novaĵoj

Resumo

Induktiloj estas gravegaj komponentoj en ŝanĝaj transformiloj, kiel energistokado kaj potencaj filtriloj. Estas multaj specoj de induktoroj, kiel ekzemple por malsamaj aplikoj (de malaltfrekvenco ĝis altfrekvenco), aŭ malsamaj kernaj materialoj kiuj influas la karakterizaĵojn de la induktoro, ktp. Induktiloj uzitaj en ŝanĝaj transformiloj estas altfrekvencaj magnetaj komponentoj. Tamen, pro diversaj faktoroj kiel materialoj, funkciaj kondiĉoj (kiel tensio kaj kurento), kaj ĉirkaŭa temperaturo, la karakterizaĵoj kaj teorioj prezentitaj estas sufiĉe malsamaj. Sekve, en la cirkvito-dezajno, krom la baza parametro de la indukta valoro, la rilato inter la impedanco de la induktoro kaj la AC-rezisto kaj frekvenco, la kernperdo kaj la saturaj aktualaj trajtoj, ktp. Ĉi tiu artikolo enkondukos plurajn gravajn induktorajn kernmaterialojn kaj iliajn karakterizaĵojn, kaj ankaŭ gvidos potencajn inĝenierojn elekti komerce haveblajn normajn induktorojn.

Antaŭparolo

Induktilo estas elektromagneta indukta komponanto, kiu estas formita per bobenado de certa nombro da bobenoj (bobeno) sur bobeno aŭ kerno per izolita drato. Ĉi tiu bobeno estas nomita induktanca bobeno aŭ Induktilo. Laŭ la principo de elektromagneta indukto, kiam la bobeno kaj la magneta kampo moviĝas unu rilate al la alia, aŭ la bobeno generas alternan magnetan kampon per alterna kurento, induktita tensio estos generita por rezisti la ŝanĝon de la origina magneta kampo, kaj ĉi tiu karakterizaĵo por reteni la nunan ŝanĝon nomiĝas induktanco.

La formulo de indukta valoro estas kiel formulo (1), kiu estas proporcia al la magneta permeablo, la kvadrato de la bobenaj turnoj N, kaj la ekvivalenta magneta cirkvito sekca areo Ae, kaj estas inverse proporcia al la ekvivalenta magneta cirkvitolongo le . Estas multaj specoj de indukto, ĉiu taŭga por malsamaj aplikoj; la induktanco rilatas al la formo, grandeco, volvaĵmetodo, nombro da turnoj, kaj la speco de meza magneta materialo.

(1)

Depende de la formo de la ferkerno, la induktanco inkluzivas toroidan, E-kernon kaj tamburon; rilate al ferkerna materialo, estas ĉefe ceramikaj kernoj kaj du molaj magnetaj tipoj. Ili estas ferito kaj metala pulvoro. Depende de la strukturo aŭ paka metodo, estas drato-vundo, plurtavola kaj muldita, kaj la drato-vundo havas ne-ŝirmitan kaj duonon de magneta gluo Ŝirmita (duonŝirmita) kaj ŝirmita (ŝirmita), ktp.

La induktoro funkcias kiel kurta cirkvito en kontinua kurento, kaj prezentas altan impedancon al alterna kurento. La bazaj uzoj en cirkvitoj inkluzivas sufokadon, filtradon, agordon kaj stokadon de energio. En la aplikado de la ŝaltila konvertilo, la induktoro estas la plej grava energi-stokado, kaj formas malalt-pasan filtrilon kun la eliga kondensilo por redukti la eligan tensio-ondeton, do ĝi ankaŭ ludas gravan rolon en la filtra funkcio.

Ĉi tiu artikolo enkondukos la diversajn kernmaterialojn de induktoroj kaj iliajn karakterizaĵojn, same kiel kelkajn el la elektraj karakterizaĵoj de induktoroj, kiel grava taksa referenco por elektado de induktoroj dum cirkvitodezajno. En la aplika ekzemplo, kiel kalkuli la induktan valoron kaj kiel elekti komerce haveblan norman induktoron estos prezentitaj per praktikaj ekzemploj.

Tipo de kerna materialo

Induktiloj uzitaj en ŝanĝaj transformiloj estas altfrekvencaj magnetaj komponentoj. La kernmaterialo en la centro plej influas la karakterizaĵojn de la induktoro, kiel ekzemple impedanco kaj frekvenco, indukta valoro kaj frekvenco, aŭ kernsaturiĝkarakterizaĵoj. La sekvanta prezentos la komparon de pluraj komunaj ferkernmaterialoj kaj iliajn saturiĝajn karakterizaĵojn kiel gravan referencon por elektado de potencaj induktoroj:

1. Ceramika kerno

Ceramika kerno estas unu el la komunaj induktancaj materialoj. Ĝi estas ĉefe uzata por provizi la subtenan strukturon uzatan dum la bobeno. Ĝi ankaŭ estas nomita "aera kerninduktoro". Ĉar la fera kerno uzata estas nemagneta materialo kun tre malalta temperaturkoeficiento, la indukta valoro estas tre stabila en la funkcia temperaturo. Tamen, pro la nemagneta materialo kiel la medio, la induktanco estas tre malalta, kio ne tre taŭgas por la apliko de potencaj konvertiloj.

2. Ferito

La ferritkerno uzita en ĝeneralaj altfrekvencaj induktoroj estas feritkunmetaĵo enhavanta nikelzinkon (NiZn) aŭ manganzinkon (MnZn), kio estas mola magneta feromagneta materialo kun malalta trudo. Figuro 1 montras la histerezkurbon (BH-buklo) de ĝenerala magneta kerno. La trudforto HC de magneta materialo ankaŭ nomiĝas trudforto, kio signifas, ke kiam la magneta materialo estis magnetigita al magneta saturiĝo, ĝia magnetigo (magnetigo) estas reduktita al nulo La bezonata magneta forto tiutempe. Pli malalta devigo signifas pli malaltan reziston al malmagnetizado kaj ankaŭ signifas pli malaltan histerezperdon.

Mangan-zinkaj kaj nikel-zinkaj feritoj havas relative altan relativan permeablon (μr), proksimume 1500-15000 kaj 100-1000, respektive. Ilia alta magneta permeablo igas la ferkernon pli alta en certa volumeno. La indukto. Tamen, la malavantaĝo estas, ke ĝia tolerebla saturiĝa fluo estas malalta, kaj post kiam la ferkerno estas saturita, la magneta permeablo akre falos. Riferu al Figuro 4 por la malkreskanta tendenco de magneta permeablo de feritaj kaj pulvoraj ferkernoj kiam la ferkerno estas saturita. Komparo. Kiam uzata en potencaj induktiloj, aera breĉo restos en la ĉefa magneta cirkvito, kiu povas redukti permeablon, eviti saturiĝon kaj stoki pli da energio; kiam la aerinterspaco estas inkluzivita, la ekvivalenta relativa permeablo povas esti proksimume 20- Inter 200. Ĉar la alta resistiveco de la materialo mem povas redukti la perdon kaŭzitan de kirlofluo, la perdo estas pli malalta ĉe altaj frekvencoj, kaj ĝi estas pli taŭga por altfrekvencaj transformiloj, EMI-filtrilaj induktoroj kaj energistokaj induktoroj de potencaj transformiloj. Laŭ funkcia frekvenco, nikel-zinka ferrito taŭgas por uzo (>1 MHz), dum mangan-zinka ferrito taŭgas por pli malaltaj frekvencbendoj (<2 MHz).

1

Figuro 1. La histerezkurbo de la magneta kerno (BR: remanenco; BSAT: satura magneta fluodenseco)

3. Pulvora fera kerno

Pulvoraj ferkernoj ankaŭ estas mol-magnetaj feromagnetaj materialoj. Ili estas faritaj el feraj pulvoraj alojoj el diversaj materialoj aŭ nur fera pulvoro. La formulo enhavas nemagnetajn materialojn kun malsamaj partiklograndoj, do la saturiĝa kurbo estas relative milda. La pulvora ferkerno estas plejparte toroida. Figuro 2 montras la pulvoran ferkernon kaj ĝian sekcan vidon.

Oftaj pulvoraj ferkernoj inkludas fer-nikel-molibdenan alojon (MPP), sendust (Sendust), fer-nikela alojon (alta fluo) kaj ferpulvorkernon (ferpulvoro). Pro la malsamaj komponantoj, ĝiaj karakterizaĵoj kaj prezoj ankaŭ estas malsamaj, kio influas la elekton de induktoroj. La sekvantaroj enkondukos la menciitajn kerntipojn kaj komparos iliajn karakterizaĵojn:

A. Fero-nikelo-molibdena alojo (MPP)

Fe-Ni-Mo-alojo estas mallongigita kiel MPP, kio estas la mallongigo de molypermalloy-pulvoro. La relativa permeablo estas proksimume 14-500, kaj la saturiĝa magneta fluodenseco estas proksimume 7500 Gauss (Gauss), kiu estas pli alta ol la saturiĝa magneta fluodenseco de ferito (ĉirkaŭ 4000-5000 Gauss). Multaj ekstere. MPP havas la plej malgrandan ferperdon kaj havas la plej bonan temperaturstabilecon inter pulvoraj ferkernoj. Kiam la ekstera DC-fluo atingas la saturigan fluon ISAT, la indukta valoro malpliiĝas malrapide sen subita malfortiĝo. MPP havas pli bonan efikecon sed pli altan koston, kaj estas kutime utiligita kiel potencinduktoro kaj EMI-filtrado por potenctransformiloj.

B. Sendust

La ferkerno de fer-silicio-aluminia alojo estas aloja ferkerno kunmetita el fero, silicio kaj aluminio, kun relativa magneta permeablo de ĉirkaŭ 26 ĝis 125. La ferperdo estas inter la fera pulvora kerno kaj MPP kaj fer-nikela alojo. . La saturiĝa magneta fluodenseco estas pli alta ol MPP, proksimume 10500 Gauss. Temperaturo-stabileco kaj saturiĝaj nunaj trajtoj estas iomete pli malaltaj ol MPP kaj fer-nikela alojo, sed pli bonaj ol fera pulvora kerno kaj ferita kerno, kaj la relativa kosto estas pli malmultekosta ol MPP kaj fer-nikela alojo. Ĝi estas plejparte uzita en EMI-filtrado, potencfaktora korekto (PFC) cirkvitoj kaj potencaj induktoroj de ŝanĝaj potencotransformiloj.

C. Fer-nikela alojo (alta fluo)

La fer-nikela aloja kerno estas farita el fero kaj nikelo. La relativa magneta permeablo estas proksimume 14-200. La ferperdo kaj temperaturstabileco estas inter MPP kaj fer-silicio-aluminia alojo. La fer-nikela aloja kerno havas la plej altan saturan magnetan fluodensecon, proksimume 15,000 Gauss, kaj povas elteni pli altajn DC-biasfluojn, kaj ĝiaj DC-biasaj trajtoj ankaŭ estas pli bonaj. Apliko-amplekso: Aktiva potencfaktora korekto, energistoka induktanco, filtrila induktanco, altfrekvenca transformilo de transfluga konvertilo, ktp.

D. Fera pulvoro

La fera pulvora kerno estas farita el altpuraj feraj pulvoraj partikloj kun tre malgrandaj partikloj, kiuj estas izolitaj unu de la alia. La produktada procezo igas ĝin havi distribuitan aerinterspacon. Krom la ringa formo, la komunaj ferpulvoraj kernformoj ankaŭ havas E-specajn kaj stampajn tipojn. La relativa magneta permeablo de la fera pulvora kerno estas ĉirkaŭ 10 ĝis 75, kaj la alta saturiĝa magneta fluodenseco estas ĉirkaŭ 15000 Gauss. Inter la pulvoraj ferkernoj, la ferpulvorkerno havas la plej altan ferperdon sed la plej malaltan koston.

Figuro 3 montras la BH-kurbojn de PC47 mangano-zinka ferito fabrikita de TDK kaj pulvoraj ferkernoj -52 kaj -2 fabrikitaj de MICROMETALS; la relativa magneta permeablo de mangano-zinka ferrito estas multe pli alta ol tiu de pulvoraj ferkernoj kaj estas saturita La magneta fluodenseco ankaŭ estas tre malsama, la ferito estas ĉirkaŭ 5000 Gauss kaj la fera pulvorkerno estas pli ol 10000 Gauss.

3

Figuro 3. BH-kurbo de mangano-zinka ferrito kaj ferpulvoraj kernoj de malsamaj materialoj

En resumo, la saturaj trajtoj de la ferkerno estas malsamaj; post kiam la satura fluo estas superita, la magneta permeablo de la ferrita kerno falos akre, dum la fera pulvora kerno povas malrapide malpliiĝi. Figuro 4 montras la magnetan permeablo-gutkarakterizaĵojn de pulvora ferkerno kun la sama magneta permeablo kaj ferito kun aerinterspaco sub malsamaj magnetkampaj fortoj. Tio ankaŭ klarigas la induktancon de la feritkerno, ĉar la permeablo falas akre kiam la kerno estas saturita, kiel povas esti vidita de ekvacio (1), ĝi ankaŭ igas la induktancon fali akre; dum la pulvora kerno kun distribuita aera breĉo, la magneta permeablo La imposto malpliiĝas malrapide kiam la ferkerno estas saturita, do la indukto malpliiĝas pli milde, tio estas, ĝi havas pli bonajn DC-biasajn trajtojn. En la apliko de potencaj konvertiloj, ĉi tiu karakterizaĵo estas tre grava; se la malrapida saturiĝa karakterizaĵo de la induktilo ne estas bona, la induktora kurento altiĝas al la saturiĝa fluo, kaj la subita falo de induktanco kaŭzos akre altiĝon de la nuna streso de la ŝanĝanta kristalo, kio estas facile kaŭzi damaĝon.

4

Figuro 4. Magneta permeablo guto-karakterizaĵoj de pulvora ferkerno kaj ferrita ferkerno kun aerinterspaco sub malsama magnetkampa forto.

Induktoraj elektraj karakterizaĵoj kaj paka strukturo

Dum projektado de ŝanĝa konvertilo kaj elekto de induktoro, la indukta valoro L, impedanco Z, AC-rezisto ACR kaj Q-valoro (kvalita faktoro), taksita nuna IDC kaj ISAT, kaj kernperdo (kernperdo) kaj aliaj gravaj elektraj karakterizaĵoj estas ĉiuj Devas. estu konsiderata. Krome, la enpaka strukturo de la induktoro influos la grandecon de la magneta elfluo, kiu siavice influas EMI. La sekvantaroj diskutos la supre menciitajn karakterizaĵojn aparte kiel konsideroj por elekti induktorojn.

1. Indukta valoro (L)

La induktancvaloro de induktoro estas la plej grava baza parametro en cirkvitodezajno, sed oni devas kontroli ĉu la induktancvaloro estas stabila ĉe la funkciiga frekvenco. La nominala valoro de la induktanco estas kutime mezurita je 100 kHz aŭ 1 MHz sen ekstera Dc-biaso. Kaj por certigi la eblecon de amasa aŭtomatigita produktado, la toleremo de la induktoro estas kutime ±20% (M) kaj ±30% (N). Figuro 5 estas la indukto-frekvenca karakteriza grafikaĵo de Taiyo Yuden-induktoro NR4018T220M mezurita per la LCR-mezurilo de Wayne Kerr. Kiel montrite en la figuro, la indukta valorkurbo estas relative plata antaŭ 5 MHz, kaj la indukta valoro preskaŭ povas esti rigardita kiel konstanto. En la altfrekvenca bando pro la resonanco generita de la parazita kapacitanco kaj induktanco, la indukta valoro pliiĝos. Tiu resonancofrekvenco estas nomita la mem-resonanca frekvenco (SRF), kiu kutime devas esti multe pli alta ol la funkciigadfrekvenco.

5

Figuro 5, Taiyo Yuden NR4018T220M induktan-frekvenca karakteriza mezura diagramo

2. Impedanco (Z)

Kiel montrite en Figuro 6, la impedancdiagramo ankaŭ povas esti vidita de la agado de la induktanco ĉe malsamaj frekvencoj. La impedanco de la induktoro estas proksimume proporcia al la frekvenco (Z=2πfL), do ju pli alta la frekvenco, la reaktanco estos multe pli granda ol la AC-rezisto, tiel ke la impedanco kondutas kiel pura induktanco (fazo estas 90˚). Ĉe altfrekvencoj, pro la parazita kapacitanca efiko, la mem-resonanca frekvencopunkto de la impedanco povas esti vidita. Post ĉi tiu punkto, la impedanco falas kaj iĝas kapacita, kaj la fazo iom post iom ŝanĝiĝas al -90 ˚.

6

3. Q-valoro kaj AC-rezisto (ACR)

Q-valoro en la difino de induktanco estas la rilatumo de reaktanco al rezisto, tio estas, la rilatumo de la imaga parto al la reala parto de la impedanco, kiel en formulo (2).

(2)

Kie XL estas la reaktanco de la induktoro, kaj RL estas la AC-rezisto de la induktoro.

En la malaltfrekvenca gamo, la AC-rezisto estas pli granda ol la reaktanco kaŭzita de la induktanco, do ĝia Q-valoro estas tre malalta; kiel la ofteco pliiĝas, la reaktanco (ĉirkaŭ 2πfL) iĝas pli kaj pli granda, eĉ se la rezisto pro haŭta efiko (haŭta efiko) kaj proksimeco (proksimeca) efiko) La efiko fariĝas pli kaj pli granda, kaj la Q-valoro ankoraŭ pliiĝas kun ofteco. ; kiam alproksimiĝas al SRF, la indukta reaktanco estas iom post iom kompensita per la kapacita reaktanco, kaj la Q-valoro iom post iom iĝas pli malgranda; kiam la SRF fariĝas nulo, ĉar la indukta reaktanco kaj la kapacita reaktanco estas tute samaj Malaperas. Figuro 7 montras la rilaton inter Q-valoro kaj ofteco de NR4018T220M, kaj la rilato estas en formo de inversa sonorilo.

7

Figuro 7. La rilato inter Q-valoro kaj ofteco de Taiyo Yuden-induktoro NR4018T220M

En la aplika frekvenca bando de indukto, ju pli alta la Q-valoro, des pli bone; ĝi signifas ke ĝia reaktanco estas multe pli granda ol la AC-rezisto. Ĝenerale, la plej bona Q-valoro estas super 40, kio signifas, ke la kvalito de la induktoro estas bona. Tamen, ĝenerale kiam la Dc-biaso pliiĝas, la indukta valoro malpliiĝos kaj la Q-valoro ankaŭ malpliiĝos. Se plata emajlita drato aŭ multi-fadena emajlita drato estas uzata, la haŭta efiko, tio estas, AC-rezisto, povas esti reduktita, kaj la Q-valoro de la induktoro ankaŭ povas esti pliigita.

La DC-rezisto DCR estas ĝenerale rigardata kiel la DC-rezisto de la kupra drato, kaj la rezisto povas esti kalkulita laŭ la drato-diametro kaj longo. Tamen, la plej multaj el la malaltaj nunaj SMD-induktoroj uzos ultrasonan veldadon por fari la kupran folion de la SMD ĉe la bobena fina stacio. Tamen, ĉar la kupra drato ne longas longa kaj la rezistvaloro ne estas alta, la velda rezisto ofte respondecas pri konsiderinda proporcio de la totala DC-rezisto. Prenante la drat-vunditan SMD-induktoron CLF6045NIT-1R5N de TDK kiel ekzemplon, la mezurita DC-rezisto estas 14.6mΩ, kaj la DC-rezisto kalkulita surbaze de la dratdiametro kaj longo estas 12.1mΩ. La rezultoj montras, ke ĉi tiu velda rezisto respondecas pri ĉirkaŭ 17% de la totala DC-rezisto.

AC-rezisto ACR havas haŭtan efikon kaj proksimecon, kio igos ACR pliiĝi kun ofteco; en la apliko de ĝenerala indukto, ĉar la AC-komponento estas multe pli malalta ol la DC-komponento, la influo kaŭzita de ACR ne estas evidenta; sed ĉe malpeza ŝarĝo, Ĉar la DC-komponento estas reduktita, la perdo kaŭzita de ACR ne povas esti ignorita. La haŭta efiko signifas, ke sub AC-kondiĉoj, la nuna distribuo ene de la konduktoro estas neegala kaj koncentrita sur la surfaco de la drato, rezultigante redukton de la ekvivalenta drato-transversa areo, kiu siavice pliigas la ekvivalentan reziston de la drato kun frekvenco. Krome, en dratvolvaĵo, apudaj dratoj kaŭzos la aldonon kaj subtraho de magnetaj kampoj pro la fluo, tiel ke la kurento koncentriĝas sur la surfaco najbara al la drato (aŭ la plej malproksima surfaco, depende de la direkto de la kurento. ), kiu ankaŭ kaŭzas ekvivalentan dratinterkapton. La fenomeno, ke la areo malpliiĝas kaj la ekvivalenta rezisto pliiĝas, estas la tiel nomata proksimeca efiko; en la induktapliko de plurtavola volvaĵo, la proksimeca efiko estas eĉ pli evidenta.

8

Figuro 8 montras la rilaton inter AC-rezisto kaj ofteco de la drat-vundita SMD-induktoro NR4018T220M. Je ofteco de 1kHz, la rezisto estas ĉirkaŭ 360mΩ; ĉe 100kHz, la rezisto pliiĝas al 775mΩ; ĉe 10MHz, la rezistvaloro estas proksima al 160Ω. Kiam oni taksas la kupran perdon, la kalkulo devas konsideri la ACR kaŭzitan de la haŭtaj kaj proksimaj efikoj, kaj modifi ĝin al formulo (3).

4. Satura fluo (ISAT)

Saturiga fluo ISAT estas ĝenerale la biasfluo markita kiam la indukta valoro estas mildigita kiel 10%, 30% aŭ 40%. Por aerinterspaco ferrito, ĉar ĝia saturiĝa nuna karakterizaĵo estas tre rapida, ekzistas ne multe da diferenco inter 10% kaj 40%. Rigardu al Figuro 4. Tamen, se ĝi estas fera pulvora kerno (kiel stampita induktoro), la satura kurbo estas relative milda, kiel montrite en Figuro 9, la biasa fluo ĉe 10% aŭ 40% de la indukta malfortiĝo estas multe. malsama, do la saturiĝa nuna valoro estos diskutita aparte por la du specoj de ferkernoj jene.

Por aerinterspaca ferrito, estas akcepteble utiligi ISAT kiel la supran limon de la maksimuma induktorfluo por cirkvitaplikoj. Tamen, se ĝi estas fera pulvora kerno, pro la malrapida satura karakterizaĵo, ne estos problemo eĉ se la maksimuma kurento de la aplika cirkvito superas ISAT. Sekve, ĉi tiu ferkernkarakterizaĵo plej taŭgas por ŝanĝi konvertilo-aplikojn. Sub peza ŝarĝo, kvankam la indukta valoro de la induktoro estas malalta, kiel montrite en Figuro 9, la nuna ondetfaktoro estas alta, sed la nuna kondensila kurenta toleremo estas alta, do ĝi ne estos problemo. Sub malpeza ŝarĝo, la indukta valoro de la induktilo estas pli granda, kio helpas redukti la ondulan fluon de la induktoro, tiel reduktante la ferperdon. Figuro 9 komparas la saturan kurbon de la vunda ferrito SLF7055T1R5N de TDK kaj stampita fera pulvora kerninduktoro SPM6530T1R5M sub la sama nominala valoro de indukto.

9

Figuro 9. Saturiĝa nuna kurbo de vundita ferito kaj stampita fera pulvorkerno sub la sama nominala valoro de induktanco

5. Taksita kurento (IDC)

La IDC-valoro estas la Dc-biaso kiam la induktortemperaturo pliiĝas al Tr˚C. La specifoj ankaŭ indikas ĝian DC-rezistvaloron RDC ĉe 20˚C. Laŭ la temperaturkoeficiento de la kupra drato estas proksimume 3,930 ppm, kiam la temperaturo de Tr altiĝas, ĝia rezistvaloro estas RDC_Tr = RDC (1+0.00393Tr), kaj ĝia elektra konsumo estas PCU = I2DCxRDC. Tiu kuproperdo estas disipita sur la surfaco de la induktoro, kaj la termika rezisto ΘTH de la induktoro povas esti kalkulita:

(2)

Tablo 2 rilatas al la datumfolio de la serio TDK VLS6045EX (6.0×6.0×4.5mm), kaj kalkulas la termikan reziston ĉe temperaturaltiĝo de 40˚C. Evidente, por induktoroj de la sama serio kaj grandeco, la kalkulita termika rezisto estas preskaŭ la sama pro la sama surfaca varmo disipa areo; en aliaj vortoj, la taksita nuna IDC de malsamaj induktoroj povas esti taksita. Malsamaj serioj (pakaĵoj) de induktoroj havas malsamajn termikajn rezistojn. Tablo 3 komparas la termikan reziston de induktoroj de TDK VLS6045EX-serio (duonŝirmita) kaj SPM6530-serio (muldita). Ju pli granda estas la termika rezisto, des pli alta estas la temperaturaltiĝo generita kiam la induktanco fluas tra la ŝarĝfluo; alie, la pli malalta.

(2)

Tablo 2. Termika rezisto de VLS6045EX-serioinduktoroj ĉe temperaturaltiĝo de 40˚C

Oni povas vidi el Tabelo 3, ke eĉ se la grandeco de la induktoroj estas simila, la termika rezisto de la stampitaj induktoroj estas malalta, tio estas, la varmodissipado estas pli bona.

(3)

Tabelo 3. Komparo de termika rezisto de malsamaj pakaj induktoroj.

6. Kerna perdo

Kernperdo, referita kiel ferperdo, estas plejparte kaŭzita de kirloflua perdo kaj histerezperdo. La grandeco de la kurentoflua perdo plejparte dependas de ĉu la kerna materialo estas facile "kondukebla"; se la konduktiveco estas alta, tio estas, la rezisteco estas malalta, la kurentoflua perdo estas alta, kaj se la resistiveco de la ferito estas alta, la kirloflua perdo estas relative malalta. Kura kurento perdo ankaŭ rilatas al frekvenco. Ju pli alta la frekvenco, des pli granda la perdo de kurentofluo. Tial, la kerna materialo determinos la taŭgan operacian frekvencon de la kerno. Ĝenerale, la laborfrekvenco de fera pulvora kerno povas atingi 1MHz, kaj la laborfrekvenco de ferito povas atingi 10MHz. Se la operacia frekvenco superas ĉi tiun frekvencon, la kurentoflua perdo rapide pliiĝos kaj ankaŭ la ferkerntemperaturo pliiĝos. Tamen, kun la rapida evoluo de ferkernaj materialoj, ferkernoj kun pli altaj operaciaj frekvencoj devus esti ĉirkaŭ la angulo.

Alia ferperdo estas la histerezperdo, kiu estas proporcia al la areo enfermita per la histerezkurbo, kiu estas rilatita al la svinga amplitudo de la AC-komponento de la fluo; ju pli granda la AC-svingo, des pli granda la histerezperdo.

En la ekvivalenta cirkvito de induktoro, rezistilo ligita paralele kun la induktoro ofte estas uzata por esprimi la ferperdon. Kiam la frekvenco estas egala al SRF, la indukta reaktanco kaj kapacita reaktanco nuligas, kaj la ekvivalenta reaktanco estas nul. En ĉi tiu tempo, la impedanco de la induktoro estas ekvivalenta al la ferperdrezisto en serio kun la volvaĵrezisto, kaj la ferperdrezisto estas multe pli granda ol la volvaĵrezisto, do La impedanco ĉe SRF estas proksimume egala al la ferperdrezisto. Prenante malalttensian induktoron kiel ekzemplon, ĝia ferperdrezisto estas proksimume 20kΩ. Se la efika valortensio ĉe ambaŭ finoj de la induktoro estas taksita esti 5V, ĝia ferperdo estas ĉirkaŭ 1.25mW, kio ankaŭ montras, ke ju pli granda la ferperdrezisto, des pli bone.

7. Ŝilda strukturo

La enpaka strukturo de feritaj induktoroj inkluzivas ne-ŝirmitajn, duonŝirmatajn per magneta gluo, kaj ŝirmitajn, kaj estas konsiderinda aerinterspaco en ambaŭ el ili. Evidente, la aerinterspaco havos magnetan elfluon, kaj en la plej malbona kazo, ĝi malhelpos la ĉirkaŭajn malgrandajn signalcirkvitojn, aŭ se estas magneta materialo proksime, ĝia indukto ankaŭ estos ŝanĝita. Alia enpaka strukturo estas stampita ferpulvora induktoro. Ĉar ekzistas neniu interspaco ene de la induktoro kaj la volvaĵa strukturo estas solida, la problemo de magneta kampo disipado estas relative malgranda. Figuro 10 estas la uzo de la FFT-funkcio de la osciloskopo RTO 1004 por mezuri la grandecon de la elflua magneta kampo je 3mm super kaj sur la flanko de la stampita induktoro. Tabelo 4 listigas la komparon de la elflua magneta kampo de malsamaj pakaĵstrukturaj induktoroj. Oni povas vidi, ke ne-ŝirmitaj induktoroj havas la plej gravan magnetan elfluon; stampitaj induktoroj havas la plej malgrandan magnetan elfluon, montrante la plej bonan magnetan ŝirman efikon. . La diferenco en la grandeco de la elflua magneta kampo de la induktoroj de ĉi tiuj du strukturoj estas proksimume 14dB, kio estas preskaŭ 5 fojojn.

10

Figuro 10. La grandeco de la elflua magneta kampo mezurita je 3mm super kaj sur la flanko de la stampita induktoro

(4)

Tabelo 4. Komparo de la elflua magneta kampo de malsamaj pakaĵstrukturaj induktoroj

8. kuplado

En iuj aplikoj, foje ekzistas multoblaj aroj de DC-transformiloj sur la PCB, kiuj kutime estas aranĝitaj unu apud la alia, kaj iliaj respondaj induktoroj ankaŭ estas aranĝitaj unu apud la alia. Se vi uzas ne-ŝirmita aŭ duon-ŝirmita tipo kun magneta gluo Induktiloj povas esti kunligitaj unu kun la alia por formi EMI-interferon. Sekve, kiam oni metas la induktilon, oni rekomendas unue marki la polusecon de la induktoro kaj konekti la komencan kaj volviĝantan punkton de la plej interna tavolo de la induktilo al la ŝanĝa tensio de la konvertilo, kiel la VSW de buck-konvertilo, kiu estas la movpunkto. La ellasiga terminalo estas konektita al la eliga kondensilo, kiu estas la statika punkto; la kupra dratvolvaĵo do formas certan gradon da elektrakampa ŝirmado. En la drataranĝo de la multipleksilo, fiksi la polusecon de la induktanco helpas fiksi la grandecon de la reciproka induktanco kaj eviti iujn neatenditajn EMI-problemojn.

Aplikoj:

La antaŭa ĉapitro diskutis la kernmaterialon, pakaĵstrukturon, kaj gravajn elektrajn karakterizaĵojn de la induktoro. Ĉi tiu ĉapitro klarigos kiel elekti la taŭgan induktan valoron de la buktransformilo kaj la konsiderojn por elekti komerce haveblan induktoron.

Kiel montrite en ekvacio (5), la induktora valoro kaj la ŝanĝfrekvenco de la konvertilo influos la induktoran ondeton (ΔiL). La induktora ondetofluo fluos tra la produktaĵkondensilo kaj influos la ondan fluon de la produktaĵkondensilo. Tial, ĝi influos la elekton de la eliga kondensilo kaj plue influos la ondetgrandecon de la eliga tensio. Krome, la indukta valoro kaj la eliga kapacitanco-valoro ankaŭ influos la reagodezajnon de la sistemo kaj la dinamikan respondon de la ŝarĝo. Elekti pli grandan induktan valoron havas malpli nunan streson sur la kondensilo, kaj ankaŭ estas utila por redukti produktan tensioondeton kaj povas stoki pli da energio. Tamen, pli granda indukta valoro indikas pli grandan volumenon, tio estas, pli altan koston. Tial, dum desegnado de la konvertilo, la dezajno de la indukta valoro estas tre grava.

(5)

Ĝi povas esti vidita de formulo (5) ke kiam la interspaco inter la enirtensio kaj la produktaĵtensio estas pli granda, la induktora ondetofluo estos pli granda, kio estas la plej malbona kazo de la induktordezajno. Kunligita kun alia indukta analizo, la indukta desegna punkto de la malaltiga konvertilo kutime estu elektita sub la kondiĉoj de maksimuma eniga tensio kaj plena ŝarĝo.

Dum desegnado de la indukta valoro, estas necese fari kompromison inter la induktora ondetofluo kaj la induktora grandeco, kaj la ondada kurentofaktoro (ondeto-kurenta faktoro; γ) estas difinita ĉi tie, kiel en formulo (6).

(6)

Anstataŭigante formulon (6) en formulon (5), la indukta valoro povas esti esprimita kiel formulo (7).

(7)

Laŭ formulo (7), kiam la diferenco inter la eniga kaj elira tensio estas pli granda, la γ-valoro povas esti elektita pli granda; male, se la eniga kaj elira tensio estas pli proksimaj, la γ-valora dezajno devas esti pli malgranda. Por elekti inter la induktora ondeto fluo kaj la grandeco, laŭ la tradicia desegna sperto valoro, γ estas kutime 0,2 ĝis 0,5. La sekvanta prenas RT7276 kiel ekzemplon por ilustri la kalkulon de induktanco kaj la elekton de komerce haveblaj induktoroj.

Ekzemplo de dezajno: Desegnita kun RT7276 progresinta konstanta ĝustatempe (Altnivela Konstanta On-Tempo; ACOTTM) sinkrona rektiga malkreska konvertilo, ĝia ŝanĝfrekvenco estas 700 kHz, la eniga tensio estas 4.5V ĝis 18V, kaj la elira tensio estas 1.05V. . La plena ŝarĝa kurento estas 3A. Kiel menciite supre, la indukta valoro devas esti desegnita sub la kondiĉoj de la maksimuma eniga tensio de 18V kaj la plena ŝarĝo de 3A, la valoro de γ estas prenita kiel 0,35, kaj la supra valoro estas anstataŭigita en ekvacion (7), la induktanco. valoro estas

Uzu induktilon kun konvencia nominala induktovaloro de 1.5 µH. Anstataŭigi formulon (5) por kalkuli la induktoran ondetfluon jene.

Tial, la pintfluo de la induktoro estas

Kaj la efika valoro de la induktora fluo (IRMS) estas

Ĉar la induktila ondetkomponento estas malgranda, la efika valoro de la induktora kurento estas plejparte ĝia DC-komponento, kaj tiu efika valoro estas utiligita kiel la bazo por elektado de la induktora taksita kurento IDC. Kun 80% malpliigo (malvalorigo) dezajno, la induktancpostuloj estas:

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

Tablo 5 listigas la disponeblajn induktorojn de malsamaj serioj de TDK, similaj en grandeco sed malsamaj en pakaĵstrukturo. Oni povas vidi el la tabelo, ke la satura fluo kaj taksita kurento de la stampita induktoro (SPM6530T-1R5M) estas grandaj, kaj la termika rezisto estas malgranda kaj la varmodissipado estas bona. Krome, laŭ la diskuto en la antaŭa ĉapitro, la kerna materialo de la stampita induktoro estas fera pulvorkerno, do ĝi estas komparata kun la ferita kerno de la duonŝirmita (VLS6045EX-1R5N) kaj ŝirmita (SLF7055T-1R5N) induktoroj. kun magneta gluo. , Havas bonajn DC-biasajn trajtojn. Figuro 11 montras la efikecon komparon de malsamaj induktoroj aplikitaj al la RT7276 progresinta konstanta ĝustatempa sinkrona rektifiga malkreska konvertilo. La rezultoj montras, ke la efikecdiferenco inter la tri ne estas signifa. Se vi konsideras varmodissipadon, DC-biasajn trajtojn kaj magnetkampajn disipajn aferojn, oni rekomendas uzi SPM6530T-1R5M-induktorojn.

(5)

Tabelo 5. Komparo de induktancoj de malsamaj serioj de TDK

11

Figuro 11. Komparo de konvertilo efikeco kun malsamaj induktoroj

Se vi elektas la saman pakaĵstrukturon kaj induktan valoron, sed pli malgranda grandeco induktoroj, kiel SPM4015T-1R5M (4.4×4.1×1.5mm), kvankam ĝia grandeco estas malgranda, sed la DC rezisto RDC (44.5mΩ) kaj termika rezisto ΘTH ( 51˚C) /W) Pli granda. Por transformiloj de la samaj specifoj, la efika valoro de la kurento tolerita de la induktoro ankaŭ estas la sama. Evidente, la DC-rezisto reduktos la efikecon sub peza ŝarĝo. Krome, granda termika rezisto signifas malbonan varmodissipadon. Sekve, elektante induktoron, necesas ne nur konsideri la avantaĝojn de reduktita grandeco, sed ankaŭ taksi ĝiajn akompanajn mankojn.

En konkludo

Induktanco estas unu el la ofte uzataj pasivaj komponentoj en ŝalti potencotransformiloj, kiuj povas esti uzataj por energistokado kaj filtrado. Tamen, en cirkvitodezajno, estas ne nur la indukta valoro al kiu devas esti atentita, sed aliaj parametroj inkluzive de AC-rezisto kaj Q-valoro, nuna toleremo, ferkernsaturiĝo kaj pakaĵstrukturo, ktp., estas ĉiuj parametroj kiuj devas. estu konsiderata kiam oni elektas induktoron. . Ĉi tiuj parametroj kutime rilatas al la kerna materialo, la produktada procezo kaj la grandeco kaj kosto. Tial ĉi tiu artikolo prezentas la karakterizaĵojn de malsamaj ferkernaj materialoj kaj kiel elekti taŭgan induktancon kiel referencon por elektroprovizo-dezajno.