вести

Резиме

Индукторите се многу важни компоненти во преклопните конвертори, како што се складирање на енергија и филтри за напојување. Постојат многу видови на индуктори, како на пример за различни примени (од ниска фреквенција до висока фреквенција), или различни основни материјали кои влијаат на карактеристиките на индукторот итн. Индукторите што се користат во преклопните конвертори се високофреквентни магнетни компоненти. Меѓутоа, поради различни фактори како што се материјалите, работните услови (како напонот и струјата) и температурата на околината, презентираните карактеристики и теории се сосема различни. Затоа, во дизајнот на колото, покрај основниот параметар на вредноста на индуктивноста, сè уште мора да се земе во предвид односот помеѓу импедансата на индукторот и отпорноста и фреквенцијата на наизменична струја, загубата на јадрото и карактеристиките на заситената струја итн. Оваа статија ќе претстави неколку важни материјали за јадрото на индукторот и нивните карактеристики, а исто така ќе ги води енергетските инженери да избираат стандардни индуктори кои се достапни на пазарот.

Предговор

Индукторот е електромагнетна индукциона компонента, која се формира со намотување одреден број на намотки (намотка) на бобина или јадро со изолирана жица. Овој калем се нарекува индуктивен калем или Индуктор. Според принципот на електромагнетна индукција, кога серпентина и магнетното поле се движат релативно едни на други, или серпентина генерира наизменично магнетно поле преку наизменична струја, ќе се генерира индуциран напон за да се спротивстави на промената на првобитното магнетно поле. а оваа карактеристика на ограничување на тековната промена се нарекува индуктивност.

Формулата на вредноста на индуктивноста е како формулата (1), која е пропорционална на магнетната пропустливост, квадратот на намотката се врти N и еквивалентната површина на пресекот на магнетното коло Ae, и е обратно пропорционална на еквивалентната должина на магнетното коло le . Постојат многу видови на индуктивност, од кои секоја е погодна за различни апликации; индуктивноста е поврзана со обликот, големината, методот на намотување, бројот на вртења и видот на средно магнетниот материјал.

(1)

Во зависност од обликот на железното јадро, индуктивноста вклучува тороидално, E јадро и барабан; во однос на материјалот на железното јадро, има главно керамичко јадро и два меки магнетни типа. Тие се феритни и метален прав. Во зависност од структурата или методот на пакување, постојат жичани, повеќеслојни и обликувани, а жичаната рана има незаштитена и половина од магнетен лепак Заштитен (полузаштитен) и заштитен (заштитен) итн.

Индукторот делува како краток спој во директна струја и претставува висока импеданса на наизменичната струја. Основните употреби во кола вклучуваат гушење, филтрирање, подесување и складирање енергија. Во примената на преклопниот конвертор, индукторот е најважната компонента за складирање на енергија и формира нископропусен филтер со излезниот кондензатор за да се намали бранувањето на излезниот напон, така што тој исто така игра важна улога во функцијата за филтрирање.

Оваа статија ќе ги претстави различните основни материјали на намотките и нивните карактеристики, како и некои од електричните карактеристики на намотките, како важна референца за евалуација за избор на индуктори при дизајнирање на колото. Во примерот на апликацијата, како да се пресмета вредноста на индуктивноста и како да се избере комерцијално достапен стандарден индуктор ќе биде претставено преку практични примери.

Вид на јадро материјал

Индукторите што се користат во преклопните конвертори се високофреквентни магнетни компоненти. Материјалот на јадрото во центарот најмногу влијае на карактеристиките на индукторот, како што се импедансата и фреквенцијата, вредноста и фреквенцијата на индуктивноста или карактеристиките на заситеноста на јадрото. Следното ќе воведе споредба на неколку вообичаени материјали од железното јадро и нивните карактеристики на заситување како важна референца за избор на индуктори за напојување:

1. Керамичко јадро

Керамичкото јадро е еден од најчестите материјали за индуктивност. Главно се користи за обезбедување на потпорната конструкција што се користи при намотување на серпентина. Се нарекува и „индуктор на воздушното јадро“. Бидејќи железното јадро што се користи е немагнетен материјал со многу низок температурен коефициент, вредноста на индуктивноста е многу стабилна во опсегот на работната температура. Сепак, поради немагнетниот материјал како медиум, индуктивноста е многу мала, што не е многу погодно за примена на конвертори на моќност.

2. Ферит

Јадрото на феритот што се користи во општите индуктори со висока фреквенција е феритно соединение кое содржи цинк од никел (NiZn) или манган цинк (MnZn), кој е мек магнетен феромагнетен материјал со мала принуда. Слика 1 ја прикажува кривата на хистерезис (BH јамка) на општо магнетно јадро. Присилната сила HC на магнетниот материјал се нарекува и принудна сила, што значи дека кога магнетниот материјал е магнетизиран до магнетна сатурација, неговата магнетизација (магнетизација) се намалува на нула Потребната јачина на магнетното поле во тоа време. Помалата принудност значи помал отпор на демагнетизација и исто така значи помала загуба на хистереза.

Феритите од манган-цинк и никел-цинк имаат релативно висока релативна пропустливост (μr), околу 1500-15000 и 100-1000, соодветно. Нивната висока магнетна пропустливост го прави железното јадро повисоко во одреден волумен. Индуктивноста. Сепак, недостаток е тоа што нејзината толерантна струја на заситување е мала, а штом железното јадро е заситено, магнетната пропустливост нагло ќе се намали. Видете на Слика 4 за трендот на намалување на магнетната пропустливост на јадрата на феритот и железото во прав кога железното јадро е заситено. Споредба. Кога се користи во индуктори за напојување, ќе се остави воздушен јаз во главното магнетно коло, што може да ја намали пропустливоста, да избегне заситеност и да складира повеќе енергија; кога е вклучен воздушниот јаз, еквивалентната релативна пропустливост може да биде околу 20 - помеѓу 200. Бидејќи високата отпорност на самиот материјал може да ја намали загубата предизвикана од виртуелната струја, загубата е помала при високи фреквенции и е посоодветна за трансформатори со висока фреквенција, индуктори за филтри EMI и индуктори за складирање на енергија на конвертори на моќност. Во однос на работната фреквенција, феритот никел-цинк е погоден за употреба (>1 MHz), додека феритот манган-цинк е погоден за пониски фреквенциски опсези (<2 MHz).

1

Слика 1. Кривата на хистерезис на магнетното јадро (BR: реманенција; BSAT: густина на магнетниот тек на заситеност)

3. Јадро од железо во прав

Јадрата од железо во прав се исто така меки магнетни феромагнетни материјали. Тие се направени од легури од железен прав од различни материјали или само од железен прав. Формулата содржи немагнетни материјали со различни големини на честички, така што кривата на заситеност е релативно нежна. Јадрото на железото во прав е претежно тороидално. Слика 2 го прикажува јадрото на железо во прав и неговиот пресек.

Вообичаените железни јадра во прав вклучуваат легура на железо-никел-молибден (MPP), прашок (Sendust), легура на железо-никел (висок флукс) и јадро од железо во прав (железен прав). Поради различните компоненти, неговите карактеристики и цени се исто така различни, што влијае на изборот на индуктори. Следното ќе ги претстави гореспоменатите типови на јадра и ќе ги спореди нивните карактеристики:

А. Легура на железо-никел-молибден (MPP)

Легурата Fe-Ni-Mo е скратено како MPP, што е кратенка од молипермалеј во прав. Релативната пропустливост е околу 14-500, а густината на магнетниот тек на заситеноста е околу 7500 Гаус (Гаус), што е повисока од густината на магнетниот тек на заситеноста на феритот (околу 4000-5000 Гаус). Многумина надвор. MPP има најмала загуба на железо и има најдобра температурна стабилност меѓу јадрата од железо во прав. Кога надворешната еднонасочна струја ќе ја достигне струјата на заситување ISAT, вредноста на индуктивноста се намалува бавно без нагло слабеење. MPP има подобри перформанси, но повисока цена и обично се користи како индуктор за напојување и EMI филтрирање за конвертори на енергија.

B. Sendust

Железото јадро од железо-силициум-легура на алуминиум е јадро од легура на железо составено од железо, силициум и алуминиум, со релативна магнетна пропустливост од околу 26 до 125. Загубата на железото е помеѓу јадрото на железо во прав и MPP и легура на железо-никел . Густината на магнетниот тек на заситеноста е поголема од MPP, околу 10500 Гаус. Температурната стабилност и карактеристиките на струјата на заситеност се малку инфериорни во однос на MPP и легура на железо-никел, но подобри од јадрото на железо во прав и јадрото на феритот, а релативната цена е поевтина од MPP и легура на железо-никел. Најмногу се користи во кола за филтрирање EMI, кола за корекција на факторот на моќност (PFC) и индуктори за напојување на преклопни конвертори на моќност.

В. Легура на железо-никел (висок флукс)

Јадрото од легура на железо-никел е направено од железо и никел. Релативната магнетна пропустливост е околу 14-200. Губењето на железото и температурната стабилност се помеѓу MPP и легура на железо-силициум-алуминиум. Јадрото од легура на железо-никел има најголема густина на магнетниот тек на заситеност, околу 15.000 Гаус, и може да издржи повисоки струи на пристрасност на еднонасочна струја, а неговите карактеристики на пристрасност на еднонасочна струја се исто така подобри. Опсег на примена: Корекција на факторот на активна моќност, индуктивност за складирање на енергија, индуктивност на филтерот, трансформатор со висока фреквенција на конверторот за превртување, итн.

D. Железен прав

Јадрото во прав од железо е направено од честички од железен прав со висока чистота со многу мали честички кои се изолирани една од друга. Процесот на производство го прави да има дистрибуиран воздушен јаз. Покрај обликот на прстенот, обичните форми на јадрото од железен прав исто така имаат типови Е-тип и типови на печат. Релативната магнетна пропустливост на јадрото на железниот прав е околу 10 до 75, а високата заситена густина на магнетниот флукс е околу 15000 Гаус. Помеѓу јадрата од железо во прав, јадрото во прав има најголема загуба на железо, но најниска цена.

Слика 3 ги прикажува кривите BH на PC47 манган-цинк феритот произведен од TDK и јадрата од железо во прав -52 и -2 произведени од MICROMETALS; релативната магнетна пропустливост на феритот од манган-цинк е многу повисока од онаа на железните јадра во прав и е заситен.

3

Слика 3. BH крива на јадра од манган-цинк ферити и железо во прав од различни материјали

Накратко, карактеристиките на сатурација на железното јадро се различни; штом ќе се надмине струјата на заситување, магнетната пропустливост на јадрото на феритот нагло ќе се намали, додека јадрото во прав од железо полека може да се намалува. Слика 4 ги прикажува карактеристиките на падот на магнетната пропустливост на јадрото од железо во прав со иста магнетна пропустливост и феритот со воздушен јаз под различни јачини на магнетно поле. Ова ја објаснува и индуктивноста на јадрото на феритот, бидејќи пропустливоста нагло опаѓа кога јадрото е заситено, како што може да се види од равенката (1), исто така предизвикува нагло опаѓање на индуктивноста; додека јадрото во прав со дистрибуиран воздушен јаз, магнетна пропустливост Брзината се намалува бавно кога железното јадро е заситено, така што индуктивноста се намалува понежно, односно има подобри карактеристики на пристрасност на еднонасочна струја. Во примената на конверторите на моќност, оваа карактеристика е многу важна; ако карактеристиката на бавната заситеност на индукторот не е добра, струјата на индукторот се зголемува до струјата на заситување, а наглиот пад на индуктивноста ќе предизвика тековниот стрес на прекинувачкиот кристал нагло да се зголеми, што лесно може да предизвика оштетување.

4

Слика 4. Карактеристики на пад на магнетна пропустливост на јадрото од железо во прав и јадрото од феритно железо со воздушен јаз под различна јачина на магнетно поле.

Електрични карактеристики на индуктор и структура на пакетот

При дизајнирање на прекинувачки конвертор и избирање на индуктор, вредноста на индуктивноста L, импедансата Z, вредноста на отпорноста на наизменична струја ACR и Q (фактор за квалитет), номиналната струја IDC и ISAT и загубата на јадрото (загуба на јадрото) и други важни електрични карактеристики се сите мора се разгледуваат. Покрај тоа, структурата на пакувањето на индукторот ќе влијае на големината на магнетното истекување, што пак влијае на EMI. Следното ќе ги разгледа горенаведените карактеристики посебно како размислувања за избор на индуктори.

1. Вредност на индуктивност (L)

Вредноста на индуктивноста на индукторот е најважниот основен параметар во дизајнот на колото, но мора да се провери дали вредноста на индуктивноста е стабилна на работната фреквенција. Номиналната вредност на индуктивноста обично се мери на 100 kHz или 1 MHz без надворешна пристрасност на DC. И за да се обезбеди можност за масовно автоматизирано производство, толеранцијата на индукторот е обично ±20% (M) и ±30% (N). Слика 5 е графикот на карактеристична индуктивност-фреквенција на Таијо Јуден индуктор NR4018T220M измерен со Вејн Керовиот LCR метар. Како што е прикажано на сликата, кривата на вредноста на индуктивноста е релативно рамна пред 5 MHz, а вредноста на индуктивноста речиси може да се смета како константа. Во опсегот на висока фреквенција поради резонанца генерирана од паразитската капацитивност и индуктивност, вредноста на индуктивноста ќе се зголеми. Оваа резонантна фреквенција се нарекува саморезонантна фреквенција (SRF), која обично треба да биде многу повисока од работната фреквенција.

5

Слика 5, Таијо Јуден NR4018T220M дијаграм за мерење на карактеристика на индуктивност-фреквенција

2. Импеданса (Z)

Како што е прикажано на слика 6, дијаграмот на импеданса може да се види и од перформансите на индуктивноста на различни фреквенции. Импедансата на индукторот е приближно пропорционална со фреквенцијата (Z=2πfL), така што колку е поголема фреквенцијата, реактансата ќе биде многу поголема од отпорот на наизменична струја, така што импедансата се однесува како чиста индуктивност (фазата е 90˚). На високи фреквенции, поради паразитскиот ефект на капацитивност, може да се види саморезонантната фреквентна точка на импедансата. По оваа точка, импедансата паѓа и станува капацитивна, а фазата постепено се менува на -90 ˚.

6

3. Q вредност и отпорност на наизменична струја (ACR)

Вредноста Q во дефиницијата на индуктивноста е односот на реактансата спрема отпорот, односно односот на имагинарниот дел со реалниот дел од импедансата, како во формулата (2).

(2)

Каде што XL е реактансата на индукторот, а RL е отпорноста на наизменична струја на индукторот.

Во опсегот на ниска фреквенција, отпорот на наизменична струја е поголем од реактансата предизвикана од индуктивноста, така што неговата Q вредност е многу мала; како што се зголемува фреквенцијата, реактансата (околу 2πfL) станува се поголема и поголема, дури и ако отпорот поради ефектот на кожата (ефект на кожата) и ефектот на близина (блискост)) Ефектот станува се поголем и поголем, а вредноста Q сè уште се зголемува со фреквенцијата ; кога се приближува до SRF, индуктивната реактанса постепено се компензира со капацитивната реактанса, а вредноста Q постепено станува помала; кога SRF станува нула, бидејќи индуктивната реактанса и капацитивната реактанса се целосно исти Исчезнуваат. Слика 7 ја прикажува врската помеѓу Q вредноста и фреквенцијата на NR4018T220M, а врската е во форма на превртено ѕвоно.

7

Слика 7. Односот помеѓу вредноста Q и фреквенцијата на индукторот Taiyo Yuden NR4018T220M

Во фреквентниот опсег на примена на индуктивност, колку е поголема вредноста Q, толку подобро; тоа значи дека неговата реактанса е многу поголема од отпорот на наизменична струја. Општо земено, најдобрата вредност на Q е над 40, што значи дека квалитетот на индукторот е добар. Меѓутоа, генерално како што се зголемува пристрасноста на DC, вредноста на индуктивноста ќе се намали, а вредноста Q исто така ќе се намали. Ако се користи рамна емајлирана жица или емајлирана жица со повеќе жици, ефектот на кожата, односно отпорноста на наизменична струја, може да се намали, а Q вредноста на индукторот исто така може да се зголеми.

DC отпор DCR генерално се смета како DC отпор на бакарната жица, а отпорот може да се пресмета според дијаметарот и должината на жицата. Сепак, повеќето од SMD индуктори со мала струја ќе користат ултразвучно заварување за да го направат бакарниот лист на SMD на терминалот за намотување. Меѓутоа, бидејќи бакарната жица не е долга и вредноста на отпорот не е висока, отпорноста на заварување често претставува значителен дел од целокупниот отпор на еднонасочна струја. Земајќи го на пример SMD индукторот CLF6045NIT-1R5N навиен со жица на TDK, измерениот DC отпор е 14,6mΩ, а DC отпорот пресметан врз основа на дијаметарот и должината на жицата е 12,1mΩ. Резултатите покажуваат дека оваа отпорност на заварување сочинува околу 17% од вкупниот DC отпор.

Отпорност на наизменична струја ACR има ефект на кожата и ефект на близина, што ќе предизвика ACR да се зголемува со фреквенција; при примената на општа индуктивност, бидејќи компонентата наизменична струја е многу пониска од компонентата DC, влијанието предизвикано од ACR не е очигледно; но при мало оптоварување, бидејќи DC компонентата е намалена, загубата предизвикана од ACR не може да се игнорира. Ефектот на кожата значи дека во услови на наизменична струја, распределбата на струјата во проводникот е нерамна и концентрирана на површината на жицата, што резултира со намалување на еквивалентната површина на пресекот на жицата, што пак го зголемува еквивалентниот отпор на жицата со фреквенција. Покрај тоа, во намотување на жица, соседните жици ќе предизвикаат собирање и одземање на магнетни полиња поради струјата, така што струјата е концентрирана на површината во непосредна близина на жицата (или на најоддалечената површина, во зависност од насоката на струјата ), што исто така предизвикува еквивалентно пресретнување на жица. Феноменот дека површината се намалува и еквивалентниот отпор се зголемува е таканаречениот ефект на близина; при примена на индуктивност на повеќеслојна намотка, ефектот на близина е уште поочигледен.

8

Слика 8 ја прикажува врската помеѓу отпорот на наизменична струја и фреквенцијата на SMD индуктор NR4018T220M намотан со жица. На фреквенција од 1 kHz, отпорот е околу 360 mΩ; на 100 kHz, отпорот се зголемува до 775 mΩ; на 10MHz, вредноста на отпорот е блиску до 160Ω. Кога се проценува загубата на бакар, пресметката мора да ја земе предвид ACR предизвикана од ефектите на кожата и близината и да ја измени во формулата (3).

4. Струја на заситеност (ISAT)

Струја на заситеност ISAT генерално е струјата на пристрасност означена кога вредноста на индуктивноста е атенуирана како 10%, 30% или 40%. За феритот со воздушен јаз, бидејќи неговата карактеристика на струјата на заситување е многу брза, нема голема разлика помеѓу 10% и 40%. Видете на слика 4. Меѓутоа, ако се работи за јадро од железен прав (како што е втиснат индуктор), кривата на заситеност е релативно нежна, како што е прикажано на слика 9, струјата на пристрасност на 10% или 40% од слабеењето на индуктивноста е многу различни, така што вредноста на струјата на заситеноста ќе се дискутира посебно за двата типа на железни јадра како што следува.

За феритот со воздушен јаз, разумно е да се користи ISAT како горна граница на максималната струја на индукторот за апликации во кола. Меѓутоа, ако се работи за јадро од железен прав, поради бавната карактеристика на заситување, нема да има проблем дури и ако максималната струја на колото за апликација го надминува ISAT. Затоа, оваа карактеристика на железното јадро е најсоодветна за апликации со префрлување конвертори. При големо оптоварување, иако вредноста на индуктивноста на индукторот е ниска, како што е прикажано на слика 9, факторот на бранување на струјата е висок, но тековната толеранција на струјата на кондензаторот е висока, така што нема да биде проблем. При мало оптоварување, вредноста на индуктивноста на индукторот е поголема, што помага да се намали брановата струја на индукторот, а со тоа да се намали загубата на железо. Слика 9 ја споредува кривата на струјата на заситеност на TDK's ранениот ферит SLF7055T1R5N и индукторот на јадрото на јадрото со жигосаниот прав SPM6530T1R5M под истата номинална вредност на индуктивноста.

9

Слика 9. Крива на струјата на заситеност на раниот ферит и јадрото од жигосано железо во прав под иста номинална вредност на индуктивност

5. Номинална струја (IDC)

Вредноста IDC е DC пристрасност кога температурата на индукторот се зголемува до Tr˚C. Спецификациите, исто така, укажуваат на неговата вредност на отпорот DC RDC на 20˚C. Според температурниот коефициент на бакарната жица е околу 3.930 ppm, кога температурата на Tr се зголемува, неговата отпорна вредност е RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), а нејзината потрошувачка на енергија е PCU = I2DCxRDC. Оваа загуба на бакар се расфрла на површината на индукторот, а термичкиот отпор ΘTH на индукторот може да се пресмета:

(2)

Табела 2 се однесува на листот со податоци од серијата TDK VLS6045EX (6,0×6,0×4,5mm) и го пресметува термичкиот отпор при пораст на температурата од 40˚C. Очигледно, за индуктори со иста серија и големина, пресметаниот термички отпор е речиси ист поради истата површина на дисипација на топлина на површината; со други зборови, може да се процени номиналната струја IDC на различни индуктори. Различни серии (пакети) на индуктори имаат различни топлински отпори. Табелата 3 го споредува топлинскиот отпор на индукторите од серијата TDK VLS6045EX (полузаштитен) и серијата SPM6530 (лиен). Колку е поголем термичкиот отпор, толку е поголем порастот на температурата што се создава кога индуктивноста тече низ струјата на оптоварување; во спротивно, долниот.

(2)

Табела 2. Термичка отпорност на индукторите од серијата VLS6045EX при пораст на температурата од 40˚C

Од Табела 3 може да се види дека дури и ако големината на индукторите е слична, термичката отпорност на жигосаните индуктори е мала, односно дисипацијата на топлината е подобра.

(3)

Табела 3. Споредба на термичка отпорност на различни индуктори на пакувања.

6. Загуба на јадрото

Губењето на јадрото, познато како загуба на железо, главно е предизвикано од губење на вртложни струи и губење на хистерезис. Големината на загубата на виртуелната струја главно зависи од тоа дали материјалот на јадрото е лесен за „спроведување“; ако спроводливоста е висока, односно отпорноста е мала, загубата на виртуелната струја е висока, а ако отпорноста на феритот е висока, загубата на виртуелната струја е релативно мала. Губењето на вртложните струи е исто така поврзано со фреквенцијата. Колку е поголема фреквенцијата, толку е поголема загубата на виртуелната струја. Затоа, материјалот на јадрото ќе ја одреди правилната фреквенција на работа на јадрото. Општо земено, работната фреквенција на јадрото на железо во прав може да достигне 1MHz, а работната фреквенција на феритот може да достигне 10MHz. Ако работната фреквенција ја надмине оваа фреквенција, загубата на виртуелната струја брзо ќе се зголеми, а температурата на јадрото на железото исто така ќе се зголеми. Меѓутоа, со брзиот развој на материјалите со железни јадра, железните јадра со повисоки работни фреквенции треба да бидат веднаш зад аголот.

Друга загуба на железо е загубата на хистерезис, која е пропорционална на областа опфатена со кривата на хистерезис, која е поврзана со амплитудата на замавнување на AC компонентата на струјата; колку е поголем AC замав, толку е поголема загубата на хистереза.

Во еквивалентно коло на индуктор, отпорник поврзан паралелно со индуктор често се користи за да се изрази загубата на железо. Кога фреквенцијата е еднаква на SRF, индуктивната реактанса и капацитивната реактанса се откажуваат, а еквивалентната реактанса е нула. Во тоа време, импедансата на индукторот е еквивалентна на отпорот на загуба на железо во серија со отпорот на намотување, а отпорот на загуба на железо е многу поголем од отпорот на намотување, така што импедансата кај SRF е приближно еднаква на отпорноста на загубата на железо. Земајќи го на пример нисконапонскиот индуктор, неговата отпорност на загуба на железо е околу 20 kΩ. Ако ефективната вредност на напонот на двата краја на индукторот се процени на 5V, неговата загуба на железо е околу 1,25 mW, што исто така покажува дека колку е поголема отпорноста на загубата на железо, толку подобро.

7. Структура на штитот

Структурата на пакувањето на феритни индуктори вклучува незаштитени, полузаштитени со магнетно лепило и заштитени, а има значителен воздушен јаз во било кој од нив. Очигледно, воздушниот јаз ќе има магнетно истекување, а во најлош случај ќе пречи на околните мали сигнални кола или ако има магнетен материјал во близина, ќе се промени и неговата индуктивност. Друга структура на пакување е индуктор со прашок од железо со печат. Бидејќи нема празнина внатре во индукторот и структурата на намотување е цврста, проблемот со дисипација на магнетното поле е релативно мал. Слика 10 е употребата на функцијата FFT на осцилоскопот RTO 1004 за мерење на големината на магнетното поле на истекување на 3 mm над и од страната на печатниот индуктор. Во Табела 4 е наведена споредбата на магнетното поле на истекување на различни индуктори на структурата на пакетот. Може да се види дека незаштитените индуктори имаат најсериозно магнетно истекување; индукторите со печат имаат најмало магнетно истекување, што го покажува најдобриот ефект на магнетна заштита. . Разликата во големината на магнетното поле на истекување на индукторите на овие две структури е околу 14dB, што е скоро 5 пати.

10

Слика 10. Големината на магнетното поле на истекување измерено на 3 mm над и од страната на печатниот индуктор

(4)

Табела 4. Споредба на магнетното поле на истекување на различни индуктори на структурата на пакетот

8. спојување

Во некои апликации, понекогаш има повеќе групи на DC конвертори на ПХБ, кои обично се наредени еден до друг, а нивните соодветни индуктори исто така се наредени еден до друг. Ако користите незаштитен или полузаштитен тип со магнетно лепило, индукторите може да се спојат еден со друг за да формираат пречки на EMI. Затоа, при поставување на индукторот, се препорачува прво да се означи поларитетот на индукторот и да се поврзе почетната и точката на намотување на највнатрешниот слој на индукторот со напонот на префрлување на конверторот, како што е VSW на бак-конвертор, која е подвижна точка. Излезниот терминал е поврзан со излезниот кондензатор, што е статична точка; намотката на бакарната жица затоа формира одреден степен на заштита на електричното поле. Во распоредот на жици на мултиплексерот, фиксирањето на поларитетот на индуктивноста помага да се поправи големината на меѓусебната индуктивност и да се избегнат некои неочекувани проблеми со EMI.

Апликации:

Во претходното поглавје се дискутираше за материјалот на јадрото, структурата на пакетот и важните електрични карактеристики на индукторот. Ова поглавје ќе објасни како да се избере соодветната вредност на индуктивноста на конверторот на бак и размислувањата за избор на комерцијално достапен индуктор.

Како што е прикажано во равенката (5), вредноста на индукторот и фреквенцијата на префрлување на конверторот ќе влијаат на струјата на бранување на индукторот (ΔiL). Струјата на бранување на индукторот ќе тече низ излезниот кондензатор и ќе влијае на брановата струја на излезниот кондензатор. Затоа, тоа ќе влијае на изборот на излезниот кондензатор и дополнително ќе влијае на големината на брановидноста на излезниот напон. Понатаму, вредноста на индуктивноста и вредноста на излезната капацитивност исто така ќе влијаат на дизајнот на повратните информации на системот и динамичкиот одговор на оптоварувањето. Изборот на поголема вредност на индуктивноста има помал тековен стрес на кондензаторот, а исто така е корисен за намалување на бранувањето на излезниот напон и може да складира повеќе енергија. Сепак, поголема вредност на индуктивноста укажува на поголем волумен, односно повисока цена. Затоа, при дизајнирање на конверторот, дизајнот на вредноста на индуктивноста е многу важен.

(5)

Од формулата (5) може да се види дека кога јазот помеѓу влезниот напон и излезниот напон е поголем, струјата на бранување на индукторот ќе биде поголема, што е најлошата состојба на дизајнот на индукторот. Заедно со друга индуктивна анализа, дизајнерската точка на индуктивноста на конверторот на чекор надолу обично треба да се избере во услови на максимален влезен напон и целосно оптоварување.

При дизајнирање на вредноста на индуктивноста, неопходно е да се направи компромис помеѓу струјата на брановидноста на индукторот и големината на индукторот, а факторот на струја на бранување (фактор на струја на бранување; γ) е дефиниран овде, како во формулата (6).

(6)

Заменувајќи ја формулата (6) во формулата (5), вредноста на индуктивноста може да се изрази како формула (7).

(7)

Според формулата (7), кога разликата помеѓу влезниот и излезниот напон е поголема, вредноста γ може да се избере поголема; напротив, ако влезниот и излезниот напон се поблиску, дизајнот на вредноста γ мора да биде помал. Со цел да се избере помеѓу струјата на бранување на индукторот и големината, според традиционалната вредност на дизајнерското искуство, γ е обично 0,2 до 0,5. Следното го зема RT7276 како пример за да се илустрира пресметката на индуктивноста и изборот на комерцијално достапни индуктори.

Пример за дизајн: Дизајниран со RT7276 напреден константно вклучено време (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) синхронизиран конвертор за надолу за исправување, неговата фреквенција на префрлување е 700 kHz, влезниот напон е 4,5V до 18V, а излезниот напон е 1,05V . Струјата на целосно оптоварување е 3А. Како што споменавме погоре, вредноста на индуктивноста мора да биде дизајнирана под услови на максимален влезен напон од 18V и целосно оптоварување од 3А, вредноста на γ се зема како 0,35, а горната вредност се заменува со равенката (7), индуктивноста вредноста е

Користете индуктор со конвенционална номинална вредност на индуктивност од 1,5 µH. Заменете ја формулата (5) за да ја пресметате струјата на бранување на индукторот на следниов начин.

Затоа, врвната струја на индукторот е

И ефективната вредност на струјата на индукторот (IRMS) е

Бидејќи компонентата за бранување на индукторот е мала, ефективната вредност на струјата на индукторот е главно нејзината DC компонента, и оваа ефективна вредност се користи како основа за избор на номиналната струја на индукторот IDC. Со 80% понизок дизајн, барањата за индуктивност се:

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

Табелата 5 ги наведува достапните индуктори од различни серии на TDK, слични по големина, но различни во структурата на пакувањето. Од табелата може да се види дека струјата на заситување и номиналната струја на жигосаниот индуктор (SPM6530T-1R5M) се големи, а термичкиот отпор е мал и дисипацијата на топлина е добра. Дополнително, според дискусијата во претходното поглавје, материјалот на јадрото на жигосаниот индуктор е јадро од железен прав, така што се споредува со феритното јадро на полузаштитените (VLS6045EX-1R5N) и оклопните (SLF7055T-1R5N) индуктори. со магнетен лепак. , Има добри карактеристики на DC пристрасност. Слика 11 ја прикажува споредбата на ефикасноста на различните индуктори кои се применуваат на напредниот конвертор за надополнување на синхрони синхрони исправување константна навремена константна RT7276. Резултатите покажуваат дека разликата во ефикасноста помеѓу трите не е значајна. Ако ги земете предвид дисипацијата на топлина, карактеристиките на пристрасноста на DC и проблемите со дисипација на магнетното поле, се препорачува да користите индуктори SPM6530T-1R5M.

(5)

Табела 5. Споредба на индуктивности од различни серии на TDK

11

Слика 11. Споредба на ефикасноста на конверторот со различни индуктори

Ако ја изберете истата структура на пакетот и вредноста на индуктивноста, но индуктори со помала големина, како што е SPM4015T-1R5M (4,4×4,1×1,5mm), иако неговата големина е мала, но DC отпорот RDC (44,5mΩ) и термичкиот отпор ΘTH ( 51˚C) /W) Поголеми. За конвертори со исти спецификации, ефективната вредност на струјата што ја толерира индукторот е исто така иста. Очигледно, DC отпорот ќе ја намали ефикасноста при големо оптоварување. Покрај тоа, голем термички отпор значи слаба дисипација на топлина. Затоа, при изборот на индуктор, не е потребно само да се земат предвид придобивките од намалената големина, туку и да се проценат неговите придружни недостатоци.

Како заклучок

Индуктивноста е една од најчесто користените пасивни компоненти во преклопните конвертори на моќност, која може да се користи за складирање на енергија и филтрирање. Меѓутоа, во дизајнот на колото, не треба да се обрне внимание само на вредноста на индуктивноста, туку и други параметри, вклучувајќи отпорност на наизменична струја и Q вредност, толеранција на струја, заситеност на јадрото на железото и структура на пакетот итн., се сите параметри што мора да се земе предвид при изборот на индуктор. . Овие параметри обично се поврзани со основниот материјал, процесот на производство и големината и цената. Затоа, овој напис ги воведува карактеристиките на различни материјали од железното јадро и како да се избере соодветна индуктивност како референца за дизајнирање на напојување.