aħbarijiet

Sommarju

L-indutturi huma komponenti importanti ħafna fl-iswiċċjar tal-konvertituri, bħall-ħażna tal-enerġija u l-filtri tal-enerġija. Hemm ħafna tipi ta 'indutturi, bħal għal applikazzjonijiet differenti (minn frekwenza baxxa għal frekwenza għolja), jew materjali tal-qalba differenti li jaffettwaw il-karatteristiċi tal-inductor, eċċ. Indutturi użati fil-konvertituri tal-iswiċċjar huma komponenti manjetiċi ta 'frekwenza għolja. Madankollu, minħabba diversi fatturi bħal materjali, kundizzjonijiet operattivi (bħal vultaġġ u kurrent), u temperatura ambjentali, il-karatteristiċi u t-teoriji ppreżentati huma pjuttost differenti. Għalhekk, fid-disinn taċ-ċirkwit, minbarra l-parametru bażiku tal-valur tal-inductance, xorta trid titqies ir-relazzjoni bejn l-impedenza tal-inductor u r-reżistenza u l-frekwenza AC, it-telf tal-qalba u l-karatteristiċi tal-kurrent ta 'saturazzjoni, eċċ. Dan l-artikolu se jintroduċi diversi materjali importanti tal-qalba tal-inductor u l-karatteristiċi tagħhom, u jiggwida wkoll lill-inġiniera tal-enerġija biex jagħżlu indutturi standard disponibbli kummerċjalment.

Prefazju

Induttur huwa komponent ta 'induzzjoni elettromanjetika, li huwa ffurmat mill-istralċ ta' ċertu numru ta 'coils (coil) fuq bobbin jew qalba b'wajer iżolat. Din il-coil tissejjaħ coil inductance jew Inductor. Skont il-prinċipju tal-induzzjoni elettromanjetika, meta l-coil u l-kamp manjetiku jiċċaqilqu relattivi ma 'xulxin, jew il-coil jiġġenera kamp manjetiku li jalterna permezz ta' kurrent li jalterna, se jiġi ġġenerat vultaġġ indott biex jirreżisti l-bidla tal-kamp manjetiku oriġinali, u din il-karatteristika tat-trażżin tal-bidla kurrenti tissejjaħ inductance.

Il-formula tal-valur tal-inductance hija bħala formula (1), li hija proporzjonali għall-permeabilità manjetika, il-kwadru tal-istralċ dawriet N, u l-erja tas-sezzjoni trasversali taċ-ċirkwit manjetiku ekwivalenti Ae, u hija inversament proporzjonali għat-tul taċ-ċirkwit manjetiku ekwivalenti le . Hemm ħafna tipi ta 'inductance, kull wieħed adattat għal applikazzjonijiet differenti; l-inductance hija relatata mal-forma, id-daqs, il-metodu tal-istralċ, in-numru ta 'dawriet, u t-tip ta' materjal manjetiku intermedju.

(1)

Skont il-forma tal-qalba tal-ħadid, l-inductance tinkludi torojdali, qalba E u tanbur; f'termini ta 'materjal tal-qalba tal-ħadid, hemm prinċipalment qalba taċ-ċeramika u żewġ tipi manjetiċi rotob. Huma ferrite u trab metalliku. Skont l-istruttura jew il-metodu tal-ippakkjar, hemm ferita tal-wajer, b'ħafna saffi, u ffurmati, u l-ferita tal-wajer għandha mhux protetta u nofs kolla manjetika Protetta (semi protetta) u protetta (protetta), eċċ.

L-inductor jaġixxi bħal short circuit f'kurrent dirett, u jippreżenta impedenza għolja għal kurrent alternanti. L-użi bażiċi fiċ-ċirkwiti jinkludu fgar, iffiltrar, irfinar u ħażna tal-enerġija. Fl-applikazzjoni tal-konvertitur tal-iswiċċjar, l-inductor huwa l-aktar komponent importanti tal-ħażna tal-enerġija, u jifforma filtru low-pass mal-kapaċitatur tal-ħruġ biex inaqqas ir-ripple tal-vultaġġ tal-ħruġ, għalhekk għandu wkoll rwol importanti fil-funzjoni tal-filtrazzjoni.

Dan l-artikolu se jintroduċi d-diversi materjali tal-qalba ta 'inductors u l-karatteristiċi tagħhom, kif ukoll xi wħud mill-karatteristiċi elettriċi ta' indutturi, bħala referenza ta 'evalwazzjoni importanti għall-għażla ta' indutturi waqt id-disinn taċ-ċirkwit. Fl-eżempju tal-applikazzjoni, kif jiġi kkalkulat il-valur tal-inductance u kif tagħżel inductor standard disponibbli kummerċjalment se jiġu introdotti permezz ta 'eżempji prattiċi.

Tip ta 'materjal tal-qalba

Indutturi użati fil-konvertituri tal-iswiċċjar huma komponenti manjetiċi ta 'frekwenza għolja. Il-materjal tal-qalba fiċ-ċentru l-aktar jaffettwa l-karatteristiċi tal-inductor, bħall-impedenza u l-frekwenza, il-valur u l-frekwenza tal-inductance, jew il-karatteristiċi tas-saturazzjoni tal-qalba. Dan li ġej se jintroduċi t-tqabbil ta 'diversi materjali komuni tal-qalba tal-ħadid u l-karatteristiċi ta' saturazzjoni tagħhom bħala referenza importanti għall-għażla ta 'indutturi tal-qawwa:

1. qalba taċ-ċeramika

Il-qalba taċ-ċeramika hija waħda mill-materjali tal-inductance komuni. Huwa prinċipalment użat biex jipprovdi l-istruttura ta 'appoġġ użata meta tkebbib il-coil. Tissejjaħ ukoll "inductor tal-qalba tal-arja". Minħabba li l-qalba tal-ħadid użata hija materjal mhux manjetiku b'koeffiċjent ta 'temperatura baxxa ħafna, il-valur tal-inductance huwa stabbli ħafna fil-medda tat-temperatura operattiva. Madankollu, minħabba l-materjal mhux manjetiku bħala l-medju, l-inductance hija baxxa ħafna, li mhix adattata ħafna għall-applikazzjoni ta 'konvertituri tal-enerġija.

2. Ferrite

Il-qalba tal-ferrite użata f'indutturi ta 'frekwenza għolja ġenerali hija kompost tal-ferrite li fih żingu tan-nikil (NiZn) jew żingu tal-manganiż (MnZn), li huwa materjal ferromanjetiku manjetiku artab b'koerċività baxxa. Il-Figura 1 turi l-kurva tal-isteresi (linja BH) ta 'qalba manjetika ġenerali. Il-forza koerċittiva HC ta 'materjal manjetiku tissejjaħ ukoll forza koerċitiva, li jfisser li meta l-materjal manjetiku ġie magnetizzat għal saturazzjoni manjetika, il-manjetizzazzjoni tagħha (manjetizzazzjoni) titnaqqas għal żero Il-qawwa tal-kamp manjetiku meħtieġ f'dak iż-żmien. Coercività aktar baxxa tfisser reżistenza aktar baxxa għad-demagnetization u tfisser ukoll telf ta 'istereżi aktar baxx.

Il-ferrites tal-manganiż-żingu u n-nikil-żingu għandhom permeabilità relattiva relattivament għolja (μr), madwar 1500-15000 u 100-1000, rispettivament. Il-permeabilità manjetika għolja tagħhom tagħmel il-qalba tal-ħadid ogħla f'ċertu volum. L-inductance. Madankollu, l-iżvantaġġ huwa li l-kurrent ta 'saturazzjoni tollerabbli tiegħu huwa baxx, u ladarba l-qalba tal-ħadid tkun saturata, il-permeabilità manjetika tinżel drastikament. Irreferi għall-Figura 4 għat-tendenza li tonqos tal-permeabilità manjetika tal-ferrite u l-qlub tal-ħadid tat-trab meta l-qalba tal-ħadid tkun saturata. Tqabbil. Meta jintuża f'indutturi tal-qawwa, vojt ta 'l-arja se jitħalla fiċ-ċirkwit manjetiku prinċipali, li jista' jnaqqas il-permeabilità, jevita saturazzjoni u jaħżen aktar enerġija; meta l-vojt ta 'l-arja huwa inkluż, il-permeabilità relattiva ekwivalenti tista' tkun madwar 20- Bejn 200. Peress li r-reżistività għolja tal-materjal innifsu tista 'tnaqqas it-telf ikkawżat minn kurrent eddy, it-telf huwa aktar baxx fi frekwenzi għoljin, u huwa aktar adattat għal transformers ta 'frekwenza għolja, indutturi tal-filtri EMI u indutturi tal-ħażna tal-enerġija ta' konvertituri tal-enerġija. F'termini ta 'frekwenza operattiva, ferrite tan-nikil-żingu huwa adattat għall-użu (> 1 MHz), filwaqt li l-ferrite tal-manganiż-żingu huwa adattat għal meded ta' frekwenza aktar baxxa (<2 MHz).

1

Figura 1. Il-kurva tal-isteresi tal-qalba manjetika (BR: remanenza; BSAT: densità tal-fluss manjetiku tas-saturazzjoni)

3. Qalba tal-ħadid trab

Il-qlub tal-ħadid tat-trab huma wkoll materjali ferromanjetiċi manjetiċi rotob. Huma magħmula minn ligi ta 'trab tal-ħadid ta' materjali differenti jew trab tal-ħadid biss. Il-formula fiha materjali mhux manjetiċi b'daqsijiet ta 'partiċelli differenti, għalhekk il-kurva ta' saturazzjoni hija relattivament ġentili. Il-qalba tal-ħadid tat-trab hija l-aktar torojdali. Il-Figura 2 turi l-qalba tal-ħadid tat-trab u l-veduta trasversali tagħha.

Qlub tal-ħadid trab komuni jinkludu liga tal-ħadid-nikil-molibdenu (MPP), sendust (Sendust), liga tal-ħadid-nikil (fluss għoli) u qalba tat-trab tal-ħadid (trab tal-ħadid). Minħabba l-komponenti differenti, il-karatteristiċi u l-prezzijiet tiegħu huma wkoll differenti, li jaffettwa l-għażla tal-indutturi. Dan li ġej se jintroduċi t-tipi ewlenin imsemmija hawn fuq u jqabbel il-karatteristiċi tagħhom:

A. Liga tal-ħadid-nikil-molibdenu (MPP)

Liga Fe-Ni-Mo hija mqassra bħala MPP, li hija l-abbrevjazzjoni tat-trab tal-molypermalloy. Il-permeabilità relattiva hija madwar 14-500, u d-densità tal-fluss manjetiku tas-saturazzjoni hija madwar 7500 Gauss (Gauss), li hija ogħla mid-densità tal-fluss manjetiku tas-saturazzjoni tal-ferrite (madwar 4000-5000 Gauss). Ħafna barra. MPP għandu l-iżgħar telf ta 'ħadid u għandu l-aħjar stabbiltà tat-temperatura fost il-qlub tal-ħadid tat-trab. Meta l-kurrent DC estern jilħaq il-kurrent ta 'saturazzjoni ISAT, il-valur tal-inductance jonqos bil-mod mingħajr attenwazzjoni f'daqqa. MPP għandu prestazzjoni aħjar iżda spiża ogħla, u normalment jintuża bħala induttur tal-enerġija u filtrazzjoni EMI għall-konvertituri tal-enerġija.

B. Sendust

Il-qalba tal-ħadid tal-liga tal-ħadid-silikon-aluminju hija qalba tal-ħadid liga magħmula minn ħadid, silikon u aluminju, b'permeabilità manjetika relattiva ta 'madwar 26 sa 125. It-telf tal-ħadid huwa bejn il-qalba tat-trab tal-ħadid u MPP u liga tal-ħadid-nikil . Id-densità tal-fluss manjetiku tas-saturazzjoni hija ogħla minn MPP, madwar 10500 Gauss. L-istabbiltà tat-temperatura u l-karatteristiċi tal-kurrent tas-saturazzjoni huma kemmxejn inferjuri għal MPP u liga tal-ħadid-nikil, iżda aħjar mill-qalba tat-trab tal-ħadid u l-qalba tal-ferrite, u l-ispiża relattiva hija irħas minn MPP u liga tal-ħadid-nikil. Jintuża l-aktar fil-filtrazzjoni tal-EMI, ċirkwiti ta 'korrezzjoni tal-fattur tal-qawwa (PFC) u indutturi tal-qawwa ta' konvertituri tal-enerġija li jaqilbu.

C. Liga tal-ħadid-nikil (fluss għoli)

Il-qalba tal-liga tal-ħadid-nikil hija magħmula minn ħadid u nikil. Il-permeabilità manjetika relattiva hija madwar 14-200. It-telf tal-ħadid u l-istabbiltà tat-temperatura huma bejn MPP u liga tal-ħadid-silikon-aluminju. Il-qalba tal-liga tal-ħadid-nikil għandha l-ogħla densità tal-fluss manjetiku ta 'saturazzjoni, madwar 15,000 Gauss, u tista' tiflaħ kurrenti DC bias ogħla, u l-karatteristiċi DC bias tagħha huma wkoll aħjar. Ambitu tal-applikazzjoni: Korrezzjoni tal-fattur tal-qawwa attiva, induttanza tal-ħażna tal-enerġija, induttanza tal-filtru, transformer ta 'frekwenza għolja ta' konvertitur flyback, eċċ.

D. Trab tal-ħadid

Il-qalba tat-trab tal-ħadid hija magħmula minn partiċelli ta 'trab tal-ħadid ta' purità għolja b'partiċelli żgħar ħafna li huma iżolati minn xulxin. Il-proċess tal-manifattura jagħmilha vojt ta 'l-arja distribwit. Minbarra l-forma taċ-ċirku, il-forom komuni tal-qalba tat-trab tal-ħadid għandhom ukoll tipi ta 'E-type u ittimbrar. Il-permeabilità manjetika relattiva tal-qalba tat-trab tal-ħadid hija ta 'madwar 10 sa 75, u d-densità ta' fluss manjetiku ta 'saturazzjoni għolja hija ta' madwar 15000 Gauss. Fost il-qlub tat-trab tal-ħadid, il-qalba tat-trab tal-ħadid għandha l-ogħla telf ta 'ħadid iżda l-inqas spiża.

Il-Figura 3 turi l-kurvi BH tal-ferrite tal-manganiż-żingu PC47 manifatturati minn TDK u qlub tal-ħadid trab -52 u -2 manifatturati minn MICROMETALS; il-permeabilità manjetika relattiva tal-ferrite tal-manganiż-żingu hija ħafna ogħla minn dik tal-qlub tal-ħadid trab u hija saturata Id-densità tal-fluss manjetiku hija wkoll differenti ħafna, il-ferrite hija madwar 5000 Gauss u l-qalba tat-trab tal-ħadid hija aktar minn 10000 Gauss.

3

Figura 3. Kurva BH tal-manganiż-żingu ferrite u qlub ta 'trab tal-ħadid ta' materjali differenti

Fil-qosor, il-karatteristiċi ta 'saturazzjoni tal-qalba tal-ħadid huma differenti; ladarba jinqabeż il-kurrent ta 'saturazzjoni, il-permeabilità manjetika tal-qalba tal-ferrite tinżel f'daqqa, filwaqt li l-qalba tat-trab tal-ħadid tista' tonqos bil-mod. Il-Figura 4 turi l-karatteristiċi tal-waqgħa tal-permeabilità manjetika ta 'qalba tal-ħadid tat-trab bl-istess permeabilità manjetika u ferrite b'vojt ta' l-arja taħt qawwiet differenti tal-kamp manjetiku. Dan jispjega wkoll l-inductance tal-qalba tal-ferrite, minħabba li l-permeabilità tinżel f'daqqa meta l-qalba tkun saturata, kif jidher mill-ekwazzjoni (1), tikkawża wkoll li l-inductance tinżel f'daqqa; filwaqt li l-qalba tat-trab b'vojt ta 'arja mqassam, il-permeabilità manjetika Ir-rata tonqos bil-mod meta l-qalba tal-ħadid tkun saturata, għalhekk l-inductance tonqos b'mod aktar bil-mod, jiġifieri għandha karatteristiċi ta' preġudizzju DC aħjar. Fl-applikazzjoni tal-konvertituri tal-enerġija, din il-karatteristika hija importanti ħafna; jekk il-karatteristika ta 'saturazzjoni bil-mod ta' l-inductor mhix tajba, il-kurrent ta 'l-induttur jogħla għall-kurrent ta' saturazzjoni, u l-waqgħa f'daqqa fl-inductance tikkawża li l-istress kurrenti tal-kristall tal-iswiċċjar jogħlew f'daqqa, li huwa faċli li tikkawża ħsara.

4

Figura 4. Karatteristiċi ta 'waqgħa tal-permeabilità manjetika tal-qalba tal-ħadid tat-trab u tal-qalba tal-ħadid tal-ferrite b'vojt tal-arja taħt qawwa tal-kamp manjetiku differenti.

Karatteristiċi elettriċi tal-inductor u struttura tal-pakkett

Meta tfassal konvertitur tal-iswiċċjar u tagħżel inductor, il-valur tal-inductance L, impedenza Z, reżistenza AC ACR u valur Q (fattur ta 'kwalità), kurrent nominali IDC u ISAT, u telf tal-qalba (telf tal-qalba) u karatteristiċi elettriċi importanti oħra huma kollha Għandhom jiġu kkunsidrati. Barra minn hekk, l-istruttura tal-ippakkjar tal-inductor se taffettwa l-kobor tat-tnixxija manjetika, li mbagħad taffettwa l-EMI. Dan li ġej se jiddiskuti l-karatteristiċi imsemmija hawn fuq separatament bħala kunsiderazzjonijiet għall-għażla ta 'indutturi.

1. Valur tal-inductance (L)

Il-valur tal-inductance ta 'inductor huwa l-aktar parametru bażiku importanti fid-disinn taċ-ċirkwit, iżda għandu jiġi kkontrollat ​​jekk il-valur tal-inductance huwiex stabbli fil-frekwenza operattiva. Il-valur nominali tal-inductance huwa ġeneralment imkejjel f'100 kHz jew 1 MHz mingħajr bias DC estern. U biex tiġi żgurata l-possibbiltà ta 'produzzjoni awtomatizzata tal-massa, it-tolleranza tal-inductor hija ġeneralment ± 20% (M) u ± 30% (N). Il-Figura 5 hija l-grafika karatteristika tal-inductance-frekwenza tal-inductor Taiyo Yuden NR4018T220M imkejjel bil-meter LCR ta 'Wayne Kerr. Kif muri fil-figura, il-kurva tal-valur tal-inductance hija relattivament ċatta qabel 5 MHz, u l-valur tal-inductance jista 'kważi jitqies bħala kostanti. Fil-medda ta 'frekwenza għolja minħabba r-reżonanza ġġenerata mill-kapaċità parassitika u l-inductance, il-valur tal-inductance se jiżdied. Din il-frekwenza ta 'reżonanza tissejjaħ il-frekwenza awto-reżonanti (SRF), li ġeneralment teħtieġ li tkun ħafna ogħla mill-frekwenza operattiva.

5

Figura 5, Taiyo Yuden NR4018T220M dijagramma tal-kejl tal-karatteristika tal-inductance-frekwenza

2. Impedenza (Z)

Kif muri fil-Figura 6, id-dijagramma tal-impedenza tista 'tidher ukoll mill-prestazzjoni tal-inductance fi frekwenzi differenti. L-impedenza tal-inductor hija bejn wieħed u ieħor proporzjonali għall-frekwenza (Z=2πfL), għalhekk iktar ma tkun għolja l-frekwenza, ir-reattanza tkun ħafna akbar mir-reżistenza AC, għalhekk l-impedenza ġġib ruħha bħal inductance pur (fażi hija 90˚). Fi frekwenzi għoljin, minħabba l-effett tal-kapaċità parassitika, jista 'jidher il-punt tal-frekwenza awto-reżonanti tal-impedenza. Wara dan il-punt, l-impedenza tinżel u ssir abilità, u l-fażi tinbidel gradwalment għal -90 ˚.

6

3. Valur Q u reżistenza AC (ACR)

Il-valur Q fid-definizzjoni tal-inductance huwa l-proporzjon tar-reattanza għar-reżistenza, jiġifieri, il-proporzjon tal-parti immaġinarja mal-parti reali tal-impedenza, bħal fil-formula (2).

(2)

Fejn XL hija r-reattanza tal-inductor, u RL hija r-reżistenza AC tal-inductor.

Fil-medda ta 'frekwenza baxxa, ir-reżistenza AC hija akbar mir-reattanza kkawżata mill-inductance, għalhekk il-valur Q tagħha huwa baxx ħafna; hekk kif tiżdied il-frekwenza, ir-reattanza (madwar 2πfL) issir dejjem akbar, anke jekk ir-reżistenza minħabba l-effett tal-ġilda (effett tal-ġilda) u l-effett ta 'prossimità (prossimità)) L-effett isir dejjem akbar, u l-valur Q xorta jiżdied bi frekwenza ; meta toqrob SRF, ir-reattanza induttiva tiġi kkumpensata gradwalment mir-reattanza kapaċità, u l-valur Q gradwalment isir iżgħar; meta l-SRF isir żero, minħabba li r-reattanza induttiva u r-reattanza kapaċità huma kompletament l-istess Tisparixxi. Il-Figura 7 turi r-relazzjoni bejn il-valur Q u l-frekwenza ta 'NR4018T220M, u r-relazzjoni hija fil-forma ta' qanpiena maqluba.

7

Figura 7. Ir-relazzjoni bejn il-valur Q u l-frekwenza tal-inductor Taiyo Yuden NR4018T220M

Fil-medda ta 'frekwenza ta' applikazzjoni ta 'inductance, iktar ma jkun għoli l-valur Q, aħjar; dan ifisser li r-reattanza tagħha hija ħafna akbar mir-reżistenza AC. B'mod ġenerali, l-aħjar valur Q huwa 'l fuq minn 40, li jfisser li l-kwalità tal-inductor hija tajba. Madankollu, ġeneralment hekk kif il-preġudizzju DC jiżdied, il-valur tal-inductance jonqos u l-valur Q jonqos ukoll. Jekk jintuża wajer enameled ċatt jew wajer enameled b'ħafna linji, l-effett tal-ġilda, jiġifieri r-reżistenza AC, jista 'jitnaqqas, u l-valur Q tal-inductor jista' jiżdied ukoll.

Ir-reżistenza DC DCR hija ġeneralment meqjusa bħala r-reżistenza DC tal-wajer tar-ram, u r-reżistenza tista 'tiġi kkalkulata skont id-dijametru u t-tul tal-wajer. Madankollu, ħafna mill-indutturi SMD ta 'kurrent baxx se jużaw iwweldjar ultrasoniku biex jagħmlu l-folja tar-ram tal-SMD fit-terminal tal-istralċ. Madankollu, minħabba li l-wajer tar-ram mhuwiex twil fit-tul u l-valur tar-reżistenza mhuwiex għoli, ir-reżistenza tal-iwweldjar ħafna drabi tammonta għal proporzjon konsiderevoli tar-reżistenza ġenerali tad-DC. Meta tieħu l-induttur SMD tal-wajer ta 'TDK CLF6045NIT-1R5N bħala eżempju, ir-reżistenza DC mkejla hija 14.6mΩ, u r-reżistenza DC ikkalkulata abbażi tad-dijametru u t-tul tal-wajer hija 12.1mΩ. Ir-riżultati juru li din ir-reżistenza għall-iwweldjar tammonta għal madwar 17% tar-reżistenza ġenerali tad-DC.

Ir-reżistenza AC ACR għandha effett tal-ġilda u effett ta 'prossimità, li tikkawża li ACR tiżdied bi frekwenza; fl-applikazzjoni ta 'inductance ġenerali, minħabba li l-komponent AC huwa ħafna aktar baxx mill-komponent DC, l-influwenza kkawżata minn ACR mhix ovvja; iżda f'tagħbija ħafifa, Minħabba li l-komponent DC jitnaqqas, it-telf ikkawżat minn ACR ma jistax jiġi injorat. L-effett tal-ġilda jfisser li taħt kundizzjonijiet AC, id-distribuzzjoni tal-kurrent ġewwa l-konduttur hija irregolari u kkonċentrata fuq il-wiċċ tal-wajer, li jirriżulta fi tnaqqis fl-erja tas-sezzjoni trasversali tal-wajer ekwivalenti, li mbagħad iżid ir-reżistenza ekwivalenti tal-wajer b' frekwenza. Barra minn hekk, fi tkebbib tal-wajer, wajers li jmissu magħhom se jikkawżaw iż-żieda u t-tnaqqis ta 'kampijiet manjetiċi minħabba l-kurrent, sabiex il-kurrent ikun ikkonċentrat fuq il-wiċċ li jmiss mal-wajer (jew il-wiċċ l-aktar 'il bogħod, skond id-direzzjoni tal-kurrent ), li tikkawża wkoll interċettazzjoni tal-wajer ekwivalenti. Il-fenomenu li ż-żona tonqos u r-reżistenza ekwivalenti tiżdied huwa l-hekk imsejjaħ effett ta 'prossimità; fl-applikazzjoni ta 'inductance ta' stralċ b'ħafna saffi, l-effett ta 'prossimità huwa saħansitra aktar ovvju.

8

Il-Figura 8 turi r-relazzjoni bejn ir-reżistenza AC u l-frekwenza ta 'l-induttur SMD tal-wire-wound NR4018T220M. Fi frekwenza ta '1kHz, ir-reżistenza hija madwar 360mΩ; f'100kHz, ir-reżistenza titla 'għal 775mΩ; f'10MHz, il-valur tar-reżistenza huwa qrib 160Ω. Meta jiġi stmat it-telf tar-ram, il-kalkolu għandu jikkunsidra l-ACR ikkawżat mill-effetti tal-ġilda u tal-prossimità, u jimmodifikah għall-formula (3).

4. Kurrent ta' saturazzjoni (ISAT)

Il-kurrent ta 'saturazzjoni ISAT huwa ġeneralment il-kurrent ta' preġudizzju mmarkat meta l-valur tal-inductance huwa attenwat bħal 10%, 30%, jew 40%. Għall-ferrite ta 'l-arja, minħabba li l-karatteristika tal-kurrent ta' saturazzjoni tagħha hija mgħaġġla ħafna, m'hemmx ħafna differenza bejn 10% u 40%. Irreferi għall-Figura 4. Madankollu, jekk hija qalba ta 'trab tal-ħadid (bħal inductor ittimbrat), il-kurva tas-saturazzjoni hija relattivament ġentili, kif muri fil-Figura 9, il-kurrent bias f'10% jew 40% tal-attenwazzjoni tal-inductance hija ħafna differenti, għalhekk il-valur tal-kurrent ta 'saturazzjoni se jiġi diskuss separatament għaż-żewġ tipi ta' qlub tal-ħadid kif ġej.

Għal ferrite ta 'l-arja, huwa raġonevoli li tuża ISAT bħala l-limitu ta' fuq tal-kurrent massimu ta 'induttur għal applikazzjonijiet ta' ċirkwit. Madankollu, jekk tkun qalba ta 'trab tal-ħadid, minħabba l-karatteristika ta' saturazzjoni bil-mod, ma jkun hemm l-ebda problema anki jekk il-kurrent massimu taċ-ċirkwit tal-applikazzjoni jaqbeż l-ISAT. Għalhekk, din il-karatteristika tal-qalba tal-ħadid hija l-aktar adattata biex taqleb l-applikazzjonijiet tal-konvertitur. Taħt tagħbija tqila, għalkemm il-valur tal-inductance tal-inductor huwa baxx, kif muri fil-Figura 9, il-fattur ta 'ripple kurrenti huwa għoli, iżda t-tolleranza tal-kurrent tal-kapaċitatur kurrenti hija għolja, għalhekk mhux se tkun problema. Taħt tagħbija ħafifa, il-valur tal-inductance tal-inductor huwa akbar, li jgħin biex inaqqas il-kurrent ta 'ripple tal-inductor, u b'hekk inaqqas it-telf tal-ħadid. Il-Figura 9 tqabbel il-kurva tal-kurrent tas-saturazzjoni tal-ferrite tal-ferita ta 'TDK SLF7055T1R5N u l-induttur tal-qalba tat-trab tal-ħadid stampat SPM6530T1R5M taħt l-istess valur nominali ta' inductance.

9

Figura 9. Kurva tal-kurrent tas-saturazzjoni tal-ferrite tal-ferita u l-qalba tat-trab tal-ħadid stampat taħt l-istess valur nominali tal-inductance

5. Kurrent nominali (IDC)

Il-valur IDC huwa l-preġudizzju DC meta t-temperatura ta 'l-inductor titla' għal Tr˚C. L-ispeċifikazzjonijiet jindikaw ukoll il-valur tar-reżistenza DC tiegħu RDC f'20˚C. Skont il-koeffiċjent tat-temperatura tal-wajer tar-ram huwa ta 'madwar 3,930 ppm, meta t-temperatura ta' Tr togħla, il-valur tar-reżistenza tiegħu huwa RDC_Tr = RDC (1+0.00393Tr), u l-konsum tal-enerġija tiegħu huwa PCU = I2DCxRDC. Dan it-telf tar-ram jinxtered fuq il-wiċċ tal-inductor, u r-reżistenza termali ΘTH tal-inductor tista 'tiġi kkalkulata:

(2)

It-Tabella 2 tirreferi għall-folja tad-dejta tas-serje TDK VLS6045EX (6.0×6.0×4.5mm), u tikkalkula r-reżistenza termali f'żieda fit-temperatura ta '40˚C. Ovvjament, għal indutturi tal-istess serje u daqs, ir-reżistenza termali kkalkulata hija kważi l-istess minħabba l-istess żona ta 'dissipazzjoni tas-sħana tal-wiċċ; fi kliem ieħor, jista 'jiġi stmat l-IDC kurrenti nominali ta' indutturi differenti. Serje differenti (pakketti) ta 'indutturi għandhom reżistenzi termali differenti. Tabella 3 tqabbel ir-reżistenza termali ta 'indutturi tas-serje TDK VLS6045EX (semi-protetti) u s-serje SPM6530 (molded). Iktar ma tkun kbira r-reżistenza termali, iktar ikun għoli ż-żieda fit-temperatura ġġenerata meta l-inductance tgħaddi mill-kurrent tat-tagħbija; inkella, l-aktar baxx.

(2)

Tabella 2. Reżistenza termali ta' indutturi tas-serje VLS6045EX f'żieda fit-temperatura ta' 40˚C

Jista 'jidher mit-Tabella 3 li anke jekk id-daqs tal-indutturi huwa simili, ir-reżistenza termali tal-indutturi stampati hija baxxa, jiġifieri, id-dissipazzjoni tas-sħana hija aħjar.

(3)

Tabella 3. Tqabbil tar-reżistenza termali ta 'indutturi ta' pakkett differenti.

6. Telf tal-qalba

Telf tal-qalba, imsejjaħ telf ta 'ħadid, huwa prinċipalment ikkawżat minn telf ta' kurrent eddy u telf ta 'isteresi. Id-daqs tat-telf tal-kurrent eddy jiddependi prinċipalment fuq jekk il-materjal tal-qalba huwiex faċli biex "tmexxi"; jekk il-konduttività hija għolja, jiġifieri, ir-reżistenza hija baxxa, it-telf tal-kurrent eddy huwa għoli, u jekk ir-reżistenza tal-ferrite hija għolja, it-telf tal-kurrent eddy huwa relattivament baxx. It-telf tal-kurrent Eddy huwa wkoll relatat mal-frekwenza. Aktar ma tkun għolja l-frekwenza, iktar ikun kbir it-telf tal-kurrent eddy. Għalhekk, il-materjal tal-qalba se jiddetermina l-frekwenza operattiva xierqa tal-qalba. B'mod ġenerali, il-frekwenza tax-xogħol tal-qalba tat-trab tal-ħadid tista 'tilħaq 1MHz, u l-frekwenza tax-xogħol tal-ferrite tista' tilħaq 10MHz. Jekk il-frekwenza operattiva taqbeż din il-frekwenza, it-telf tal-kurrent eddy se jiżdied malajr u t-temperatura tal-qalba tal-ħadid tiżdied ukoll. Madankollu, bl-iżvilupp mgħaġġel tal-materjali tal-qalba tal-ħadid, il-qlub tal-ħadid bi frekwenzi operattivi ogħla għandhom ikunu l-kantuniera.

Telf ieħor tal-ħadid huwa t-telf tal-isteresi, li huwa proporzjonali għaż-żona magħluqa mill-kurva tal-isteresi, li hija relatata mal-amplitudni tat-tbandil tal-komponent AC tal-kurrent; l-akbar l-swing AC, l-akbar it-telf ta ' l-isteresi.

Fiċ-ċirkwit ekwivalenti ta 'inductor, reżistenza konnessa b'mod parallel mal-inductor ħafna drabi tintuża biex tesprimi t-telf tal-ħadid. Meta l-frekwenza hija ugwali għal SRF, ir-reattanza induttiva u r-reattanza kapaċità tikkanċella, u r-reattanza ekwivalenti hija żero. F'dan iż-żmien, l-impedenza tal-inductor hija ekwivalenti għar-reżistenza għat-telf tal-ħadid f'serje mar-reżistenza tal-istralċ, u r-reżistenza għat-telf tal-ħadid hija ħafna akbar mir-reżistenza tal-istralċ, għalhekk L-impedenza f'SRF hija bejn wieħed u ieħor ugwali għar-reżistenza għat-telf tal-ħadid. Meta tieħu inductor ta 'vultaġġ baxx bħala eżempju, ir-reżistenza għat-telf tal-ħadid tagħha hija ta' madwar 20kΩ. Jekk il-vultaġġ tal-valur effettiv fiż-żewġt itruf tal-inductor huwa stmat li jkun 5V, it-telf tal-ħadid tiegħu huwa ta 'madwar 1.25mW, li juri wkoll li iktar ma tkun kbira r-reżistenza għat-telf tal-ħadid, aħjar.

7. Struttura tal-ilqugħ

L-istruttura ta ' l-ippakkjar ta ' l-indutturi tal-ferrite tinkludi mhux protetti, semi-protetti bil-kolla manjetika, u protetti, u hemm vojt ta ' l-arja konsiderevoli fi kwalunkwe wieħed minnhom. Ovvjament, id-distakk ta 'l-arja se jkollu tnixxija manjetika, u fl-agħar każ, se jinterferixxi maċ-ċirkwiti tas-sinjali żgħar tal-madwar, jew jekk ikun hemm materjal manjetiku fil-qrib, l-inductance tagħha tinbidel ukoll. Struttura oħra tal-ippakkjar hija induttur tat-trab tal-ħadid stampat. Peress li m'hemm l-ebda vojt ġewwa l-inductor u l-istruttura tal-istralċ hija solida, il-problema tad-dissipazzjoni tal-kamp manjetiku hija relattivament żgħira. Il-Figura 10 hija l-użu tal-funzjoni FFT tal-oxxilloskopju RTO 1004 biex tkejjel il-kobor tal-kamp manjetiku tat-tnixxija fi 3mm 'il fuq u fuq in-naħa tal-inductor ittimbrat. Tabella 4 telenka t-tqabbil tal-kamp manjetiku ta 'tnixxija ta' indutturi ta 'struttura ta' pakkett differenti. Wieħed jista 'jara li indutturi mhux protetti għandhom l-aktar tnixxija manjetika serja; indutturi stampati għandhom l-iżgħar tnixxija manjetika, li juru l-aħjar effett ta 'ilqugħ manjetiku. . Id-differenza fil-kobor tal-kamp manjetiku tat-tnixxija tal-indutturi ta 'dawn iż-żewġ strutturi hija ta' madwar 14dB, li hija kważi 5 darbiet.

10

Figura 10. Il-kobor tal-kamp manjetiku tat-tnixxija mkejjel fi 3mm 'il fuq u fuq in-naħa tal-inductor ittimbrat

(4)

Tabella 4. Tqabbil tal-kamp manjetiku ta 'tnixxija ta' indutturi ta 'struttura ta' pakkett differenti

8. igganċjar

F'xi applikazzjonijiet, xi kultant hemm settijiet multipli ta 'konvertituri DC fuq il-PCB, li normalment huma rranġati ħdejn xulxin, u l-indutturi korrispondenti tagħhom huma rranġati wkoll ħdejn xulxin. Jekk tuża tip mhux protett jew semi-protett b'kolla manjetika Indutturi jistgħu jiġu akkoppjati ma 'xulxin biex jiffurmaw interferenza EMI. Għalhekk, meta tpoġġi l-inductor, huwa rrakkomandat li timmarka l-polarità tal-inductor l-ewwel, u qabbad il-punt tal-bidu u tal-istralċ tas-saff ta 'ġewwa tal-inductor mal-vultaġġ tal-iswiċċjar tal-konvertitur, bħall-VSW ta' konvertitur buck, li huwa l-punt li jiċċaqlaq. It-terminal tal-ħruġ huwa konness mal-kapaċitatur tal-ħruġ, li huwa l-punt statiku; l-istralċ tal-wajer tar-ram għalhekk jifforma ċertu grad ta 'lqugħ tal-kamp elettriku. Fl-arranġament tal-wajers tal-multiplexer, l-iffissar tal-polarità tal-inductance jgħin biex jiffissa l-kobor tal-inductance reċiproku u jiġu evitati xi problemi EMI mhux mistennija.

Applikazzjonijiet:

Il-kapitolu preċedenti ddiskuta l-materjal tal-qalba, l-istruttura tal-pakkett, u l-karatteristiċi elettriċi importanti tal-inductor. Dan il-kapitolu se jispjega kif tagħżel il-valur tal-inductance xieraq tal-konvertitur buck u l-kunsiderazzjonijiet għall-għażla ta 'induttur disponibbli kummerċjalment.

Kif muri fl-ekwazzjoni (5), il-valur tal-inductor u l-frekwenza tal-iswiċċjar tal-konvertitur se jaffettwaw il-kurrent ta 'ripple tal-inductor (ΔiL). Il-kurrent ta 'l-immewweġ ta' l-induttur se jgħaddi mill-kapaċitatur tal-ħruġ u jaffettwa l-kurrent ta 'l-immewweġ tal-kapaċitatur tal-ħruġ. Għalhekk, se taffettwa l-għażla tal-kapaċitatur tal-ħruġ u taffettwa aktar id-daqs tat-tmewwiġ tal-vultaġġ tal-ħruġ. Barra minn hekk, il-valur tal-inductance u l-valur tal-kapaċità tal-ħruġ jaffettwaw ukoll id-disinn tal-feedback tas-sistema u r-rispons dinamiku tat-tagħbija. L-għażla ta 'valur ta' inductance akbar għandha inqas stress kurrenti fuq il-kapaċitatur, u hija wkoll ta 'benefiċċju biex tnaqqas ir-ripple tal-vultaġġ tal-ħruġ u tista' taħżen aktar enerġija. Madankollu, valur ta 'inductance akbar jindika volum akbar, jiġifieri, spiża ogħla. Għalhekk, meta tfassal il-konvertitur, id-disinn tal-valur tal-inductance huwa importanti ħafna.

(5)

Jista 'jidher mill-formula (5) li meta d-distakk bejn il-vultaġġ tad-dħul u l-vultaġġ tal-ħruġ ikun akbar, il-kurrent ta' tmewwiġ tal-induttur ikun akbar, li hija l-agħar kundizzjoni tad-disinn tal-inductor. Flimkien ma 'analiżi induttiva oħra, il-punt tad-disinn ta' l-inductance tal-konvertitur step-down normalment għandu jintgħażel taħt il-kondizzjonijiet ta 'vultaġġ massimu ta' input u tagħbija sħiħa.

Meta tfassal il-valur tal-inductance, huwa meħtieġ li jsir kompromess bejn il-kurrent tmewwiġ tal-inductor u d-daqs tal-inductor, u l-fattur tal-kurrent tmewwiġ (fattur tal-kurrent tmewwiġ; γ) huwa definit hawn, bħal fil-formula (6).

(6)

Is-sostituzzjoni tal-formula (6) fil-formula (5), il-valur tal-inductance jista 'jiġi espress bħala formula (7).

(7)

Skont il-formula (7), meta d-differenza bejn il-vultaġġ tad-dħul u tal-ħruġ tkun akbar, il-valur γ jista 'jintgħażel akbar; għall-kuntrarju, jekk il-vultaġġ tad-dħul u tal-ħruġ huma eqreb, id-disinn tal-valur γ għandu jkun iżgħar. Sabiex tagħżel bejn il-kurrent ta 'l-immewweġ ta' l-induttur u d-daqs, skond il-valur ta 'esperjenza tad-disinn tradizzjonali, γ normalment ikun 0.2 sa 0.5. Dan li ġej qed jieħu RT7276 bħala eżempju biex juri l-kalkolu tal-inductance u l-għażla ta 'indutturi disponibbli kummerċjalment.

Eżempju tad-disinn: Iddisinjat b'konvertitur step-down ta 'rettifika sinkroniku RT7276 avvanzat kostanti fil-ħin (Advanced Constant On-Time; ACOTTM), il-frekwenza tal-iswiċċjar tagħha hija 700 kHz, il-vultaġġ tad-dħul huwa 4.5V sa 18V, u l-vultaġġ tal-ħruġ huwa 1.05V . Il-kurrent tat-tagħbija sħiħa huwa 3A. Kif imsemmi hawn fuq, il-valur tal-inductance għandu jkun iddisinjat taħt il-kundizzjonijiet tal-vultaġġ massimu tad-dħul ta '18V u t-tagħbija sħiħa ta' 3A, il-valur ta 'γ jittieħed bħala 0.35, u l-valur ta' hawn fuq jiġi sostitwit fl-ekwazzjoni (7), l-inductance valur huwa

Uża induttur b'valur ta' induttanza nominali konvenzjonali ta' 1.5 µH. Issostitwixxi l-formula (5) biex tikkalkula l-kurrent tat-tmewwiġ tal-inductor kif ġej.

Għalhekk, l-ogħla kurrent tal-inductor huwa

U l-valur effettiv tal-kurrent inductor (IRMS) huwa

Minħabba li l-komponent ta 'l-immewweġ ta' l-inductor huwa żgħir, il-valur effettiv tal-kurrent ta 'l-induttur huwa prinċipalment il-komponent DC tiegħu, u dan il-valur effettiv jintuża bħala l-bażi għall-għażla tal-kurrent nominali ta' l-inductor IDC. B'disinn ta' derating ta' 80%, ir-rekwiżiti tal-inductance huma:

L = 1.5 µH (100 kHz), IDC = 3.77 A, ISAT = 4.34 A

Tabella 5 telenka l-indutturi disponibbli ta 'serje differenti ta' TDK, simili fid-daqs iżda differenti fl-istruttura tal-pakkett. Jista 'jidher mit-tabella li l-kurrent ta' saturazzjoni u l-kurrent nominali tal-inductor ittimbrat (SPM6530T-1R5M) huma kbar, u r-reżistenza termali hija żgħira u d-dissipazzjoni tas-sħana hija tajba. Barra minn hekk, skont id-diskussjoni fil-kapitolu preċedenti, il-materjal tal-qalba tal-inductor ittimbrat huwa qalba tat-trab tal-ħadid, għalhekk hija mqabbla mal-qalba tal-ferrite tal-indutturi semi-protetti (VLS6045EX-1R5N) u protetti (SLF7055T-1R5N). bil-kolla manjetika. , Għandu karatteristiċi ta 'bias DC tajbin. Il-Figura 11 turi t-tqabbil tal-effiċjenza ta 'indutturi differenti applikati għall-konvertitur step-down ta' rettifika sinkroniku fil-ħin kostanti avvanzat RT7276. Ir-riżultati juru li d-differenza fl-effiċjenza bejn it-tlieta mhix sinifikanti. Jekk tqis id-dissipazzjoni tas-sħana, il-karatteristiċi ta 'preġudizzju DC u kwistjonijiet ta' dissipazzjoni tal-kamp manjetiku, huwa rakkomandat li tuża indutturi SPM6530T-1R5M.

(5)

Tabella 5. Tqabbil ta 'inductances ta' serje differenti ta 'TDK

11

Figura 11. Tqabbil tal-effiċjenza tal-konvertitur ma 'indutturi differenti

Jekk tagħżel l-istess struttura ta 'pakkett u valur ta' inductance, iżda indutturi ta 'daqs iżgħar, bħal SPM4015T-1R5M (4.4 × 4.1 × 1.5mm), għalkemm id-daqs tiegħu huwa żgħir, iżda r-reżistenza DC RDC (44.5mΩ) u reżistenza termali ΘTH ( 51˚C) /W) Akbar. Għal konvertituri tal-istess speċifikazzjonijiet, il-valur effettiv tal-kurrent tollerat mill-inductor huwa wkoll l-istess. Ovvjament, ir-reżistenza DC se tnaqqas l-effiċjenza taħt tagħbija tqila. Barra minn hekk, reżistenza termali kbira tfisser dissipazzjoni fqira tas-sħana. Għalhekk, meta tagħżel inductor, mhux biss huwa meħtieġ li jitqiesu l-benefiċċji ta 'daqs imnaqqas, iżda wkoll li jiġu evalwati n-nuqqasijiet li jakkumpanjawha.

Bħala konklużjoni

L-inductance hija waħda mill-komponenti passivi użati b'mod komuni fil-konvertituri tal-enerġija tal-iswiċċjar, li jistgħu jintużaw għall-ħażna u l-iffiltrar tal-enerġija. Madankollu, fid-disinn taċ-ċirkwit, mhuwiex biss il-valur tal-inductance li jeħtieġ li tingħata attenzjoni, iżda parametri oħra inklużi r-reżistenza AC u l-valur Q, it-tolleranza tal-kurrent, is-saturazzjoni tal-qalba tal-ħadid, u l-istruttura tal-pakkett, eċċ., Huma kollha parametri li jridu jiġu kkunsidrati meta tagħżel induttur. . Dawn il-parametri huma ġeneralment relatati mal-materjal tal-qalba, il-proċess tal-manifattura, u d-daqs u l-ispiża. Għalhekk, dan l-artikolu jintroduċi l-karatteristiċi ta 'materjali differenti tal-qalba tal-ħadid u kif tagħżel inductance xierqa bħala referenza għad-disinn tal-provvista tal-enerġija.