124

vijesti

Sažetak

Prigušnice su vrlo važne komponente u sklopnim pretvaračima, kao što su akumulatori energije i filteri napajanja. Postoje mnoge vrste prigušnica, poput različitih primjena (od niske frekvencije do visoke frekvencije) ili različitih jezgrenih materijala koji utječu na karakteristike prigušnice, itd. Prigušnice koje se koriste u sklopnim pretvaračima su visokofrekventne magnetne komponente. Međutim, zbog različitih faktora kao što su materijali, radni uvjeti (poput napona i struje) i temperatura okoline, predstavljene karakteristike i teorije su prilično različite. Stoga se u dizajnu sklopa, pored osnovnog parametra vrijednosti induktivnosti, još uvijek mora uzeti u obzir odnos između impedancije prigušnice i izmjeničnog otpora i frekvencije, gubitka jezgre i karakteristika struje zasićenja itd. Ovaj članak će predstaviti nekoliko važnih materijala jezgre induktora i njihove karakteristike, a također će uputiti energetske inženjere da odaberu komercijalno dostupne standardne induktivitete.

Predgovor

Induktor je elektromagnetska indukcijska komponenta koja nastaje namotavanjem određenog broja zavojnica (zavojnica) na kalem ili jezgru izoliranom žicom. Ova zavojnica naziva se induktivitetna zavojnica ili induktor. Prema principu elektromagnetske indukcije, kada se zavojnica i magnetsko polje pomiču jedno u odnosu na drugo, ili zavojnica generira naizmjenično magnetsko polje kroz izmjeničnu struju, generirat će se inducirani napon koji će se oduprijeti promjeni izvornog magnetskog polja, a ova karakteristika ograničavanja trenutne promjene naziva se induktivitet.

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

图片1

(1)

Ovisno o obliku željezne jezgre, induktivitet uključuje toroidnu, E jezgru i bubanj; u pogledu materijala jezgre od željeza, uglavnom postoje keramičke jezgre i dvije mekane magnetske vrste. Oni su feritni i metalni prah. Ovisno o strukturi ili načinu pakiranja, postoje žičane namotane, višeslojne i oblikovane, a namotane žice imaju neoklopljeni i pola magnetnog ljepila Oklopljeni (polu-zaštićeni) i zaštićeni (zaštićeni) itd.

Prigušnica djeluje poput kratkog spoja u istosmjernoj struji i predstavlja visoku impedansu na izmjeničnu struju. Osnovna upotreba u krugovima uključuje gušenje, filtriranje, podešavanje i skladištenje energije. U primjeni komutacijskog pretvarača, induktor je najvažnija komponenta za pohranu energije i tvori niskopropusni filtar s izlaznim kondenzatorom kako bi smanjio mreškanje izlaznog napona, pa također igra važnu ulogu u funkciji filtriranja.

Ovaj članak će predstaviti različite materijale jezgri induktora i njihove karakteristike, kao i neke električne karakteristike induktora, kao važnu referentnu ocjenu za odabir prigušnica tijekom dizajniranja kruga. U primjeru aplikacije, kako izračunati vrijednost induktivnosti i kako odabrati komercijalno dostupan standardni induktor, predstavit će se kroz praktične primjere.

Vrsta materijala jezgre

Prigušnice koje se koriste u sklopnim pretvaračima su visokofrekventne magnetne komponente. Materijal jezgre u središtu najviše utječe na karakteristike prigušnice, kao što su impedancija i frekvencija, vrijednost i frekvencija induktivnosti ili karakteristike zasićenja jezgre. Sljedeće će predstaviti usporedbu nekoliko uobičajenih materijala od jezgre željeza i njihove karakteristike zasićenja kao važnu referencu za odabir induktiviteta:

1. Keramička jezgra

Keramička jezgra jedan je od uobičajenih induktivnih materijala. Uglavnom se koristi za pružanje potporne konstrukcije koja se koristi prilikom navijanja zavojnice. Naziva se i „induktor vazdušnog jezgra“. Budući da je korištena željezna jezgra nemagnetski materijal s vrlo niskim temperaturnim koeficijentom, vrijednost induktiviteta je vrlo stabilna u rasponu radnih temperatura. Međutim, zbog nemagnetskog materijala kao medija, induktivitet je vrlo nizak, što nije baš pogodno za primjenu pretvarača snage.

2. Ferit

Feritna jezgra koja se koristi u općenito visokofrekventnim prigušnicama je feritno jedinjenje koje sadrži nikal cink (NiZn) ili mangan cink (MnZn), koji je mekani magnetni feromagnetski materijal s malom koercitivnošću. Slika 1 prikazuje krivulju histereze (BH petlja) općeg magnetskog jezgra. Prisilna sila HC magnetnog materijala naziva se još i prisilnom silom, što znači da kada se magnetni materijal namagnetizira do magnetne zasićenosti, njegova magnetizacija (magnetizacija) se u tom trenutku svede na nulu. Niža prisila znači manju otpornost na magnetizaciju, a takođe znači i manji gubitak histereze.

Fertanti mangan-cink i nikal-cink imaju relativno visoku relativnu propusnost (μr), oko 1500-15000, odnosno 100-1000. Njihova velika magnetska propusnost čini jezgru željeza većom u određenoj zapremini. Induktivitet. Međutim, nedostatak je što je njegova podnošljiva struja zasićenja mala, a kad se željezna jezgra zasiti, magnetska propusnost će naglo pasti. Pogledajte sliku 4 za trend smanjenja magnetske propusnosti feritnih i praškastih željeznih jezgri kada je željezna jezgra zasićena. Usporedba. Kada se koristi u induktorima snage, u glavnom magnetskom krugu ostat će zračni jaz, što može smanjiti propusnost, izbjeći zasićenje i pohraniti više energije; kada je uključen zračni razmak, ekvivalentna relativna propusnost može biti oko 20- Između 200. Budući da velika otpornost samog materijala može smanjiti gubitak izazvan vrtložnom strujom, gubitak je niži pri visokim frekvencijama, a prikladniji je za visokofrekventni transformatori, induktori EMI filtra i induktori za skladištenje energije pretvarača snage. Što se tiče radne frekvencije, nikal-cink-ferit je pogodan za upotrebu (> 1 MHz), dok je mangan-cink-ferit pogodan za opsege nižih frekvencija (<2 MHz).

图片2         1

Slika 1. Krivulja histereze magnetskog jezgra (BR: remanence; BSAT: gustoća magnetnog fluksa zasićenja)

3. Jezgra u prahu od željeza

Jezgre u prahu su takođe mekani magnetni feromagnetski materijali. Izrađeni su od legura željeza u prahu od različitih materijala ili samo od željeza u prahu. Formula sadrži nemagnetne materijale različitih veličina čestica, pa je krivulja zasićenja relativno blaga. Jezgra praškastog željeza uglavnom je toroidna. Na slici 2 prikazana je jezgra praškastog željeza i njezin presjek.

Uobičajene željezne jezgre u prahu uključuju leguru željeza-nikal-molibdena (MPP), sendust (Sendust), leguru željeza i nikla (visoki tok) i jezgru željeza u prahu (željezni prah). Zbog različitih komponenata, njegove karakteristike i cijene su takođe različite, što utječe na izbor induktora. Sljedeće će predstaviti gore spomenute tipove jezgara i usporediti njihove karakteristike:

A. Legura željezo-nikal-molibden (MPP)

Fe-Ni-Mo legura skraćeno je MPP, što je skraćenica od praha molipermaloja. Relativna propusnost je oko 14-500, a gustina zasićenog magnetskog toka je oko 7500 Gaussa (Gauss), što je više od gustine zasićenog magnetskog toka ferita (oko 4000-5000 Gauss). Mnogi vani. MPP ima najmanji gubitak željeza i ima najbolju temperaturnu stabilnost među jezgrama u prahu. Kad vanjska jednosmjerna struja dosegne ISAT struje zasićenja, vrijednost induktiviteta polako opada bez naglog slabljenja. MPP ima bolje performanse, ali veću cijenu, a obično se koristi kao induktor snage i EMI filtriranje za pretvarače snage.

 

B. Sendust

Željezna jezgra od legure željeza i silicija-aluminija je jezgra od legure željeza koja se sastoji od željeza, silicija i aluminija, s relativnom magnetskom propusnošću od oko 26 do 125. Gubitak željeza je između jezgre željeznog praha i MPP-a i legure željeza-nikla. . Zasićenost magnetnog fluksa je veća od MPP, oko 10500 Gauss-a. Karakteristike temperaturne stabilnosti i struje zasićenja nešto su inferiorne u odnosu na MPP i leguru željeza i nikla, ali su bolje od jezgre željeza u prahu i feritne jezgre, a relativni trošak je jeftiniji od legure MPP i legure željeza i nikla. Najviše se koristi u EMI filtriranju, krugovima za korekciju faktora snage (PFC) i induktivitetima snage preklopnih pretvarača snage.

 

C. Legura željezo-nikal (visok protok)

Jezgro legure željeza i nikla izrađeno je od željeza i nikla. Relativna magnetska propusnost je oko 14-200. Gubitak željeza i temperaturna stabilnost su između MPP i legure željeza-silicij-aluminij. Jezgro od legure željeza i nikla ima najveću gustinu magnetskog fluksa zasićenja, oko 15.000 Gaussa, i može podnijeti veće istosmjerne struje predsmještaja, a njegove karakteristike istosmjerne pristranosti su također bolje. Područje primjene: Korekcija aktivnog faktora snage, induktivitet akumulacije energije, induktivitet filtra, visokofrekventni transformator povratnog pretvarača itd.

 

D. Gvozdeni prah

Jezgra željeznog praha izrađena je od čestica željeznog praha visoke čistoće s vrlo malim česticama koje su međusobno izolirane. Proizvodni postupak čini distribuirani zračni raspor. Pored oblika prstena, uobičajeni oblici jezgara u obliku željeza u prahu imaju i E-tip i vrste žigosanja. Relativna magnetska propusnost jezgre željeznog praha je oko 10 do 75, a gustina magnetskog toka visoke zasićenosti oko 15000 Gauss-a. Među jezgrama željeza u prahu, jezgra željeza u prahu ima najveći gubitak željeza, ali najnižu cijenu.

Slika 3 prikazuje BH krivulje PC47 mangan-cink ferita proizvođača TDK i jezgre u prahu od željeza -52 i -2 proizvođača MICROMETALS; relativna magnetska propusnost mangan-cink-ferita mnogo je veća od one u jezgri željeza u prahu i zasićena. Gustina magnetskog toka je također vrlo različita, ferit je oko 5000 Gauss, a jezgra željeznog praha više od 10000 Gauss.

图片3   3

Slika 3. BH krivulja jezgara mangan-cink-ferita i željeza u prahu od različitih materijala

 

Ukratko, karakteristike zasićenja željezne jezgre su različite; nakon što se struja zasićenja premaši, magnetska propusnost feritne jezgre će naglo pasti, dok se jezgra željeznog praha može polako smanjivati. Na slici 4 prikazane su karakteristike pada magnetske propusnosti jezgra u prahu od željeza s jednakom magnetskom propusnošću i ferita sa zračnim zazorom pod različitim jačinama magnetskog polja. To također objašnjava induktivitet feritne jezgre, jer propusnost naglo pada kad je jezgra zasićena, kao što se vidi iz jednačine (1), to također dovodi do naglog pada induktivnosti; dok jezgra praha s raspoređenim zračnim rasporom, brzina magnetske propusnosti polako opada kada je željezna jezgra zasićena, pa se induktivnost nježnije smanjuje, odnosno ima bolja svojstva jednosmjerne pristranosti. U primjeni pretvarača snage ova karakteristika je vrlo važna; ako karakteristika sporog zasićenja induktora nije dobra, struja induktora raste do struje zasićenja, a nagli pad induktivnosti uzrokovat će nagli porast trenutnog naprezanja preklopnog kristala, što je lako nanijeti štetu.

图片3    4

Slika 4. Karakteristike pada magnetske propusnosti jezgre jezgra u prahu i jezgre feritnog željeza sa zračnim razmakom pod različitom jačinom magnetskog polja.

 

Električne karakteristike induktora i struktura paketa

Pri projektiranju preklopnog pretvarača i odabiru prigušnice, vrijednost induktiviteta 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 moraju biti uzeti u obzir. Pored toga, struktura pakiranja induktora utjecat će na veličinu magnetskog curenja, što zauzvrat utječe na EMI. Sljedeće će gore spomenute karakteristike razmatrati odvojeno kao razmatranja za odabir prigušnica.

1. Vrijednost induktivnosti (L)

Vrijednost induktivnosti prigušnice je najvažniji osnovni parametar u dizajnu sklopa, ali mora se provjeriti je li vrijednost induktivnosti stabilna na radnoj frekvenciji. Nominalna vrijednost induktivnosti obično se mjeri na 100 kHz ili 1 MHz bez vanjskog istosmjernog prednapona. A kako bi se osigurala mogućnost masovne automatizirane proizvodnje, tolerancija prigušnice obično iznosi ± 20% (M) i ± 30% (N). Slika 5 je grafikon karakterističnih karakteristika induktiviteta induktora Taiyo Yuden NR4018T220M izmjeren LCR metrom Waynea Kerra. Kao što je prikazano na slici, krivulja vrijednosti induktiviteta relativno je ravna prije 5 MHz, a vrijednost induktivnosti gotovo se može smatrati konstantom. U opsegu visokih frekvencija zbog rezonancije generisane parazitskim kapacitetom i induktivnošću, vrijednost induktivnosti će se povećati. Ova rezonantna frekvencija naziva se samo-rezonantna frekvencija (SRF), koja obično mora biti mnogo veća od radne frekvencije.

图片5  5

Slika 5, Taiyo Yuden NR4018T220M dijagram mjerenja karakterističnih karakteristika induktiviteta

 

2. Impedansa (Z)

Kao što je prikazano na slici 6, dijagram impedance se može vidjeti i iz performansi induktiviteta na različitim frekvencijama. Impedancija induktora je približno proporcionalna frekvenciji (Z = 2πfL), pa će što je frekvencija veća, reaktansa će biti mnogo veća od otpora izmjenične struje, pa se impedancija ponaša kao čista induktivnost (faza je 90˚). Na visokim frekvencijama, zbog efekta parazitske kapacitivnosti, može se vidjeti tačka samorezonantne frekvencije impedancije. Nakon ove točke, impedancija opada i postaje kapacitivna, a faza se postepeno mijenja na -90 ˚.

图片6  6

3. Q vrijednost i AC otpor (ACR)

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

图片7

(2)

Gdje je XL reaktancija prigušnice, a RL izmjenični otpor prigušnice.

U opsegu niskih frekvencija, izmjenični otpor je veći od reaktancije izazvane induktivitetom, pa je njegova Q vrijednost vrlo niska; kako se frekvencija povećava, reaktancija (oko 2πfL) postaje sve veća i veća, čak i ako otpor zbog kožnog efekta (efekt kože) i blizine (blizina) efekta) Efekat postaje sve veći i veći, a vrijednost Q i dalje raste s učestalošću ; kada se približava SRF, induktivna reaktancija se postepeno nadoknađuje kapacitivnom reaktancijom, a vrijednost Q postepeno postaje manja; kada SRF postane nula, jer su induktivna reaktancija i kapacitivna reaktancija potpuno iste Nestaju. Slika 7 prikazuje odnos između vrijednosti Q i frekvencije NR4018T220M, a odnos je u obliku obrnutog zvona.

图片8  7

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

U opsegu induktivnosti frekvencijskog područja primjene, što je veća vrijednost Q, to je bolje; to znači da je njegova reaktancija mnogo veća od AC otpora. Uopšteno govoreći, najbolja vrijednost Q je iznad 40, što znači da je kvalitet prigušnice dobar. Međutim, generalno kako se jednosmerna pristrasnost povećava, vrijednost induktivnosti će se smanjivati, a Q vrijednost će se takođe smanjivati. Ako se koristi ravna emajlirana žica ili emajlirana žica s više niti, učinak kože, odnosno otpornost na izmjeničnu struju, može se smanjiti, a Q vrijednost induktora takođe može biti povećana.

DC otpor DCR obično se smatra istosmjernim otporom bakrene žice, a otpor se može izračunati prema promjeru i duljini žice. Međutim, većina SMD induktora slabe struje koristit će ultrazvučno zavarivanje za izradu bakrenog lima SMD-a na terminalu za namotavanje. Međutim, budući da bakrena žica nije dugačka i vrijednost otpora nije velika, otpor zavarivanja često čini značajan dio ukupnog istosmjernog otpora. Uzimajući za primjer TDK-ov namotani SMD induktor CLF6045NIT-1R5N, izmjereni istosmjerni otpor iznosi 14,6Ω, a istosmjerni otpor izračunat na osnovu promjera i dužine žice iznosi 12,1mΩ. Rezultati pokazuju da ovaj otpor zavarivanja čini oko 17% ukupnog otpora jednosmjerne struje.

AC otpor ACR ima efekt kože i blizinu, što će dovesti do povećanja ACR-a s učestalošću; u primjeni opće induktivnosti, jer je AC komponenta mnogo niža od istosmjerne komponente, utjecaj koji uzrokuje ACR nije očit; ali pri laganom opterećenju, jer je istosmjerna komponenta smanjena, gubitak uzrokovan ACR-om ne može se zanemariti. Učinak kože znači da je u uvjetima izmjenične struje raspodjela struje unutar vodiča neravnomjerna i koncentrirana na površini žice, što rezultira smanjenjem ekvivalentne površine presjeka žice, što zauzvrat povećava ekvivalentni otpor žice sa frekvencija. Pored toga, u namotaju žice susjedne žice uzrokovat će sabiranje i oduzimanje magnetnih polja zbog struje, tako da se struja koncentrira na površinu uz žicu (ili najudaljeniju površinu, ovisno o smjeru struje ), što takođe uzrokuje ekvivalentno presretanje žice. Pojava da se površina smanjuje, a ekvivalentni otpor povećava je takozvani efekt blizine; u primjeni induktiviteta višeslojnog namotaja, učinak blizine je još očitiji.

图片9  8

Slika 8 prikazuje vezu između otpora izmjenične struje i frekvencije namotanog SMD induktora NR4018T220M. Na frekvenciji od 1kHz, otpor je oko 360mΩ; na 100kHz, otpor raste na 775mΩ; na 10MHz, vrijednost otpora je blizu 160Ω. Pri procjeni gubitka bakra, proračun mora uzeti u obzir ACR uzrokovan efektom kože i blizine te ga prilagoditi formuli (3).

4. Struja zasićenja (ISAT)

Struja zasićenja ISAT je općenito struja pristranosti označena kada je vrijednost induktiviteta prigušena, poput 10%, 30% ili 40%. Za ferit zračnog zazora, jer je njegova karakteristika struje 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), krivulja zasićenja je relativno blaga, kao što je prikazano na slici 9, struja pristranosti pri 10% ili 40% slabljenja induktivnosti je mnogo različita, pa će se vrijednost struje zasićenja razmatrati odvojeno za dvije vrste željeznih jezgri, kako slijedi.

Za ferit sa zračnim zazorom, razumno je koristiti ISAT kao gornju granicu maksimalne struje prigušnice u krugovima. Međutim, ako se radi o jezgri od željeznog praha, zbog karakteristika sporog zasićenja neće biti problema čak i ako maksimalna struja aplikacijskog kruga premaši ISAT. Zbog toga je ova karakteristika željezne jezgre najprikladnija za primjenu pretvarača konvertora. Pod velikim opterećenjem, iako je vrijednost induktivnosti prigušnice niska, kao što je prikazano na slici 9, trenutni faktor valovitosti je visok, ali trenutna tolerancija struje kondenzatora je velika, pa to neće predstavljati problem. Pod laganim opterećenjem, vrijednost induktivnosti induktora je veća, što pomaže u smanjenju valovite struje induktora, čime se smanjuju gubici željeza. Slika 9 uspoređuje krivulju struje zasićenja TDK namotanog ferita SLF7055T1R5N i utisnutog induktora jezgre od željeznog praha SPM6530T1R5M pod istom nominalnom vrijednošću induktivnosti.

图片9   9

Slika 9. Kriva struje zasićenja namotanog ferita i žigosane jezgre željeznog praha pod istom nominalnom vrijednošću induktiviteta

5. Nazivna struja (IDC)

IDC vrijednost je jednosmjerna pristranost kada temperatura induktora poraste na Tr˚C. Specifikacije također ukazuju na vrijednost istosmjernog otpora RDC na 20 ° C. Prema temperaturnom koeficijentu bakarne žice iznosi oko 3.930 ppm, kada temperatura Tr poraste, vrijednost njegovog otpora je RDC_Tr = RDC (1 + 0,00393Tr), a potrošnja energije PCU = I2DCxRDC. Ovaj gubitak bakra raspršuje se na površini induktora, a toplotni otpor ΘTH induktora može se izračunati:

图片13(2)

Tabela 2 odnosi se na tehnički list serije TDK VLS6045EX (6,0 × 6,0 × 4,5 mm) i izračunava toplotni otpor pri porastu temperature od 40 ° C. Očito je da su za induktivitete iste serije i veličine izračunat toplotni otpor gotovo jednak zbog iste površine odvođenja toplote na površini; drugim riječima, može se procijeniti nazivna struja IDC različitih prigušnica. Različite serije (paketi) prigušnica imaju različitu toplotnu otpornost. Tablica 3 uspoređuje toplinsku otpornost prigušnica serije TDK VLS6045EX (polu-zaštićene) i serije SPM6530 (lijevane). Što je veći toplinski otpor, to je veći porast temperature koji nastaje kad induktivitet teče kroz struju opterećenja; inače, niže.

图片14  (2)

Tablica 2. Toplinski otpor induktora serije VLS6045EX pri porastu temperature od 40 ° C

Iz tablice 3 može se vidjeti da čak i ako je veličina prigušnica slična, toplinski otpor utisnutih prigušnica je nizak, odnosno odvođenje topline je bolje.

图片15  (3)

Tabela 3. Usporedba toplinske otpornosti različitih induktiviteta paketa.

 

6. Gubitak jezgra

Gubitak jezgre, koji se naziva gubitak željeza, uglavnom je uzrokovan vrtložnim gubicima i gubitkom histereze. Veličina gubitka vrtložne struje uglavnom ovisi o tome je li materijal jezgre lako "provesti"; ako je provodljivost velika, odnosno otpornost mala, gubitak vrtložne struje velik, a ako je otpor ferita visok, gubitak vrtložne struje je relativno nizak. Gubitak vrtložne struje također je povezan sa frekvencijom. Što su frekvencije veće, veći su gubici vrtložne struje. Stoga će materijal jezgre odrediti pravilnu radnu frekvenciju jezgre. Uopšteno govoreći, radna frekvencija jezgre željeznog praha može doseći 1MHz, a radna frekvencija ferita može doseći 10MHz. Ako radna frekvencija premaši ovu frekvenciju, gubici vrtložne struje će se brzo povećati, a temperatura jezgre željeza također će se povećati. Međutim, s brzim razvojem materijala od jezgre željeza, jezgre željeza s višim radnim frekvencijama trebaju biti odmah iza ugla.

Drugi gubitak željeza je gubitak histereze, koji je proporcionalan površini zatvorenoj krivuljom histereze, koja je povezana sa amplitudom njihanja AC komponente struje; što je veći zamah AC, veći je gubitak histereze.

U ekvivalentnom krugu prigušnice, otpornik povezan paralelno sa prigušnicom često se koristi za izražavanje gubitka željeza. Kada je frekvencija jednaka SRF, induktivna reaktancija i kapacitivna reaktancija se poništavaju, a ekvivalentna reaktanca je nula. Trenutno je impedancija induktora jednaka otpornosti na gubitak željeza u seriji s otporom namotaja, a otpor gubicima željeza je mnogo veći od otpora namotaja, tako da je impedancija na SRF približno jednaka otpornosti na gubitak željeza. Uzimajući za primjer niskonaponski prigušnicu, njegova otpornost na gubitak željeza je oko 20kΩ. Ako se procijeni da je efektivni vrijednosni napon na oba kraja prigušnice 5V, njegov gubitak željeza je oko 1,25mW, što također pokazuje da je veći otpor gubicima željeza to bolji.

7. Struktura štita

Struktura pakiranja feritnih prigušnica uključuje neoklopljene, polu-zaštićene magnetskim ljepilom i zaštićene, a u oba postoji značajan zračni razmak. Očito je da će zračni jaz imati magnetsko curenje, au najgorem slučaju ometati će okolne male signalne krugove, ili ako se u blizini nalazi magnetni materijal, njegova induktivnost će se također promijeniti. Druga struktura pakiranja je utisnuti induktor željeznog praha. Budući da unutar zavojnice nema praznine, a struktura namota je čvrsta, problem rasipanja magnetskog polja je relativno mali. Slika 10 je upotreba funkcije FFT osciloskopa RTO 1004 za mjerenje magnetskog polja propuštanja na 3 mm iznad i sa strane utisnutog induktora. U tablici 4. navedena je usporedba magnetskog polja curenja različitih induktora strukture paketa. Može se vidjeti da neoklopljeni induktori imaju najozbiljnije magnetsko curenje; utisnute induktivitete imaju najmanje magnetsko propuštanje, pokazujući najbolji učinak magnetskog zaštite. . Razlika u veličini magnetskog polja curenja induktora ove dvije strukture je oko 14dB, što je gotovo 5 puta.

10图片16

Slika 10. Veličina magnetskog polja curenja izmjerena na 3 mm iznad i na boku utisnutog induktora

图片17 (4)

Tablica 4. Usporedba magnetskog polja curenja različitih induktora strukture paketa

8. spojnica

U nekim se aplikacijama ponekad na PCB-u nalazi više setova pretvarača jednosmjerne struje, koji su obično poredani jedan pored drugog, a njihovi odgovarajući prigušnici također su poredani jedan pored drugog. Ako koristite ne-zaštićeni ili polu-zaštićeni tip s magnetnim ljepilom, induktori mogu biti povezani jedni s drugima kako bi stvorili EMI smetnje. Stoga se prilikom postavljanja prigušnice preporuča prvo označiti polaritet prigušnice i spojiti početnu i namotajnu tačku najunutarnjeg sloja prigušnice na preklopni napon pretvarača, kao što je VSW pretvarača sa donje strane, koja je pokretna tačka. Izlazni priključak povezan je s izlaznim kondenzatorom, koji je statička točka; namotaj bakarne žice stoga formira određeni stupanj zaštite od električnog polja. U rasporedu ožičenja multipleksera, fiksiranje polariteta induktivnosti pomaže popraviti veličinu međusobne induktivnosti i izbjeći neke neočekivane EMI probleme.

Aplikacije:

Prethodno poglavlje raspravljalo je o materijalu jezgre, strukturi ambalaže i važnim električnim karakteristikama prigušnice. U ovom će poglavlju biti objašnjeno kako odabrati odgovarajuću vrijednost induktivnosti povratnog pretvarača i razmatranja za odabir komercijalno dostupne induktivnosti.

Kao što je prikazano u jednadžbi (5), vrijednost prigušnice i komutacijska frekvencija pretvarača utjecati će na valovitu struju prigušnice (ΔiL). Puhala struja induktora proći će kroz izlazni kondenzator i utjecati na valovitu struju izlaznog kondenzatora. Stoga će to utjecati na odabir izlaznog kondenzatora i dalje utjecati na veličinu mreškanja izlaznog napona. Nadalje, vrijednost induktiviteta i vrijednost izlaznog kapaciteta također će utjecati na dizajn povratnih informacija sistema i dinamički odziv opterećenja. Odabir veće vrijednosti induktivnosti ima manje strujno naprezanje na kondenzatoru, a korisno je i smanjiti mreškanje izlaznog napona i može pohraniti više energije. Međutim, veća vrijednost induktivnosti ukazuje na veću zapreminu, odnosno veći trošak. Zbog toga je prilikom dizajniranja pretvarača dizajn vrijednosti induktiviteta vrlo važan.

图片18        (5)

Iz formule (5) se može vidjeti da će, kada je jaz između ulaznog napona i izlaznog napona veći, valovita struja induktorske struje biti veća, što je najgori uvjet konstrukcije induktiviteta. Zajedno s drugom induktivnom analizom, tačka dizajniranja induktivnosti silaznog pretvarača obično bi trebala biti odabrana u uvjetima maksimalnog ulaznog napona i punog opterećenja.

Prilikom dizajniranja vrijednosti induktivnosti potrebno je napraviti kompromis između valovite struje induktora i veličine induktiviteta, a faktor valovite struje (faktor valovite struje; γ) ovdje je definiran, kao u formuli (6).

图片19(6)

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

图片20  (7)

Prema formuli (7), kada je razlika između ulaznog i izlaznog napona veća, γ vrijednost se može odabrati veća; naprotiv, ako su ulazni i izlazni napon bliži, dizajn γ vrijednosti mora biti manji. Da bi se moglo odabrati između mreškaste struje induktora i veličine, prema vrijednosti tradicionalnog dizajnerskog iskustva, γ je obično 0,2 do 0,5. Slijedi RT7276 kao primjer za ilustraciju izračuna induktiviteta i odabira komercijalno dostupnih prigušnica.

Primjer dizajna: Dizajniran sa RT7276 naprednim konstantnim uključivanjem (Advanced Constant On-Time; ACOTTM), sinhronim pretvaračem silaznog ispravljanja, frekvencija prebacivanja je 700 kHz, ulazni napon 4,5 V do 18 V, a izlazni napon 1,05 V . Struja punog opterećenja je 3A. Kao što je gore spomenuto, vrijednost induktivnosti mora biti projektirana u uvjetima maksimalnog ulaznog napona od 18V i punog opterećenja od 3A, vrijednost γ se uzima kao 0,35, a gornja vrijednost zamjenjuje se u jednačinu (7), induktivitet vrijednost je

图片21

 

Koristite prigušnicu s konvencionalnom nominalnom vrijednošću induktiviteta od 1,5 µH. Zamijenite formulu (5) za izračunavanje valovite struje induktora na sljedeći način.

图片22

Stoga je vršna struja induktora

图片23

A efektivna vrijednost struje prigušnice (IRMS) je

图片24

Budući da je komponenta mreškanja induktora mala, efektivna vrijednost struje induktora uglavnom je njena istosmjerna komponenta i ta efektivna vrijednost koristi se kao osnova za odabir IDC nazivne struje induktora. Sa 80% smanjenim (smanjenim) dizajnom, zahtjevi za induktivnošću su:

 

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

 

Tabela 5 navodi dostupne prigušnice različitih serija TDK, slične veličine, ali različite u strukturi paketa. Iz tablice se vidi da su struja zasićenja i nazivna struja utisnutog induktora (SPM6530T-1R5M) velike, a toplotni otpor mali i odvođenje toplote dobro. Pored toga, prema raspravi u prethodnom poglavlju, materijal jezgre utisnutog induktora je jezgra željeznog praha, pa se uspoređuje s feritnom jezgrom polu-zaštićenih (VLS6045EX-1R5N) i zaštićenih (SLF7055T-1R5N) induktora magnetnim ljepilom. , Ima dobre DC karakteristike pristranosti. Na slici 11 prikazana je usporedba efikasnosti različitih induktora primijenjenih na napredni pretvarač za postepeno sinhrono ispravljanje RT7276 s konstantnim vremenom. Rezultati pokazuju da razlika u efikasnosti između ove tri vrste nije značajna. Ako uzimate u obzir disipaciju topline, karakteristike istosmjerne pristranosti i disipaciju magnetskog polja, preporučuje se upotreba prigušnica SPM6530T-1R5M.

图片25(5)

Tabela 5. Usporedba induktiviteta različitih serija TDK

图片26 11

Slika 11. Usporedba efikasnosti pretvarača s različitim induktorima

Ako odaberete istu strukturu paketa i vrijednost induktivnosti, ali induktora manje veličine, kao što je SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), iako je njegova veličina mala, ali istosmjerni otpor RDC (44,5 mΩ) i toplotni otpor ΘTH ( 51˚C) / W) Veća. Za pretvarače istih specifikacija efektivna vrijednost struje koju tolerira prigušnica je također ista. Očigledno je da će jednosmerni otpor smanjiti efikasnost pod velikim opterećenjem. Pored toga, veliki toplotni otpor znači loše odvođenje toplote. Stoga, pri odabiru prigušnice, nije potrebno uzeti u obzir samo blagodati smanjene veličine, već i procijeniti popratne nedostatke.

 

U zakljucku

Induktivnost je jedna od najčešće korištenih pasivnih komponenata u komutacijskim pretvaračima snage, koja se može koristiti za skladištenje i filtriranje energije. Međutim, u dizajnu strujnog kruga ne treba obratiti pažnju samo na vrijednost induktivnosti, već su i svi parametri koji uključuju otpor izmjeničnog napona i vrijednost Q, toleranciju struje, zasićenost jezgre željeza i strukturu paketa itd., Koji moraju biti uzeti u obzir pri odabiru prigušnice. . Ti su parametri obično povezani sa osnovnim materijalom, proizvodnim postupkom te veličinom i troškovima. Stoga ovaj članak predstavlja karakteristike različitih materijala od jezgre željeza i kako odabrati odgovarajuću induktivnost kao referencu za dizajn napajanja.

 


Vrijeme objavljivanja: jun-15-2021