vijesti

Rezime

Induktori su veoma važne komponente u prekidačkim pretvaračima, kao što su skladištenje energije i filteri za napajanje. Postoji mnogo tipova induktora, kao što su za različite primene (od niske frekvencije do visoke frekvencije), ili različiti materijali jezgra koji utiču na karakteristike induktora, itd. Induktori koji se koriste u prekidačkim pretvaračima su visokofrekventne magnetne komponente. Međutim, zbog različitih faktora kao što su materijali, radni uslovi (kao što su napon i struja) i temperatura okoline, predstavljene karakteristike i teorije su prilično različite. Stoga se u dizajnu kola, pored osnovnog parametra vrijednosti induktivnosti, još uvijek mora uzeti u obzir i odnos između impedanse induktora i AC otpora i frekvencije, gubitka jezgre i karakteristika struje zasićenja itd. Ovaj članak će predstaviti nekoliko važnih materijala za jezgre induktora i njihove karakteristike, a također će uputiti inženjere energetike da odaberu komercijalno dostupne standardne induktore.

Predgovor

Induktor je komponenta elektromagnetne indukcije, koja se formira namotavanjem određenog broja zavojnica (zavojnica) na bobinu ili jezgro sa izoliranom žicom. Ovaj kalem se naziva induktivni kalem ili induktor. Prema principu elektromagnetne indukcije, kada se zavojnica i magnetsko polje pomiču jedno u odnosu na drugo, ili zavojnica generira naizmjenično magnetsko polje kroz naizmjeničnu struju, inducirani napon će se generirati da se odupre promjeni izvornog magnetskog polja, a ova karakteristika ograničavanja promjene struje naziva se induktivnost.

Formula vrijednosti induktivnosti je kao formula (1), koja je proporcionalna magnetskoj permeabilnosti, kvadratu zavoja namota N, i ekvivalentnoj površini poprečnog presjeka magnetskog kruga Ae, i obrnuto je proporcionalna ekvivalentnoj dužini magnetskog kola le . Postoji mnogo vrsta induktivnosti, svaka pogodna za različite primjene; induktivnost je povezana s oblikom, veličinom, metodom namotaja, brojem zavoja i vrstom srednjeg magnetskog materijala.

(1)

Ovisno o obliku željeznog jezgra, induktivnost uključuje toroidnu, E jezgru i bubanj; u pogledu materijala gvozdenog jezgra, uglavnom postoje keramička jezgra i dva meka magnetna tipa. Oni su ferit i metalni prah. Ovisno o strukturi ili načinu pakiranja, razlikuju se žičana namotana, višeslojna i lijevana, a žičana namotana je nezaštićena i polovina magnetnog ljepila oklopljena (poluzaštićena) i oklopljena (oklopljena) itd.

Induktor se ponaša kao kratki spoj u istosmjernoj struji i predstavlja visoku impedanciju naizmjenične struje. Osnovna upotreba u krugovima uključuje gušenje, filtriranje, podešavanje i skladištenje energije. U primjeni sklopnog pretvarača, induktor je najvažnija komponenta za pohranu energije i formira niskopropusni filter s izlaznim kondenzatorom kako bi se smanjio valovitost izlaznog napona, tako da također igra važnu ulogu u funkciji filtriranja.

Ovaj članak će predstaviti različite materijale jezgra induktora i njihove karakteristike, kao i neke od električnih karakteristika induktora, kao važnu referencu za evaluaciju pri odabiru induktora tokom dizajna kola. U primjeru aplikacije, kako izračunati vrijednost induktivnosti i kako odabrati komercijalno dostupan standardni induktor će biti predstavljen kroz praktične primjere.

Vrsta materijala jezgre

Induktori koji se koriste u prekidačkim pretvaračima su visokofrekventne magnetne komponente. Materijal jezgre u centru najviše utiče na karakteristike induktora, kao što su impedansa i frekvencija, vrednost induktivnosti i frekvencija, ili karakteristike zasićenja jezgra. Sljedeće će uvesti usporedbu nekoliko uobičajenih materijala željeznog jezgra i njihovih karakteristika zasićenja kao važnu referencu za odabir induktora snage:

1. Keramičko jezgro

Keramička jezgra je jedan od uobičajenih induktivnih materijala. Uglavnom se koristi za pružanje potporne konstrukcije koja se koristi pri namotavanju zavojnice. Naziva se i "induktor sa vazdušnim jezgrom". Budući da je željezno jezgro korišteno od nemagnetnog materijala sa vrlo niskim temperaturnim koeficijentom, vrijednost induktivnosti je vrlo stabilna u opsegu radne temperature. Međutim, zbog nemagnetnog materijala kao medija, induktivnost je vrlo niska, što nije baš pogodno za primjenu energetskih pretvarača.

2. Ferit

Feritno jezgro koje se koristi u generalnim visokofrekventnim induktorima je feritno jedinjenje koje sadrži nikl cink (NiZn) ili mangan cink (MnZn), koji je meki magnetni feromagnetni materijal sa niskom koercitivnošću. Slika 1 prikazuje krivulju histereze (BH petlja) općeg magnetnog jezgra. Koercitivna sila HC magnetskog materijala naziva se i koercitivna sila, što znači da kada je magnetni materijal magnetiziran do magnetskog zasićenja, njegova magnetizacija (magnetizacija) se smanjuje na nulu. Potrebna jačina magnetnog polja u tom trenutku. Niža koercitivnost znači manji otpor na demagnetizaciju, a znači i manji gubitak histereze.

Feriti mangan-cink i nikl-cink feriti imaju relativno visoku relativnu permeabilnost (μr), oko 1500-15000 i 100-1000, respektivno. Njihova visoka magnetna permeabilnost čini gvozdeno jezgro višim u određenoj zapremini. Induktivnost. Međutim, nedostatak je to što je njegova podnošljiva struja zasićenja niska, a kada je željezno jezgro zasićeno, magnetska permeabilnost će naglo pasti. Pogledajte sliku 4 za trend smanjenja magnetne permeabilnosti feritnih i gvozdenih jezgara u prahu kada je gvozdeno jezgro zasićeno. Poređenje. Kada se koristi u induktorima napajanja, u glavnom magnetskom krugu ostaje zračni razmak, koji može smanjiti propusnost, izbjeći zasićenje i pohraniti više energije; kada se uključi zračni jaz, ekvivalentna relativna permeabilnost može biti oko 20- Između 200. Budući da visoka otpornost samog materijala može smanjiti gubitke uzrokovane vrtložnim strujama, gubitak je manji na visokim frekvencijama i pogodniji je za visokofrekventni transformatori, EMI filter induktori i induktori za skladištenje energije energetskih pretvarača. U pogledu radne frekvencije, nikl-cink ferit je pogodan za upotrebu (>1 MHz), dok je mangan-cink ferit pogodan za niže frekvencijske opsege (<2 MHz).

1

Slika 1. Kriva histereze magnetnog jezgra (BR: remanencija; BSAT: gustina magnetnog fluksa zasićenja)

3. Jezgro od gvožđa u prahu

Jezgra od gvožđa u prahu su takođe meko-magnetni feromagnetni materijali. Izrađuju se od legura željeza u prahu različitih materijala ili samo od željeznog praha. Formula sadrži nemagnetne materijale s različitim veličinama čestica, tako da je kriva zasićenja relativno nježna. Jezgra od praha je uglavnom toroidna. Slika 2 prikazuje jezgro od praha i njegov poprečni presjek.

Uobičajena jezgra gvožđa u prahu uključuju leguru gvožđa-nikl-molibden (MPP), sendust (Sendust), leguru gvožđa i nikla (visoki fluks) i jezgro gvožđa u prahu (gvozdeni prah). Zbog različitih komponenti, njegove karakteristike i cijene su također različite, što utiče na izbor induktora. Sljedeće će predstaviti gore navedene tipove jezgara i uporediti njihove karakteristike:

A. Legura željezo-nikl-molibden (MPP)

Fe-Ni-Mo legura je skraćeno MPP, što je skraćenica od praha molipermaloje. Relativna permeabilnost je oko 14-500, a gustina magnetnog fluksa zasićenja je oko 7500 Gausa (Gauss), što je više od gustine magnetnog fluksa zasićenja ferita (oko 4000-5000 Gausa). Mnogi su izašli. MPP ima najmanji gubitak gvožđa i najbolju temperaturnu stabilnost među jezgrama gvožđa u prahu. Kada vanjska istosmjerna struja dostigne struju zasićenja ISAT, vrijednost induktivnosti polako opada bez naglog slabljenja. MPP ima bolje performanse, ali veću cijenu, i obično se koristi kao induktor snage i EMI filtriranje za energetske pretvarače.

B. Sendust

Gvozdeno jezgro od legure gvožđa-silicijum-aluminijum je jezgro od legure gvožđa sastavljeno od gvožđa, silicijuma i aluminijuma, sa relativnom magnetnom permeabilnošću od oko 26 do 125. Gubitak gvožđa je između jezgra gvožđa u prahu i MPP i legure gvožđa i nikla . Gustina magnetnog fluksa zasićenja je veća od MPP, oko 10500 Gausa. Temperaturna stabilnost i karakteristike struje zasićenja su nešto inferiornije od MPP-a i legure gvožđe-nikl, ali bolje od jezgre gvožđa u prahu i feritnog jezgra, a relativna cena je jeftinija od MPP-a i legure gvožđe-nikl. Najviše se koristi u EMI filtriranju, krugovima za korekciju faktora snage (PFC) i induktorima snage prekidačkih pretvarača snage.

C. Legura gvožđa i nikla (visoki fluks)

Jezgro od legure gvožđa i nikla napravljeno je od gvožđa i nikla. Relativna magnetna permeabilnost je oko 14-200. Gubitak gvožđa i temperaturna stabilnost su između MPP i legure gvožđa-silicijum-aluminijuma. Jezgro od legure gvožđa i nikla ima najveću gustoću magnetnog fluksa zasićenja, oko 15.000 Gausa, i može izdržati veće istosmjerne struje prednapona, a njegove karakteristike istosmjernog pristrasnosti su također bolje. Opseg primjene: aktivna korekcija faktora snage, induktivnost skladištenja energije, induktivnost filtera, visokofrekventni transformator povratnog pretvarača, itd.

D. Gvozdeni prah

Jezgro željeznog praha je napravljeno od čestica željeznog praha visoke čistoće sa vrlo malim česticama koje su izolovane jedna od druge. Proizvodni proces čini da ima distribuirani zračni raspor. Osim prstenastog oblika, uobičajeni oblici jezgra od željeznog praha također imaju E-tip i tipove štancanja. Relativna magnetna permeabilnost jezgre željeznog praha je oko 10 do 75, a velika gustina magnetnog fluksa zasićenja je oko 15000 Gausa. Među jezgrima od gvožđa u prahu, jezgra gvožđa u prahu ima najveći gubitak gvožđa, ali najnižu cenu.

Slika 3 prikazuje BH krive PC47 mangan-cink ferita proizvođača TDK i jezgri od željeza u prahu -52 i -2 proizvođača MICROMETALS; relativna magnetna permeabilnost mangan-cink ferita je mnogo veća od one kod praškastih gvozdenih jezgara i zasićena je. Gustina magnetnog fluksa je takođe veoma različita, ferit je oko 5000 Gausa, a jezgro gvožđa u prahu je više od 10000 Gausa.

3

Slika 3. BH kriva jezgri mangan-cink feritnog i željeznog praha različitih materijala

Ukratko, karakteristike zasićenja željeznog jezgra su različite; kada se prekorači struja zasićenja, magnetna permeabilnost feritnog jezgra će naglo pasti, dok se jezgra od željeznog praha može polako smanjivati. Na slici 4 prikazane su karakteristike pada magnetne permeabilnosti jezgre od gvožđa u prahu sa istom magnetnom permeabilnosti i ferita sa vazdušnim rasporom pod različitim jačinama magnetnog polja. Ovo također objašnjava induktivnost feritnog jezgra, jer permeabilnost naglo opada kada je jezgro zasićeno, kao što se može vidjeti iz jednačine (1), također uzrokuje nagli pad induktivnosti; dok jezgro praha sa distribuiranim zračnim razmakom, magnetska permeabilnost Brzina se polako smanjuje kada je željezno jezgro zasićeno, tako da induktivnost opada nježnije, odnosno ima bolje karakteristike DC bias. U primjeni energetskih pretvarača ova karakteristika je vrlo važna; ako karakteristika sporog zasićenja induktora nije dobra, struja induktora raste do struje zasićenja, a iznenadni pad induktivnosti će uzrokovati da strujni napon prekidača kristala naglo poraste, što je lako uzrokovati oštećenje.

4

Slika 4. Karakteristike pada magnetne permeabilnosti jezgre od praha i jezgra od feritnog gvožđa sa vazdušnim rasporom pod različitim jačinama magnetnog polja.

Električne karakteristike induktora i struktura pakovanja

Prilikom projektovanja sklopnog pretvarača i odabira prigušnice, vrijednost induktivnosti L, impedansa Z, AC otpor ACR i Q vrijednost (faktor kvaliteta), nazivna struja IDC i ISAT, gubitak jezgre (gubitak jezgre) i druge važne električne karakteristike su sve potrebne. uzeti u obzir. Pored toga, struktura pakovanja induktora će uticati na veličinu magnetnog curenja, što zauzvrat utiče na EMI. U nastavku će se posebno razmatrati gore navedene karakteristike kao razmatranja za odabir induktora.

1. Vrijednost induktivnosti (L)

Vrijednost induktivnosti induktora je najvažniji osnovni parametar u dizajnu kola, ali se mora provjeriti da li je vrijednost induktivnosti stabilna na radnoj frekvenciji. Nominalna vrijednost induktivnosti se obično mjeri na 100 kHz ili 1 MHz bez eksternog DC bias-a. A da bi se osigurala mogućnost masovne automatizovane proizvodnje, tolerancija induktora je obično ±20% (M) i ±30% (N). Slika 5 je grafik karakteristike induktivnosti i frekvencije Taiyo Yuden induktora NR4018T220M izmjeren LCR metrom Waynea Kerra. Kao što je prikazano na slici, kriva vrijednosti induktivnosti je relativno ravna prije 5 MHz, a vrijednost induktivnosti se gotovo može smatrati konstantom. U visokofrekventnom opsegu zbog rezonancije koju stvaraju parazitski kapacitet i induktivnost, vrijednost induktivnosti će se povećati. Ova rezonantna frekvencija naziva se samorezonantna frekvencija (SRF), koja obično mora biti mnogo viša od radne frekvencije.

5

Slika 5, Taiyo Yuden NR4018T220M dijagram mjerenja karakteristike induktivnosti i frekvencije

2. Impedancija (Z)

Kao što je prikazano na slici 6, dijagram impedanse se također može vidjeti iz performansi induktivnosti na različitim frekvencijama. Impedansa induktora je približno proporcionalna frekvenciji (Z=2πfL), tako da što je frekvencija veća, reaktanca će biti mnogo veća od otpora naizmenične struje, tako da se impedancija ponaša kao čista induktivnost (faza je 90˚). Na visokim frekvencijama, zbog efekta parazitske kapacitivnosti, može se vidjeti samorezonantna frekvencijska tačka impedanse. Nakon ove tačke, impedancija opada i postaje kapacitivna, a faza se postepeno mijenja na -90 ˚.

6

3. Q vrijednost i AC otpor (ACR)

Q vrijednost u definiciji induktivnosti je omjer reaktancije i otpora, odnosno odnos imaginarnog dijela prema stvarnom dijelu impedanse, kao u formuli (2).

(2)

Gdje je XL reaktancija induktora, a RL AC otpor induktora.

U niskom frekventnom opsegu, otpor naizmenične struje je veći od reaktanse izazvane induktivnošću, tako da je njena Q vrednost veoma niska; kako frekvencija raste, reaktancija (oko 2πfL) postaje sve veća i veća, čak i ako otpor zbog skin efekta (efekta kože) i efekta blizine (blizine) Efekat postaje sve veći i veći, a vrijednost Q i dalje raste s frekvencijom ; kada se približava SRF-u, induktivna reaktancija se postepeno kompenzira kapacitivnom reaktancijom, a Q vrijednost postepeno postaje manja; kada SRF postane nula, jer su induktivna reaktancija i kapacitivna reaktanca potpuno iste Nestati. Slika 7 prikazuje odnos između Q vrijednosti i frekvencije NR4018T220M, a odnos je u obliku obrnutog zvona.

7

Slika 7. Odnos između Q vrijednosti i frekvencije Taiyo Yuden induktora NR4018T220M

U frekvencijskom opsegu induktivnosti primjene, što je veća Q vrijednost, to bolje; to znači da je njegova reaktancija mnogo veća od otpora naizmjenične struje. Općenito govoreći, najbolja Q vrijednost je iznad 40, što znači da je kvalitet induktora dobar. Međutim, općenito kako se DC pristrasnost povećava, vrijednost induktivnosti će se smanjiti, a Q vrijednost će se također smanjiti. Ako se koristi ravna emajlirana žica ili višestruka emajlirana žica, skin efekt, odnosno otpor naizmjenične struje, može se smanjiti, a Q vrijednost induktora također se može povećati.

DC otpor DCR se općenito smatra DC otporom bakrene žice, a otpor se može izračunati prema promjeru i dužini žice. Međutim, većina slabostrujnih SMD induktora koristit će ultrazvučno zavarivanje za izradu bakrenog lima SMD na terminalu za namotavanje. Međutim, budući da bakarna žica nije dugačka i vrijednost otpora nije visoka, otpor zavarivanja često čini značajan dio ukupnog otpora jednosmjernoj struji. Uzimajući TDK-ov žičani SMD induktor CLF6045NIT-1R5N kao primjer, izmjereni DC otpor je 14,6mΩ, a DC otpor izračunat na osnovu prečnika i dužine žice je 12,1mΩ. Rezultati pokazuju da ovaj otpor zavarivanja čini oko 17% ukupnog otpora na jednosmernu struju.

AC otpor ACR ima efekat kože i efekat blizine, što će uzrokovati povećanje ACR sa frekvencijom; u primjeni opće induktivnosti, budući da je AC komponenta mnogo niža od DC komponente, utjecaj uzrokovan ACR-om nije očigledan; ali pri malom opterećenju, budući da je DC komponenta smanjena, gubitak uzrokovan ACR-om se ne može zanemariti. Skin efekat znači da je u uslovima naizmenične struje, distribucija struje unutar vodiča neravnomerna i koncentrisana na površini žice, što rezultira smanjenjem ekvivalentne površine poprečnog preseka žice, što zauzvrat povećava ekvivalentni otpor žice sa frekvencija. Osim toga, u namotu žice, susjedne žice uzrokovat će dodavanje i oduzimanje magnetskih polja zbog struje, tako da se struja koncentriše na površini koja je susjedna žici (ili na najdaljoj površini, ovisno o smjeru struje). ), što također uzrokuje ekvivalentno presretanje žice. Fenomen da se površina smanjuje, a ekvivalentni otpor povećava je takozvani efekat blizine; u primjeni induktivnosti višeslojnog namotaja, efekat blizine je još očigledniji.

8

Slika 8 prikazuje odnos između otpora naizmjenične struje i frekvencije žičane namotane SMD prigušnice NR4018T220M. Na frekvenciji od 1kHz, otpor je oko 360mΩ; na 100kHz, otpor raste na 775mΩ; na 10MHz, vrijednost otpora je blizu 160Ω. Prilikom procjene gubitka bakra, proračun mora uzeti u obzir ACR uzrokovan efektima kože i blizine i modificirati ga u formulu (3).

4. Struja zasićenja (ISAT)

Struja zasićenja ISAT je općenito struja prednapona označena kada je vrijednost induktivnosti oslabljena, kao što je 10%, 30% ili 40%. Za ferit zračnog raspora, jer je njegova strujna karakteristika zasićenja vrlo brza, nema velike razlike između 10% i 40%. Pogledajte sliku 4. Međutim, ako se radi o jezgri od željeznog praha (kao što je utisnuti induktor), kriva zasićenja je relativno nježna, kao što je prikazano na slici 9, struja prednapona na 10% ili 40% slabljenja induktivnosti je mnogo različita, tako da će se o vrijednosti struje zasićenja raspravljati odvojeno za dva tipa željeznih jezgara kako slijedi.

Za ferit sa zračnim razmakom, razumno je koristiti ISAT kao gornju granicu maksimalne struje induktora za primjene u krugu. Međutim, ako se radi o jezgri željeznog praha, zbog karakteristike sporog zasićenja, neće biti problema čak i ako maksimalna struja aplikacionog kola premašuje ISAT. Stoga je ova karakteristika gvozdenog jezgra najprikladnija za aplikacije preklopnog pretvarača. Pod velikim opterećenjem, iako je vrijednost induktivnosti induktora niska, kao što je prikazano na slici 9, faktor valovitosti struje je visok, ali tolerancija struje kondenzatora je visoka, tako da to neće biti problem. Pod malim opterećenjem, vrijednost induktivnosti induktora je veća, što pomaže da se smanji struja mreškanja induktora, čime se smanjuje gubitak željeza. Slika 9 upoređuje krivu struje zasićenja TDK-ovog namotanog ferita SLF7055T1R5N i induktora sa jezgrom od gvožđa u prahu SPM6530T1R5M pod istom nominalnom vrednošću induktivnosti.

9

Slika 9. Kriva struje zasićenja namotanog ferita i jezgra od utisnutog željeznog praha pod istom nominalnom vrijednošću induktivnosti

5. Nazivna struja (IDC)

IDC vrijednost je DC bias kada temperatura induktora poraste na Tr˚C. Specifikacije također pokazuju njegovu vrijednost otpora DC RDC na 20˚C. Prema temperaturnom koeficijentu bakarne žice je oko 3.930 ppm, kada temperatura Tr raste, njegova vrijednost otpora je RDC_Tr = RDC (1+0.00393Tr), a potrošnja energije PCU = I2DCxRDC. Ovaj gubitak bakra se raspršuje na površini induktora, a termički otpor ΘTH induktora može se izračunati:

(2)

Tabela 2 se odnosi na tehnički list serije TDK VLS6045EX (6,0×6,0×4,5 mm) i izračunava toplotni otpor pri porastu temperature od 40˚C. Očigledno, za induktore iste serije i veličine, izračunati toplotni otpor je skoro isti zbog iste površine rasipanje toplote na površini; drugim riječima, nazivna struja IDC različitih induktora može se procijeniti. Različite serije (pakovanja) induktora imaju različite termičke otpore. U tabeli 3 se upoređuje termička otpornost induktora serije TDK VLS6045EX (poluzaštićene) i serije SPM6530 (izlivene). Što je toplinski otpor veći, veći je porast temperature nastao kada induktivnost teče kroz struju opterećenja; inače, niži.

(2)

Tabela 2. Toplotni otpor induktora serije VLS6045EX pri porastu temperature od 40˚C

Iz tabele 3 se može vidjeti da čak i ako je veličina induktora slična, toplinski otpor utisnutih induktora je nizak, odnosno bolja je disipacija topline.

(3)

Tabela 3. Poređenje termičkog otpora različitih paketa induktora.

6. Gubitak jezgra

Gubitak jezgre, koji se naziva gubitkom željeza, uglavnom je uzrokovan gubitkom vrtložne struje i gubitkom histereze. Veličina gubitka vrtložne struje uglavnom zavisi od toga da li je materijal jezgre lak za „provodenje”; ako je vodljivost visoka, odnosno otpornost je mala, gubitak vrtložne struje je visok, a ako je otpor ferita visok, gubitak vrtložne struje je relativno nizak. Gubitak vrtložne struje je također povezan s frekvencijom. Što je frekvencija veća, to je veći gubitak vrtložne struje. Stoga će materijal jezgre odrediti odgovarajuću radnu frekvenciju jezgra. Općenito govoreći, radna frekvencija jezgre željeznog praha može doseći 1MHz, a radna frekvencija ferita može doseći 10MHz. Ako radna frekvencija premašuje ovu frekvenciju, gubitak vrtložne struje će se brzo povećati, a temperatura gvozdenog jezgra će takođe porasti. Međutim, sa brzim razvojem materijala sa gvozdenim jezgrom, gvozdena jezgra sa višim radnim frekvencijama trebalo bi da budu odmah iza ugla.

Drugi gubitak gvožđa je gubitak na histerezi, koji je proporcionalan površini obuhvaćenoj krivom histereze, koja je povezana sa amplitudom zamaha AC komponente struje; što je veći AC zamah, veći je gubitak histereze.

U ekvivalentnom krugu induktora, otpornik povezan paralelno sa induktorom često se koristi za izražavanje gubitka željeza. Kada je frekvencija jednaka SRF, induktivna reaktancija i kapacitivna reaktancija se poništavaju, a ekvivalentna reaktanca je nula. U ovom trenutku, impedancija induktora je ekvivalentna otporu gubitka željeza u seriji s otporom namotaja, a otpor gubitka željeza je mnogo veći od otpora namotaja, tako da je impedancija na SRF-u približno jednaka otporu gubitka željeza. Uzimajući za primjer niskonaponski induktor, njegova otpornost na gubitak željeza iznosi oko 20 kΩ. Ako je efektivna vrijednost napona na oba kraja induktora procijenjena na 5V, gubitak željeza iznosi oko 1,25mW, što također pokazuje da što je veći otpor gubitka željeza, to bolje.

7. Struktura štita

Struktura pakovanja feritnih induktora uključuje neoklopljene, poluzaštićene magnetnim ljepilom i oklopljene, a u svakom od njih postoji značajan zračni zazor. Očigledno je da će zračni jaz imati magnetsko curenje, au najgorem slučaju, ometat će okolna mala signalna kola, ili ako se u blizini nalazi magnetni materijal, njegova induktivnost će se također promijeniti. Druga struktura pakovanja je induktor sa utisnutim željeznim prahom. Budući da unutar induktora nema zazora i da je struktura namota čvrsta, problem disipacije magnetnog polja je relativno mali. Slika 10 je upotreba FFT funkcije osciloskopa RTO 1004 za mjerenje veličine magnetnog polja curenja na 3 mm iznad i sa strane utisnutog induktora. Tabela 4 navodi poređenje magnetnog polja curenja različitih induktora strukture pakovanja. Može se vidjeti da neoklopljeni induktori imaju najozbiljnije magnetsko curenje; žigosani induktori imaju najmanje magnetno curenje, pokazujući najbolji efekat magnetne zaštite. . Razlika u veličini magnetskog polja curenja induktora ove dvije strukture je oko 14dB, što je skoro 5 puta.

10

Slika 10. Veličina magnetnog polja curenja izmjerena na 3 mm iznad i sa strane utisnutog induktora

(4)

Tabela 4. Poređenje magnetnog polja curenja različitih induktora strukture pakovanja

8. spojnica

U nekim aplikacijama, ponekad postoji više setova DC pretvarača na PCB-u, koji su obično raspoređeni jedan pored drugog, a njihovi odgovarajući induktori su također raspoređeni jedan pored drugog. Ako koristite nezaštićeni ili poluzaštićeni tip sa magnetnim ljepilom, induktori mogu biti spojeni jedan s drugim kako bi stvorili EMI smetnje. Stoga, prilikom postavljanja induktora, preporučuje se prvo označiti polaritet induktora, te povezati početnu i tačku namotaja unutrašnjeg sloja induktora na uklopni napon pretvarača, kao što je VSW buck pretvarača, koja je pokretna tačka. Izlazni terminal je spojen na izlazni kondenzator, koji je statička tačka; namotaj bakrene žice stoga formira određeni stepen zaštite električnog polja. U rasporedu ožičenja multipleksera, fiksiranje polariteta induktivnosti pomaže da se fiksira veličina međusobne induktivnosti i izbjegnu neki neočekivani EMI problemi.

Prijave:

U prethodnom poglavlju raspravljalo se o materijalu jezgre, strukturi paketa i važnim električnim karakteristikama induktora. Ovo poglavlje će objasniti kako odabrati odgovarajuću vrijednost induktivnosti niskog pretvarača i razmatranja za odabir komercijalno dostupnog induktora.

Kao što je prikazano u jednačini (5), vrijednost induktora i frekvencija uključivanja pretvarača će utjecati na struju mreškanja induktora (ΔiL). Struja mreškanja induktora će teći kroz izlazni kondenzator i uticati na talasnu struju izlaznog kondenzatora. Stoga će to utjecati na izbor izlaznog kondenzatora i dalje utjecati na veličinu talasa izlaznog napona. Nadalje, vrijednost induktivnosti i vrijednost izlazne kapacitivnosti također će utjecati na dizajn povratne sprege sistema i dinamički odgovor opterećenja. Odabir veće vrijednosti induktivnosti ima manji strujni stres na kondenzatoru, a također je koristan za smanjenje valovitosti izlaznog napona i može pohraniti više energije. Međutim, veća vrijednost induktivnosti ukazuje na veći volumen, odnosno veći trošak. Stoga je pri projektovanju pretvarača veoma važno projektovanje vrednosti induktivnosti.

(5)

Iz formule (5) se može vidjeti da kada je jaz između ulaznog i izlaznog napona veći, struja mreškanja induktora će biti veća, što je najgori slučaj dizajna induktora. Zajedno sa drugim induktivnim analizama, tačku projektovanja induktivnosti padajućeg pretvarača obično treba odabrati pod uslovima maksimalnog ulaznog napona i punog opterećenja.

Prilikom projektovanja vrednosti induktivnosti potrebno je napraviti kompromis između talasne struje induktora i veličine induktora, a faktor struje talasa (faktor struje talasa; γ) je ovde definisan, kao u formuli (6).

(6)

Zamjenom formule (6) u formulu (5), vrijednost induktivnosti se može izraziti kao formula (7).

(7)

Prema formuli (7), kada je razlika između ulaznog i izlaznog napona veća, vrijednost γ se može odabrati većom; naprotiv, ako su ulazni i izlazni napon bliži, dizajn vrijednosti γ mora biti manji. Da bi se biralo između struje mreškanja induktora i veličine, prema tradicionalnoj vrijednosti iskustva dizajna, γ je obično 0,2 do 0,5. U nastavku se uzima RT7276 kao primjer za ilustraciju izračunavanja induktivnosti i odabira komercijalno dostupnih induktora.

Primjer dizajna: Dizajniran sa RT7276 naprednim konstantnim uključenjem (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sinkronim ispravljačkim step-down pretvaračem, njegova frekvencija prebacivanja je 700 kHz, ulazni napon je 4,5 V do 18 V, a izlazni napon je 1,05 V . Struja punog opterećenja je 3A. Kao što je gore spomenuto, vrijednost induktivnosti mora biti projektovana pod uslovima maksimalnog ulaznog napona od 18V i punog opterećenja od 3A, vrijednost γ se uzima kao 0,35, a gornja vrijednost se zamjenjuje u jednačinu (7), induktivnost vrijednost je

Koristite induktor s uobičajenom nominalnom vrijednošću induktivnosti od 1,5 µH. Zamijenite formulu (5) za izračunavanje struje mreškanja induktora na sljedeći način.

Dakle, vršna struja induktora je

A efektivna vrijednost struje induktora (IRMS) je

Budući da je komponenta mreškanja induktora mala, efektivna vrijednost struje induktora je uglavnom njena istosmjerna komponenta, a ova efektivna vrijednost se koristi kao osnova za odabir nazivne struje induktora IDC. Uz dizajn od 80% smanjenja snage, zahtjevi za induktivnost su:

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

Tabela 5 navodi dostupne induktore različitih serija TDK, slične veličine, ali različite po strukturi pakovanja. Iz tabele se može vidjeti da su struja zasićenja i nazivna struja žigosanog induktora (SPM6530T-1R5M) velike, a toplinski otpor mali i odvođenje topline dobro. Osim toga, prema raspravi u prethodnom poglavlju, materijal jezgre žigosane prigušnice je jezgro od željeznog praha, pa se upoređuje sa feritnim jezgrom poluzaštićenih (VLS6045EX-1R5N) i oklopljenih (SLF7055T-1R5N) induktora sa magnetnim ljepilom. , Ima dobre karakteristike DC pristranosti. Slika 11 prikazuje poređenje efikasnosti različitih induktora primenjenih na RT7276 napredni konstantno uključeni sinhroni ispravljački konvertor. Rezultati pokazuju da razlika u efikasnosti između ova tri nije značajna. Ako uzmete u obzir rasipanje topline, karakteristike istosmjerne pristranosti i disipaciju magnetnog polja, preporučuje se korištenje SPM6530T-1R5M induktora.

(5)

Tabela 5. Poređenje induktiviteta različitih serija TDK

11

Slika 11. Poređenje efikasnosti pretvarača sa različitim induktorima

Ako odaberete istu strukturu pakovanja i vrijednost induktivnosti, ali manje veličine induktora, kao što je SPM4015T-1R5M (4,4×4,1×1,5 mm), iako je njegova veličina mala, ali DC otpor RDC (44,5mΩ) i toplinski otpor ΘTH ( 51˚C) /W) Veći. Za pretvarače istih specifikacija, efektivna vrijednost struje koju toleriše induktor je također ista. Očigledno, DC otpor će smanjiti efikasnost pod velikim opterećenjem. Osim toga, velika toplinska otpornost znači slabo odvođenje topline. Stoga, prilikom odabira induktora, nije potrebno samo uzeti u obzir prednosti smanjene veličine, već i procijeniti njegove prateće nedostatke.

U zaključku

Induktivnost je jedna od najčešće korištenih pasivnih komponenti u prekidačkim energetskim pretvaračima, koja se može koristiti za skladištenje i filtriranje energije. Međutim, u dizajnu kola ne treba obratiti pažnju samo na vrijednost induktivnosti, već i na druge parametre uključujući otpor naizmjenične struje i Q vrijednost, strujnu toleranciju, zasićenje željeznog jezgra i strukturu paketa, itd., svi su parametri koji moraju uzeti u obzir pri odabiru induktora. . Ovi parametri se obično odnose na materijal jezgre, proizvodni proces, veličinu i cijenu. Stoga, ovaj članak predstavlja karakteristike različitih materijala željeznog jezgra i kako odabrati odgovarajuću induktivnost kao referencu za dizajn napajanja.