124

jaunumi

Kopsavilkums

Induktori ir ļoti svarīgi pārveidotāju pārslēgšanas komponenti, piemēram, enerģijas uzkrāšana un jaudas filtri. Ir daudz induktoru veidu, piemēram, dažādiem lietojumiem (no zemas frekvences līdz augstai frekvencei) vai dažādiem pamatmateriāliem, kas ietekmē induktora īpašības utt. Induktori, ko izmanto komutācijas pārveidotājos, ir augstas frekvences magnētiskie komponenti. Tomēr dažādu faktoru dēļ, piemēram, materiālu, darbības apstākļu (piemēram, sprieguma un strāvas) un apkārtējās vides temperatūras dēļ, uzrādītās īpašības un teorijas ir diezgan atšķirīgas. Tāpēc ķēdes projektēšanā papildus induktivitātes vērtības pamatparametram joprojām jāņem vērā attiecība starp induktora pretestību un maiņstrāvas pretestību un frekvenci, kodola zudumu un piesātinājuma strāvas raksturlielumiem utt. Šis raksts iepazīstinās ar vairākiem svarīgiem induktora pamatmateriāliem un to īpašībām, kā arī palīdzēs enerģētiķiem izvēlēties komerciāli pieejamus standarta induktorus.

Priekšvārds

Induktors ir elektromagnētiskā indukcijas sastāvdaļa, kas veidojas, uz spoles vai serdes ar izolētu vadu tinot noteiktu skaitu spoles (spoles). Šo spoli sauc par induktivitātes spoli vai induktoru. Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas principu, kad spole un magnētiskais lauks pārvietojas viens pret otru vai spole ģenerē mainīgu magnētisko lauku caur maiņstrāvu, tiks radīts inducēts spriegums, lai pretotos sākotnējā magnētiskā lauka izmaiņām, un šo pašreizējo izmaiņu ierobežošanas pazīmi sauc par induktivitāti.

Induktivitātes vērtības formula ir kā formula (1), kas ir proporcionāla magnētiskajai caurlaidībai, tinumu pagriezienu kvadrātam N un ekvivalentam magnētiskās ķēdes šķērsgriezuma laukumam Ae, un ir apgriezti proporcionāla ekvivalentajam magnētiskās ķēdes garumam le . Ir daudz induktivitātes veidu, katrs piemērots dažādiem pielietojumiem; induktivitāte ir saistīta ar formu, izmēru, tinuma metodi, pagriezienu skaitu un starpposma magnētiskā materiāla veidu.

图片1

(1)

Atkarībā no dzelzs serdes formas induktivitāte ietver toroidālo, E serdi un cilindru; attiecībā uz dzelzs serdeņa materiālu galvenokārt ir keramikas serde un divi mīksti magnētiskie veidi. Tie ir ferīts un metāla pulveris. Atkarībā no struktūras vai iepakošanas metodes ir stiepļu tinumi, daudzslāņu un veidņi, un stieples tinumam ir neaizsargāts un puse no magnētiskās līmes Aizsargāta (daļēji pasargāta) un pasargāta (pasargāta) utt.

Induktors darbojas kā īssavienojums līdzstrāvā un rada lielu pretestību maiņstrāvai. Galvenās ķēžu izmantošanas iespējas ir aizrīšanās, filtrēšana, regulēšana un enerģijas uzkrāšana. Komutācijas pārveidotāja pielietojumā induktors ir vissvarīgākā enerģijas uzkrāšanas sastāvdaļa un ar izejas kondensatoru veido zemfrekvences filtru, lai samazinātu izejas sprieguma viļņošanos, tāpēc tam ir arī svarīga loma filtrēšanas funkcijā.

Šis raksts iepazīstinās ar dažādiem induktoru pamatmateriāliem un to īpašībām, kā arī dažām induktoru elektriskajām īpašībām kā svarīgu novērtēšanas atsauci induktoru izvēlei ķēdes projektēšanas laikā. Lietojumprogrammas piemērā ar praktiskiem piemēriem tiks iepazīstināts ar to, kā aprēķināt induktivitātes vērtību un kā izvēlēties komerciāli pieejamu standarta induktoru.

Galvenā materiāla tips

Induktori, ko izmanto komutācijas pārveidotājos, ir augstas frekvences magnētiskie komponenti. Centrālais materiāls centrā visvairāk ietekmē induktora īpašības, piemēram, pretestību un frekvenci, induktivitātes vērtību un frekvenci vai serdes piesātinājuma īpašības. Turpmāk sniegts vairāku parasto dzelzs serdes materiālu un to piesātinājuma īpašību salīdzinājums kā svarīga atsauce, izvēloties jaudas induktorus:

1. Keramikas serde

Keramikas serde ir viens no parastajiem induktivitātes materiāliem. To galvenokārt izmanto, lai nodrošinātu atbalsta konstrukciju, ko izmanto, tinot spoli. To sauc arī par "gaisa kodola induktoru". Tā kā izmantotais dzelzs kodols ir nemagnētisks materiāls ar ļoti zemu temperatūras koeficientu, induktivitātes vērtība ir ļoti stabila darba temperatūras diapazonā. Tomēr, ņemot vērā nemagnētisko materiālu kā barotni, induktivitāte ir ļoti zema, kas nav ļoti piemērota strāvas pārveidotāju pielietošanai.

2. Ferrīts

Ferīta serde, ko parasti izmanto augstfrekvences induktoros, ir ferīta savienojums, kas satur niķeļa cinku (NiZn) vai mangāna cinku (MnZn), kas ir mīksts magnētisks feromagnētisks materiāls ar zemu koercivitāti. 1. attēlā parādīta vispārējā magnētiskā kodola histerēzes līkne (BH cilpa). Magnētiskā materiāla piespiedu spēku HC sauc arī par piespiedu spēku, kas nozīmē, ka tad, kad magnētiskais materiāls ir magnetizēts līdz magnētiskam piesātinājumam, tā magnetizācija (magnetizācija) tiek samazināta līdz nullei Nepieciešamā magnētiskā lauka intensitāte tajā laikā. Zemāka koercivitāte nozīmē mazāku pretestību demagnetizācijai un arī zemāku histerēzes zudumu.

Mangāna-cinka un niķeļa-cinka ferītiem ir relatīvi augsta relatīvā caurlaidība (μr), attiecīgi apmēram 1500-15000 un 100-1000. Viņu augstā magnētiskā caurlaidība padara dzelzs serdi augstāku noteiktā tilpumā. Induktivitāte. Tomēr trūkums ir tāds, ka tā pieļaujamā piesātinājuma strāva ir zema, un, kad dzelzs serde ir piesātināta, magnētiskā caurlaidība strauji samazināsies. Ferīta un pulverveida dzelzs serdeņu magnētiskās caurlaidības samazināšanās tendenci skatiet 4. attēlā, kad dzelzs serde ir piesātināta. Salīdzinājums. Lietojot strāvas induktoros, galvenajā magnētiskajā ķēdē paliks gaisa sprauga, kas var samazināt caurlaidību, izvairīties no piesātinājuma un uzkrāt vairāk enerģijas; iekļaujot gaisa spraugu, ekvivalentā relatīvā caurlaidība var būt aptuveni 20- starp 200. Tā kā paša materiāla lielā pretestība var samazināt virpuļstrāvas radītos zaudējumus, augstās frekvencēs zaudējumi ir mazāki, un tas ir vairāk piemērots augstas frekvences transformatori, EMI filtru induktori un enerģijas pārveidotāju enerģijas uzkrāšanas induktori. Attiecībā uz darbības frekvenci niķeļa-cinka ferīts ir piemērots lietošanai (> 1 MHz), savukārt mangāna-cinka ferīts ir piemērots zemākas frekvences joslām (<2 MHz).

图片2         1

1. attēls. Magnētiskā kodola histerēzes līkne (BR: remanence; BSAT: piesātinājuma magnētiskās plūsmas blīvums)

3. Dzelzs pulvera kodols

Dzelzs pulvera serdeņi ir arī maigi magnētiski feromagnētiski materiāli. Tie ir izgatavoti no dažādu materiālu dzelzs pulvera sakausējumiem vai tikai no dzelzs pulvera. Formula satur nemagnētiskus materiālus ar dažādu daļiņu izmēru, tāpēc piesātinājuma līkne ir samērā maiga. Dzelzs pulvera serde galvenokārt ir toroidāla. 2. attēlā parādīts dzelzs pulvera kodols un tā šķērsgriezuma skats.

Parastie pulverveida dzelzs serdeņi ir dzelzs-niķeļa-molibdēna sakausējums (MPP), siets (Sendust), dzelzs-niķeļa sakausējums (augsta plūsma) un dzelzs pulvera kodols (dzelzs pulveris). Dažādu komponentu dēļ arī tā īpašības un cenas ir atšķirīgas, kas ietekmē induktoru izvēli. Tālāk tiks iepazīstināti ar iepriekšminētajiem pamatveidiem un salīdzināti to raksturlielumi:

A. Dzelzs-niķeļa-molibdēna sakausējums (MPP)

Fe-Ni-Mo sakausējums ir saīsināts kā MPP, kas ir molpermalloy pulvera saīsinājums. Relatīvā caurlaidība ir aptuveni 14–500, un piesātinājuma magnētiskās plūsmas blīvums ir aptuveni 7500 Gauss (Gauss), kas ir augstāks par ferīta piesātinājuma magnētiskās plūsmas blīvumu (apmēram 4000–5000 Gauss). Daudzi ārā. MPP ir vismazākais dzelzs zudums, un tam ir vislabākā temperatūras stabilitāte starp pulverveida dzelzs serdeņiem. Kad ārējā līdzstrāvas strāva sasniedz piesātinājuma strāvu ISAT, induktivitātes vērtība lēnām samazinās bez pēkšņas vājināšanās. MPP ir labāka veiktspēja, bet augstākas izmaksas, un to parasti izmanto kā jaudas induktoru un EMI filtru strāvas pārveidotājiem.

 

B. Sendusts

Dzelzs-silīcija un alumīnija sakausējuma dzelzs serde ir sakausēta dzelzs serde, kas sastāv no dzelzs, silīcija un alumīnija un kuras relatīvā magnētiskā caurlaidība ir aptuveni 26 līdz 125. Dzelzs zudums ir starp dzelzs pulvera serdi un MPP un dzelzs-niķeļa sakausējumu. . Piesātinājuma magnētiskās plūsmas blīvums ir lielāks nekā MPP, apmēram 10500 Gauss. Temperatūras stabilitāte un piesātinājuma strāvas raksturlielumi ir nedaudz zemāki par MPP un dzelzs-niķeļa sakausējumu, bet labāk nekā dzelzs pulvera serde un ferīta serde, un relatīvās izmaksas ir lētākas nekā MPP un dzelzs-niķeļa sakausējums. To galvenokārt izmanto EMI filtrēšanā, jaudas koeficienta korekcijas (PFC) ķēdēs un komutācijas jaudas pārveidotāju strāvas induktoros.

 

C. Dzelzs-niķeļa sakausējums (augsta plūsma)

Dzelzs-niķeļa sakausējuma serde ir izgatavota no dzelzs un niķeļa. Relatīvā magnētiskā caurlaidība ir aptuveni 14-200. Dzelzs zudumi un temperatūras stabilitāte ir starp MPP un dzelzs-silīcija-alumīnija sakausējumu. Dzelzs-niķeļa sakausējuma kodolam ir vislielākais piesātinājuma magnētiskās plūsmas blīvums, apmēram 15 000 Gauss, un tas var izturēt lielākas līdzstrāvas novirzes strāvas, un arī tā līdzstrāvas novirzes īpašības ir labākas. Pielietojuma joma: Aktīvās jaudas koeficienta korekcija, enerģijas uzkrāšanas induktivitāte, filtra induktivitāte, flyback pārveidotāja augstfrekvences transformators utt.

 

D. Dzelzs pulveris

Dzelzs pulvera kodols ir izgatavots no augstas tīrības pakāpes dzelzs pulvera daļiņām ar ļoti mazām daļiņām, kas ir izolētas viena no otras. Ražošanas process padara to par sadalītu gaisa spraugu. Papildus gredzena formai parastajām dzelzs pulvera serdes formām ir arī E un štancēšanas veidi. Dzelzs pulvera kodola relatīvā magnētiskā caurlaidība ir aptuveni 10 līdz 75, un augsta piesātinājuma magnētiskās plūsmas blīvums ir aptuveni 15000 Gauss. Starp dzelzs pulvera serdēm dzelzs pulvera serdenim ir vislielākie dzelzs zudumi, bet viszemākās izmaksas.

3. attēlā parādīti TDK ražotā mangāna-cinka ferīta PC47 un MICROMETALS ražoto pulverveida dzelzs serdeņu -52 un -2 BH līknes; mangāna-cinka ferīta relatīvā magnētiskā caurlaidība ir daudz augstāka nekā pulverveida dzelzs serdeņiem un ir piesātināta. Arī magnētiskās plūsmas blīvums ir ļoti atšķirīgs, ferīts ir aptuveni 5000 Gauss un dzelzs pulvera kodols ir vairāk nekā 10000 Gauss.

图片3   3

3. attēls. Dažādu materiālu mangāna-cinka ferīta un dzelzs pulvera serdeņu BH līkne

 

Kopumā dzelzs kodola piesātinājuma īpašības ir atšķirīgas; pēc piesātinājuma strāvas pārsniegšanas ferīta serdes magnētiskā caurlaidība strauji samazināsies, savukārt dzelzs pulvera serde var lēnām samazināties. 4. attēlā parādīti dzelzs pulvera kodola magnētiskās caurlaidības krituma raksturlielumi ar tādu pašu magnētisko caurlaidību un ferītu ar gaisa spraugu pie dažādiem magnētiskā lauka stiprumiem. Tas izskaidro arī ferīta serdes induktivitāti, jo caurlaidība strauji samazinās, kad serde ir piesātināta, kā redzams no (1) vienādojuma, tas arī izraisa strauju induktivitātes kritumu; kamēr pulvera kodols ar sadalītu gaisa spraugu, magnētiskā caurlaidība Ātrums samazinās, kad dzelzs serde ir piesātināta, tāpēc induktivitāte samazinās maigāk, tas ir, tai ir labākas līdzsvara slīpuma īpašības. Strāvas pārveidotāju piemērošanā šī īpašība ir ļoti svarīga; ja induktora lēnā piesātinājuma raksturojums nav labs, induktora strāva palielinās līdz piesātinājuma strāvai, un pēkšņs induktivitātes kritums izraisīs komutācijas kristāla strāvas strauju pieaugumu, kas ir viegli nodarāms kaitējums.

图片3    4

4. attēls. Pulverveida dzelzs un ferīta dzelzs serdes ar gaisa spraugu magnētiskās caurlaidības krituma raksturlielumi ar dažādu magnētiskā lauka intensitāti.

 

Induktora elektriskās īpašības un iepakojuma struktūra

Projektējot komutācijas pārveidotāju un izvēloties induktoru, induktivitātes vērtībai L, pretestībai Z, maiņstrāvas pretestības ACR un Q vērtībai (kvalitātes koeficientam), nominālās strāvas IDC un ISAT un serdes zudumam (serdes zudumam) un citām svarīgām elektriskām īpašībām ir jābūt jāņem vērā. Turklāt induktora iepakojuma struktūra ietekmēs magnētiskās noplūdes lielumu, kas savukārt ietekmē EMI. Turpmāk atsevišķi aplūkosim iepriekš minētās īpašības kā apsvērumus induktoru izvēlei.

1. Induktivitātes vērtība (L)

Induktivitātes induktivitātes vērtība ir vissvarīgākais ķēdes projektēšanas pamatparametrs, taču jāpārbauda, ​​vai induktivitātes vērtība ir stabila darba frekvencē. Induktivitātes nominālvērtību parasti mēra pie 100 kHz vai 1 MHz bez ārējas līdzstrāvas novirzes. Un, lai nodrošinātu masveida automatizētas ražošanas iespēju, induktora pielaide parasti ir ± 20% (M) un ± 30% (N). 5. attēls ir Taiyo Yuden induktora NR4018T220M induktivitātes frekvences raksturojošais grafiks, kas mērīts ar Veina Kerra LCR mērītāju. Kā parādīts attēlā, induktivitātes vērtības līkne ir salīdzinoši plakana pirms 5 MHz, un induktivitātes vērtību gandrīz var uzskatīt par konstanti. Augstas frekvences joslā parazitārās kapacitātes un induktivitātes radītās rezonanses dēļ induktivitātes vērtība palielināsies. Šo rezonanses frekvenci sauc par pašrezonanses frekvenci (SRF), kurai parasti jābūt daudz augstākai par darbības frekvenci.

图片5  5

5. attēls, Taiyo Yuden NR4018T220M induktivitātes-frekvences raksturlīknes mērījumu diagramma

 

2. pretestība (Z)

Kā parādīts 6. attēlā, pretestības diagrammu var redzēt arī no induktivitātes veiktspējas dažādās frekvencēs. Induktora pretestība ir aptuveni proporcionāla frekvencei (Z = 2πfL), tāpēc, jo augstāka frekvence, reaktivitāte būs daudz lielāka par maiņstrāvas pretestību, tāpēc pretestība izturas kā tīra induktivitāte (fāze ir 90˚). Augstās frekvencēs parazitārās kapacitātes efekta dēļ var redzēt pretestības pašrezonanses frekvences punktu. Pēc šī punkta pretestība samazinās un kļūst kapacitatīva, un fāze pakāpeniski mainās līdz -90 ˚.

图片6  6

3. Q vērtība un maiņstrāvas pretestība (ACR)

Q vērtība induktivitātes definīcijā ir reaktivitātes un pretestības attiecība, tas ir, iedomātās daļas un pretestības reālās daļas attiecība, kā formulā (2).

图片7

(2)

Kur XL ir induktora reaktivitāte un RL ir induktora maiņstrāvas pretestība.

Zemas frekvences diapazonā maiņstrāvas pretestība ir lielāka par reaktivitāti, ko izraisa induktivitāte, tāpēc tā Q vērtība ir ļoti zema; palielinoties frekvencei, reaktivitāte (aptuveni 2πfL) kļūst arvien lielāka, pat ja pretestība ādas efekta (ādas efekta) un tuvuma (tuvuma) efekta dēļ). Efekts kļūst arvien lielāks, un Q vērtība joprojām palielinās līdz ar frekvenci ; tuvojoties SRF, induktīvo reaktanci pakāpeniski kompensē kapacitatīvā reaktivitāte, un Q vērtība pakāpeniski kļūst mazāka; kad SRF kļūst nulle, jo induktīvā reaktivitāte un kapacitatīvā reaktivitāte pilnīgi pazūd. 7. attēlā parādīta saikne starp Q vērtību un NR4018T220M frekvenci, un attiecība ir apgriezta zvana forma.

图片8  7

7. attēls. Taiyo Yuden induktora NR4018T220M Q vērtības un frekvences attiecība

Induktivitātes lietošanas frekvenču joslā, jo augstāka Q vērtība, jo labāk; tas nozīmē, ka tā reaktivitāte ir daudz lielāka nekā maiņstrāvas pretestība. Vispārīgi runājot, labākā Q vērtība ir virs 40, kas nozīmē, ka induktora kvalitāte ir laba. Tomēr, palielinoties līdzstrāvas novirzei, induktivitātes vērtība samazināsies un Q vērtība arī samazināsies. Ja tiek izmantota plakana emaljēta stieple vai daudzšķiedru emaljēta stieple, var samazināt ādas efektu, tas ir, maiņstrāvas pretestību, kā arī palielināt induktora Q vērtību.

DC pretestība DCR parasti tiek uzskatīta par vara stieples līdzstrāvas pretestību, un pretestību var aprēķināt pēc stieples diametra un garuma. Tomēr lielākā daļa zema strāvas SMD induktoru izmantos ultraskaņas metināšanu, lai tinuma terminālā izveidotu SMD vara loksni. Tomēr, tā kā vara stieple nav gara un pretestības vērtība nav liela, metināšanas pretestība bieži veido ievērojamu daļu no kopējās līdzstrāvas pretestības. Kā piemēru ņemot TDK stieples uztīto SMD induktoru CLF6045NIT-1R5N, izmērītā līdzstrāvas pretestība ir 14,6 mΩ, un līdzstrāvas pretestība, kas aprēķināta, pamatojoties uz stieples diametru un garumu, ir 12,1 mΩ. Rezultāti rāda, ka šī metināšanas pretestība veido apmēram 17% no kopējās līdzstrāvas pretestības.

AC pretestība ACR ir ādas un tuvuma efekts, kas izraisīs ACR palielināšanos ar biežumu; piemērojot vispārējo induktivitāti, tā kā maiņstrāvas komponents ir daudz zemāks par līdzstrāvas komponentu, ACR izraisītā ietekme nav acīmredzama; bet pie nelielas slodzes, Tā kā līdzstrāvas komponents ir samazināts, nevar ignorēt ACR radītos zaudējumus. Ādas efekts nozīmē, ka maiņstrāvas apstākļos strāvas sadalījums vadītāja iekšienē ir nevienmērīgs un koncentrēts uz stieples virsmas, kā rezultātā samazinās stieples ekvivalentais šķērsgriezuma laukums, kas savukārt palielina stieples ekvivalento pretestību ar biežums. Turklāt stieples tinumā blakus esošie vadi izraisīs magnētisko lauku saskaitīšanu un atņemšanu strāvas dēļ tā, ka strāva tiek koncentrēta uz vadam blakus esošo virsmu (vai vistālāko virsmu, atkarībā no strāvas virziena). ), kas arī izraisa līdzvērtīgu vadu pārtveršanu. Fenomens, ka platība samazinās un ekvivalentā pretestība palielinās, ir tā saucamais tuvuma efekts; daudzslāņu tinuma induktivitātes pielietojumā tuvuma efekts ir vēl acīmredzamāks.

图片9  8

8. attēlā parādīta sakarība starp maiņstrāvas pretestību un vadu uztītā SMD induktora NR4018T220M frekvenci. 1kHz frekvencē pretestība ir aptuveni 360mΩ; pie 100kHz pretestība palielinās līdz 775mΩ; pie 10MHz pretestības vērtība ir tuvu 160Ω. Novērtējot vara zudumus, aprēķinos jāņem vērā ādas un tuvuma ietekmes izraisītais AKR un tas jāpārveido ar formulu (3).

4. Piesātinājuma strāva (ISAT)

Piesātinājuma strāva ISAT parasti ir novirzes strāva, kas atzīmēta, kad induktivitātes vērtība ir vājināta, piemēram, 10%, 30% vai 40%. Gaisa spraugas ferītam, tā kā tā piesātinājuma strāvas raksturojums ir ļoti ātrs, starp 10% un 40% nav lielas atšķirības. Skatīt 4. attēlu. Tomēr, ja tas ir dzelzs pulvera kodols (piemēram, apzīmogots induktors), piesātinājuma līkne ir samērā maiga, kā parādīts 9. attēlā, novirzes strāva pie 10% vai 40% no induktivitātes vājināšanās ir daudz atšķirīgs, tāpēc piesātinājuma strāvas vērtība tiks apspriesta atsevišķi abiem dzelzs serdeņu veidiem šādi.

Attiecībā uz gaisa spraugas ferītu ir lietderīgi izmantot ISAT kā maksimālās induktora strāvas augšējo robežu ķēdes lietojumiem. Tomēr, ja tas ir dzelzs pulvera kodols, lēnā piesātinājuma raksturlieluma dēļ problēmu nebūs, pat ja lietojumprogrammas ķēdes maksimālā strāva pārsniedz ISAT. Tāpēc šī dzelzs kodola īpašība ir vispiemērotākā pārveidotāju lietojumprogrammu pārslēgšanai. Pie lielas slodzes, lai arī induktora induktivitātes vērtība ir zema, kā parādīts 9. attēlā, pašreizējais pulsācijas koeficients ir augsts, bet strāvas kondensatora strāvas pielaide ir augsta, tāpēc tā nebūs problēma. Pie zemas slodzes induktora induktivitātes vērtība ir lielāka, kas palīdz samazināt induktora pulsācijas strāvu, tādējādi samazinot dzelzs zudumus. 9. attēlā salīdzināta TDK brūces ferīta SLF7055T1R5N un apzīmogotā dzelzs pulvera serdes induktora SPM6530T1R5M piesātinājuma strāvas līkne ar tādu pašu induktivitātes nominālvērtību.

图片9   9

9. attēls. Brūces ferīta un apzīmogotā dzelzs pulvera serdes piesātinājuma strāvas līkne ar tādu pašu induktivitātes nominālo vērtību

5. Nominālā strāva (IDC)

IDC vērtība ir līdzstrāvas novirze, kad induktora temperatūra paaugstinās līdz Tr˚C. Specifikācijas norāda arī tā līdzstrāvas pretestības vērtību RDC pie 20˚C. Saskaņā ar vara stieples temperatūras koeficientu ir aptuveni 3930 ppm, kad Tr temperatūra paaugstinās, tā pretestības vērtība ir RDC_Tr = RDC (1 + 0,00393Tr), un tās enerģijas patēriņš ir PCU = I2DCxRDC. Šis vara zudums tiek izkliedēts uz induktora virsmas, un var aprēķināt induktora siltuma pretestību ΘTH:

图片13(2)

2. tabula attiecas uz TDK VLS6045EX sērijas (6,0 × 6,0 × 4,5 mm) datu lapu un aprēķina siltuma pretestību temperatūras paaugstināšanās laikā 40˚C. Acīmredzot vienas sērijas un lieluma induktoriem aprēķinātā siltuma pretestība ir gandrīz vienāda, pateicoties vienādai virsmas siltuma izkliedes platībai; citiem vārdiem sakot, var novērtēt dažādu induktoru nominālo strāvas IDC. Dažādām induktoru sērijām (paketēm) ir atšķirīga siltuma pretestība. 3. tabulā salīdzināta TDK VLS6045EX sērijas (daļēji pasargāta) un SPM6530 sērijas (veidota) induktoru siltumizturība. Jo lielāka ir siltuma pretestība, jo augstāka temperatūras paaugstināšanās rodas, kad induktivitāte plūst caur slodzes strāvu; pretējā gadījumā zemāks.

图片14  (2)

2. tabula. VLS6045EX sērijas induktoru termiskā pretestība pie temperatūras paaugstināšanās par 40˚C

No 3. tabulas var redzēt, ka pat tad, ja induktoru izmērs ir līdzīgs, apzīmogoto induktoru siltuma pretestība ir zema, tas ir, siltuma izkliede ir labāka.

图片15  (3)

3. tabula. Dažādu paketes induktoru termiskās pretestības salīdzinājums.

 

6. Galvenais zaudējums

Galvenos zaudējumus, kas dēvēti par dzelzs zudumiem, galvenokārt izraisa virpuļstrāvas un histerēzes zudumi. Virpuļstrāvas zuduma lielums galvenokārt ir atkarīgs no tā, vai pamatmateriālu ir viegli “vadīt”; ja vadītspēja ir augsta, tas ir, pretestība ir zema, virpuļstrāvas zudums ir liels, un, ja ferīta pretestība ir liela, virpuļstrāvas zudums ir relatīvi mazs. Virpuļstrāvas zudums ir saistīts arī ar frekvenci. Jo augstāka frekvence, jo lielāks ir virpuļstrāvas zudums. Tāpēc serdes materiāls noteiks pareizu kodola darbības biežumu. Parasti dzelzs pulvera kodola darba frekvence var sasniegt 1MHz, un ferīta darba frekvence var sasniegt 10MHz. Ja darba frekvence pārsniedz šo frekvenci, strauji palielināsies virpuļstrāvas zudumi un palielināsies arī dzelzs serdes temperatūra. Tomēr, strauji attīstoties dzelzs serdes materiāliem, dzelzs serdeņiem ar augstāku darbības frekvenci vajadzētu būt tepat aiz stūra.

Vēl viens dzelzs zudums ir histerēzes zudums, kas ir proporcionāls histerēzes līknes norobežotajam laukumam, kas saistīts ar strāvas maiņstrāvas komponenta svārstību amplitūdu; jo lielāks ir maiņstrāvas svārstības, jo lielāks ir histerēzes zudums.

Induktora ekvivalentajā ķēdē dzelzs zuduma izteikšanai bieži izmanto rezistoru, kas savienots paralēli induktoram. Kad frekvence ir vienāda ar SRF, induktīvā reaktivitāte un kapacitatīvā reaktivitāte izdziest, un ekvivalentā reaktivitāte ir nulle. Šajā laikā induktora pretestība ir ekvivalenta dzelzs zuduma pretestībai virknē ar tinuma pretestību, un dzelzs zuduma pretestība ir daudz lielāka nekā tinuma pretestība, tāpēc impedance pie SRF ir aptuveni vienāda ar dzelzs zuduma pretestību. Ņemot par piemēru zemsprieguma induktoru, tā dzelzs zuduma pretestība ir aptuveni 20kΩ. Ja tiek lēsts, ka faktiskais spriegums induktora abos galos ir 5 V, tā dzelzs zudumi ir aptuveni 1,25 mW, kas arī parāda, ka jo lielāka ir dzelzs zudumu pretestība, jo labāk.

7. Vairoga struktūra

Ferīta induktoru iepakojuma struktūra ietver neaizsargātus, daļēji aizsargātus ar magnētisko līmi un pasargātus, un abos no tiem ir ievērojama gaisa sprauga. Acīmredzot gaisa spraugai būs magnētiskā noplūde, un sliktākajā gadījumā tā traucēs apkārtējās mazās signāla ķēdes, vai, ja tuvumā atrodas magnētiskais materiāls, tiks mainīta arī tā induktivitāte. Vēl viena iepakojuma struktūra ir apzīmogots dzelzs pulvera induktors. Tā kā induktora iekšpusē nav atstarpes un tinumu struktūra ir cieta, magnētiskā lauka izkliedes problēma ir salīdzinoši neliela. 10. attēls ir osciloskopa RTO 1004 FFT funkcijas izmantošana, lai izmērītu noplūdes magnētiskā lauka lielumu 3 mm virs apzīmogotā induktora un tā pusē. 4. tabulā ir norādīts dažādu iepakojuma struktūras induktoru noplūdes magnētiskā lauka salīdzinājums. Var redzēt, ka neaizsargātiem induktoriem ir visnopietnākā magnētiskā noplūde; apzīmogotiem induktoriem ir vismazākā magnētiskā noplūde, kas parāda vislabāko magnētiskā aizsarga efektu. . Šo divu struktūru induktoru noplūdes magnētiskā lauka lieluma atšķirība ir aptuveni 14dB, kas ir gandrīz 5 reizes.

10图片16

10. attēls. Noplūdes magnētiskā lauka lielums, mērot 3 mm virs zīmoga induktora un tā pusē

图片17 (4)

4. tabula. Dažādu iepakojuma struktūras induktoru noplūdes magnētiskā lauka salīdzinājums

8. sakabe

Dažās lietojumprogrammās dažreiz PCB ir vairāki līdzstrāvas pārveidotāju komplekti, kas parasti ir izvietoti viens otram blakus, un tiem atbilstošie induktori ir izvietoti arī blakus. Ja izmantojat neaizsargātu vai daļēji pasargātu veidu ar magnētisko līmi, induktori var būt savienoti viens ar otru, veidojot EMI traucējumus. Tāpēc, ievietojot induktoru, ieteicams vispirms atzīmēt induktivitātes polaritāti un induktora iekšējā slāņa sākuma un tinuma punktu savienot ar pārveidotāja pārslēgšanas spriegumu, piemēram, ar buck pārveidotāja VSW, kas ir kustīgais punkts. Izejas spaile ir savienota ar izejas kondensatoru, kas ir statiskais punkts; tāpēc vara stieples tinums veido noteiktu elektriskā lauka aizsarga pakāpi. Multipleksora vadu izvietojumā induktivitātes polaritātes fiksēšana palīdz noteikt savstarpējās induktivitātes lielumu un izvairīties no dažām negaidītām EMI problēmām.

Pielietojums:

Iepriekšējā nodaļā tika apspriests induktora pamatmateriāls, iepakojuma struktūra un svarīgās elektriskās īpašības. Šajā nodaļā tiks paskaidrots, kā izvēlēties piemērotu sprieguma pārveidotāja induktivitātes vērtību, un apsvērumi par komerciāli pieejama induktora izvēli.

Kā parādīts (5) vienādojumā, induktora vērtība un pārveidotāja pārslēgšanās frekvence ietekmēs induktora pulsācijas strāvu (ΔiL). Induktora pulsācijas strāva plūst caur izejas kondensatoru un ietekmē izejas kondensatora pulsācijas strāvu. Tāpēc tas ietekmēs izejas kondensatora izvēli un vēl vairāk ietekmēs izejas sprieguma pulsācijas lielumu. Turklāt induktivitātes vērtība un izejas kapacitātes vērtība ietekmēs arī sistēmas atgriezeniskās saites dizainu un slodzes dinamisko reakciju. Izvēloties lielāku induktivitātes vērtību, kondensatoram ir mazāks strāvas spriegums, kā arī tas ir izdevīgi, lai samazinātu izejas sprieguma viļņošanos un varētu uzkrāt vairāk enerģijas. Tomēr lielāka induktivitātes vērtība norāda uz lielāku apjomu, tas ir, uz augstākām izmaksām. Tāpēc, projektējot pārveidotāju, induktivitātes vērtības dizains ir ļoti svarīgs.

图片18        (5)

No formulas (5) var redzēt, ka tad, kad starpība starp ieejas spriegumu un izejas spriegumu ir lielāka, induktora pulsācijas strāva būs lielāka, kas ir vissliktākais induktora konstrukcijas nosacījums. Kopā ar citu induktīvo analīzi pakāpeniskā pārveidotāja induktivitātes projektēšanas punkts parasti jāizvēlas maksimālā ieejas sprieguma un pilnas slodzes apstākļos.

Veidojot induktivitātes vērtību, ir nepieciešams veikt kompromisu starp induktora pulsācijas strāvu un induktora izmēru, un pulsācijas strāvas koeficients (pulsācijas strāvas koeficients; γ) ir definēts šeit, tāpat kā formulā (6).

图片19(6)

Formulu (6) aizstājot ar formulu (5), induktivitātes vērtību var izteikt kā formulu (7).

图片20  (7)

Saskaņā ar formulu (7), ja starpība starp ieejas un izejas spriegumu ir lielāka, γ vērtību var izvēlēties lielāku; gluži pretēji, ja ieejas un izejas spriegums ir tuvāk, γ vērtības konstrukcijai jābūt mazākai. Lai izvēlētos starp induktora pulsācijas strāvu un izmēru, saskaņā ar tradicionālo projektēšanas pieredzes vērtību, γ parasti ir no 0,2 līdz 0,5. Turpmāk RT7276 tiek izmantots kā piemērs, lai ilustrētu induktivitātes aprēķināšanu un komerciāli pieejamo induktoru izvēli.

Konstrukcijas piemērs: izstrādāts ar uzlabotu konstantu ieslēgtu laiku (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sinhrono labošanas pārveidotāju, tā pārslēgšanās frekvence ir 700 kHz, ieejas spriegums ir no 4,5 V līdz 18 V un izejas spriegums ir 1,05 V . Pilnas slodzes strāva ir 3A. Kā minēts iepriekš, induktivitātes vērtība jāprojektē saskaņā ar maksimālā ieejas sprieguma 18 V un pilnas 3A slodzes nosacījumiem, γ vērtība tiek uzskatīta par 0,35, un iepriekšminētā vērtība tiek aizstāta ar (7) vienādojumu, induktivitāte vērtība ir

图片21

 

Izmantojiet induktoru ar parasto nominālo induktivitātes vērtību 1,5 µH. Aizstājiet formulu (5), lai aprēķinātu induktora pulsācijas strāvu šādi.

图片22

Tāpēc induktora maksimālā strāva ir

图片23

Induktīvās strāvas (IRMS) faktiskā vērtība ir

图片24

Tā kā induktora pulsācijas komponents ir mazs, induktora strāvas faktiskā vērtība galvenokārt ir tā līdzstrāvas sastāvdaļa, un šo faktisko vērtību izmanto kā pamatu induktora nominālās strāvas IDC izvēlei. Ar 80% samazinošo (samazinošo) konstrukciju induktivitātes prasības ir šādas:

 

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

 

5. tabulā ir uzskaitīti dažādu TDK sēriju pieejamie induktori, kuru izmērs ir līdzīgs, bet iepakojuma struktūra ir atšķirīga. No tabulas var redzēt, ka apzīmogotā induktora piesātinājuma strāva un nominālā strāva (SPM6530T-1R5M) ir lielas, siltuma pretestība ir maza un siltuma izkliede ir laba. Turklāt saskaņā ar iepriekšējās nodaļas diskusiju apzīmogotā induktora pamatmateriāls ir dzelzs pulvera serde, tāpēc to salīdzina ar daļēji pasargātu (VLS6045EX-1R5N) un ekranētu (SLF7055T-1R5N) induktoru ferīta serdi. ar magnētisko līmi. , Ir labas līdzstrāvas novirzes īpašības. 11. attēlā parādīts dažādu induktivitāšu efektivitātes salīdzinājums, kas piemērots progresīvam konstanta savlaicīgas sinhronas rektifikācijas pārveidotājam RT7276. Rezultāti liecina, ka efektivitātes atšķirība starp trim nav būtiska. Ja ņemat vērā siltuma izkliedi, līdzstrāvas novirzes raksturlielumus un magnētiskā lauka izkliedes jautājumus, ieteicams izmantot induktorus SPM6530T-1R5M.

图片25(5)

5. tabula. Dažādu TDK sēriju induktivitātes salīdzinājums

图片26 11

11. attēls. Pārveidotāja efektivitātes salīdzinājums ar dažādiem induktoriem

Ja izvēlaties to pašu iepakojuma struktūru un induktivitātes vērtību, bet mazāka izmēra induktorus, piemēram, SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), lai gan tā izmērs ir mazs, bet līdzstrāvas pretestība RDC (44,5 mΩ) un siltuma pretestība ΘTH ( 51˚C) / W) lielāks. Pārveidotājiem ar vienādām specifikācijām strāvas faktiskā vērtība, ko pieļauj induktors, ir vienāda. Acīmredzot līdzstrāvas pretestība samazinās efektivitāti pie lielas slodzes. Turklāt liela siltuma pretestība nozīmē sliktu siltuma izkliedi. Tāpēc, izvēloties induktoru, ir ne tikai jāņem vērā samazinātā izmēra priekšrocības, bet arī jānovērtē ar to saistītie trūkumi.

 

Noslēgumā

Induktivitāte ir viena no komutācijas jaudas pārveidotāju parasti izmantotajām pasīvajām sastāvdaļām, kuru var izmantot enerģijas uzkrāšanai un filtrēšanai. Tomēr ķēdes projektēšanā jāpievērš uzmanība ne tikai induktivitātes vērtībai, bet arī visiem parametriem, tostarp maiņstrāvas pretestībai un Q vērtībai, strāvas tolerancei, dzelzs serdes piesātinājumam un iepakojuma struktūrai utt. jāņem vērā, izvēloties induktoru. . Šie parametri parasti ir saistīti ar pamatmateriālu, ražošanas procesu, izmēru un izmaksām. Tāpēc šajā rakstā ir aprakstītas dažādu dzelzs serdeņu īpašības un tas, kā izvēlēties piemērotu induktivitāti kā atsauci uz barošanas avota dizainu.

 


Izlikšanas laiks: jūnijs-15-2021