielos apvija sudaro tam tikrą elektrinio lauko ekranavimo laipsnį. Multiplekserio laidų išdėstyme induktyvumo poliškumo nustatymas padeda nustatyti abipusio induktyvumo dydį ir išvengti netikėtų EMI problemų.

Programos:

Ankstesniame skyriuje aptarta pagrindinė medžiaga, pakuotės struktūra ir svarbios induktoriaus elektrinės charakteristikos. Šiame skyriuje bus paaiškinta, kaip pasirinkti tinkamą indukcijos keitiklio induktyvumo vertę ir kokias aplinkybes reikia rinktis komerciškai prieinamą induktyvumą.

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 bangavimo srovę. Todėl tai paveiks išėjimo kondensatoriaus pasirinkimą ir dar labiau paveiks išėjimo įtampos bangų dydį. Be to, induktyvumo vertė ir išėjimo talpos vertė taip pat turės įtakos sistemos grįžtamojo ryšio konstrukcijai ir dinaminei apkrovos reakcijai. Didesnės induktyvumo vertės pasirinkimas sumažina kondensatoriaus įtampą, taip pat naudinga sumažinti išėjimo įtampos bangą ir gali sukaupti daugiau energijos. Tačiau didesnė induktyvumo vertė rodo didesnę apimtį, tai yra didesnę kainą. Todėl projektuojant keitiklį labai svarbu suprojektuoti induktyvumo vertę.

图片18        (5)

Iš formulės (5) matyti, kad kai skirtumas tarp įėjimo įtampos ir išėjimo įtampos yra didesnis, induktoriaus pulsacijos srovė bus didesnė, o tai yra blogiausia induktoriaus konstrukcijos sąlyga. Kartu su kita indukcine analize pakopos keitiklio induktyvumo projektavimo taškas paprastai turėtų būti parenkamas esant maksimaliai įėjimo įtampai ir visai apkrovai.

Kuriant induktyvumo vertę, būtina atlikti kompromisą tarp induktoriaus pulsacijos srovės ir induktoriaus dydžio, o pulsacijos srovės koeficientas (pulsacijos srovės koeficientas; γ) yra apibrėžtas čia, kaip formulėje (6).

图片196)

Formulę (6) pakeičiant į (5) formulę, induktyvumo reikšmę galima išreikšti kaip (7) formulę.

图片20  7)

Pagal formulę (7), kai skirtumas tarp įėjimo ir išėjimo įtampos yra didesnis, γ reikšmę galima pasirinkti didesnę; priešingai, jei įėjimo ir išėjimo įtampa yra artimesnė, γ vertės konstrukcija turi būti mažesnė. Norint pasirinkti tarp induktoriaus pulsacijos srovės ir dydžio, atsižvelgiant į tradicinę projektavimo patirtį, γ paprastai yra nuo 0,2 iki 0,5. Toliau pateiktas pavyzdys RT7276, iliustruojantis induktyvumo skaičiavimą ir komerciškai prieinamų induktorių pasirinkimą.

Konstrukcijos pavyzdys: suprojektuotas su pažangiu pastovaus įjungimo laiku (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sinchroniniu ištaisymo keitikliu, jo perjungimo dažnis yra 700 kHz, įėjimo įtampa yra nuo 4,5 V iki 18 V ir išėjimo įtampa yra 1,05 V . Visos apkrovos srovė yra 3A. Kaip minėta pirmiau, induktyvumo vertė turi būti suprojektuota esant maksimaliai 18 V įėjimo įtampai ir 3A pilnai apkrovai, γ vertė laikoma 0,35, o aukščiau nurodyta vertė pakeičiama į (7) lygtį, induktyvumas vertė yra

图片21

 

Naudokite induktorių, kurio įprasta vardinė induktyvumo vertė yra 1,5 µH. Norėdami pakeisti induktoriaus pulsacijos srovę, pakeiskite formulę (5) taip.

图片22

Todėl didžiausia induktoriaus srovė yra

图片23

Efektyvioji induktoriaus srovės (IRMS) vertė yra

图片24

Kadangi induktoriaus pulsacijos komponentas yra mažas, efektyvioji induktoriaus srovės vertė yra daugiausia jo nuolatinės srovės komponentas, ir ši efektyvi vertė yra naudojama kaip pagrindas renkantis induktoriaus vardinę srovę IDC. Su 80% mažinančiu (mažinančiu) dizainu induktyvumo reikalavimai yra:

 

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

 

5 lentelėje išvardyti galimi skirtingų serijų TDK induktoriai, panašaus dydžio, bet skirtingi pakuotės struktūroje. Iš lentelės matyti, kad štampuoto induktoriaus (SPM6530T-1R5M) prisotinimo srovė ir vardinė srovė yra didelės, o šiluminė varža yra maža, o šilumos išsklaidymas yra geras. Be to, pagal ankstesnio skyriaus aptarimą, štampuoto induktoriaus pagrindinė medžiaga yra geležies miltelių šerdis, todėl ji yra lyginama su pusiau ekranuotų (VLS6045EX-1R5N) ir ekranuotų (SLF7055T-1R5N) induktorių ferito šerdimi magnetiniais klijais. , Turi geras nuolatinės srovės šališkumo charakteristikas. 11 paveiksle parodytas skirtingų induktorių, taikomų pažangiam pastoviam sinchroninio taisymo sinchroninio taisymo keitikliui RT7276, efektyvumo palyginimas. Rezultatai rodo, kad efektyvumo skirtumas tarp šių trijų nėra reikšmingas. Jei atsižvelgsite į šilumos išsiskyrimą, nuolatinės srovės šališkumo charakteristikas ir magnetinio lauko išsisklaidymo problemas, rekomenduojama naudoti induktorius SPM6530T-1R5M.

图片255)

5 lentelė. Įvairių TDK serijų induktyvumų palyginimas

图片26 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 (44,5mΩ) ir šiluminė varža ΘTH ( 51˚C) / W) didesnis. Tos pačios specifikacijos keitikliams efektyvi induktoriaus toleruojamos srovės vertė taip pat yra vienoda. Akivaizdu, kad nuolatinės srovės varža sumažins efektyvumą esant didelei apkrovai. Be to, didelė šiluminė varža reiškia blogą šilumos išsiskyrimą. Todėl renkantis induktorių reikia ne tik atsižvelgti į sumažinto dydžio pranašumus, bet ir įvertinti su juo susijusius trūkumus.

 

Apibendrinant

Induktyvumas yra vienas iš dažniausiai naudojamų pasyvių maitinimo keitiklių komponentų, 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, pakuotės struktūrą ir kt. reikia atsižvelgti renkantis induktorių. . Šie parametrai paprastai yra susiję su pagrindine medžiaga, gamybos procesu, dydžiu ir kaina. Todėl šiame straipsnyje pateikiamos skirtingų geležies šerdies medžiagų charakteristikos ir tai, kaip pasirinkti tinkamą induktyvumą kaip atskaitos šaltinį kuriant maitinimo šaltinį.

 


Skelbimo laikas: 2021 m. Birželio 15 d