124

hírek

Összegzés

Az induktorok nagyon fontos alkatrészek az átalakító kapcsolásában, például az energiatároló és az áramszűrők. Számos típusú induktivitás létezik, például különböző alkalmazásokhoz (az alacsony frekvenciától a nagy frekvenciáig), vagy különböző maganyagok, amelyek befolyásolják az induktor jellemzőit stb. A kapcsolóberendezésekben használt induktorok nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek. Különböző tényezők, például anyagok, működési körülmények (például feszültség és áram) és környezeti hőmérséklet miatt azonban a bemutatott jellemzők és elméletek meglehetősen eltérőek. Ezért az áramkörtervezésnél az induktivitás értékének alapvető paraméterén kívül továbbra is figyelembe kell venni az induktor impedanciájának és az AC ellenállásának és frekvenciájának, a magveszteségnek és a telítési áram jellemzőinek stb. Ez a cikk számos fontos induktív maganyagot és azok jellemzőit ismerteti, és az energetikai mérnököket arra is irányítja, hogy a kereskedelemben kapható standard induktivitásokat válasszák.

Előszó

Az induktor egy elektromágneses indukciós komponens, amely akkor keletkezik, ha bizonyos számú tekercset (tekercset) egy szigetelt vezetékkel tekercselünk az orsóra vagy a magra. Ezt a tekercset induktivitástekercsnek vagy induktivitásnak nevezzük. Az elektromágneses indukció elve szerint, amikor a tekercs és a mágneses tér egymáshoz képest mozog, vagy ha a tekercs váltakozó áram révén váltakozó mágneses teret generál, akkor indukált feszültség keletkezik, hogy ellenálljon az eredeti mágneses tér változásának, és az aktuális változás visszafogásának ezt a jellemzőjét induktivitásnak nevezzük.

Az induktivitásérték képlete megegyezik az (1) képlettel, amely arányos a mágneses permeabilitással, az N tekercselő fordulások négyzetével és az ekvivalens Ae mágneses áramkör keresztmetszetével, és fordítottan arányos az ekvivalens mágneses áramkör hosszával. . Sokféle induktivitás létezik, amelyek mindegyike különböző alkalmazásokhoz alkalmas; az induktivitás összefügg a formával, a mérettel, a tekercselési módszerrel, a fordulatok számával és a köztes mágneses anyag típusával.

图片1

(1)

A vasmag alakjától függően az induktivitás magában foglalja a toroidális, az E magot és a dobot; a vasmag anyagát tekintve főleg kerámiamag és két puha mágneses típus létezik. Ferrit és fémpor. A szerkezettől vagy a csomagolási módtól függően vannak huzaltekercsek, többrétegűek és öntöttek, és a huzaltekercs nem árnyékolt, a fele mágneses ragasztó árnyékolt (félig árnyékolt) és árnyékolt (árnyékolt) stb.

Az induktor rövidzárlatként működik az egyenáramban, és nagy impedanciát mutat a váltakozó áramnak. Az áramkörök alapvető felhasználási területei a fojtás, a szűrés, a hangolás és az energiatárolás. A kapcsoló átalakító alkalmazásakor az induktor a legfontosabb energiatároló komponens, és a kimeneti kondenzátorral aluláteresztő szűrőt képez a kimeneti feszültség hullámzásának csökkentése érdekében, így a szűrési funkcióban is fontos szerepet játszik.

Ez a cikk bemutatja az induktorok különféle alapanyagait és jellemzőit, valamint az induktorok néhány elektromos jellemzőjét, mint fontos értékelési referenciát az induktorok áramkörtervezés során történő kiválasztásához. Az alkalmazási példában gyakorlati példákon keresztül bemutatjuk az induktivitás értékének kiszámítását és a kereskedelemben kapható standard induktor kiválasztását.

A mag anyagának típusa

A kapcsolóberendezésekben használt induktorok nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek. A középpontban lévő mag anyaga a legjobban befolyásolja az induktor jellemzőit, például az impedanciát és a frekvenciát, az induktivitás értékét és frekvenciáját vagy a mag telítettségi jellemzőit. Az alábbiakban bemutatjuk számos gyakori vasmag anyag és azok telítési jellemzőinek összehasonlítását, amely fontos referencia a teljesítményinduktorok kiválasztásához:

1. Kerámia mag

A kerámia mag az egyik általános induktivitási anyag. Elsősorban a tekercs tekercselésénél használt tartószerkezet biztosítására szolgál. „Légmag-induktivitásnak” is nevezik. Mivel az alkalmazott vasmag nem mágneses anyag, nagyon alacsony hőmérsékleti együtthatóval, az induktivitás értéke nagyon stabil az üzemi hőmérséklet-tartományban. Mivel azonban a nem mágneses anyag, mint közeg, az induktivitás nagyon alacsony, ami nem túl alkalmas az áramátalakítók alkalmazására.

2. Ferrit

Az általános nagyfrekvenciás induktorokban használt ferritmag nikkel-cinket (NiZn) vagy mangán-cinket (MnZn) tartalmazó ferritvegyület, amely puha mágneses ferromágneses anyag, alacsony koercitivitással. Az 1. ábra egy általános mágneses mag hiszterézis görbéjét (BH hurok) mutatja. A mágneses anyag HC kényszerítő erejét kényszerítő erőnek is nevezzük, ami azt jelenti, hogy amikor a mágneses anyag mágneses telítettségig mágnesezett, akkor mágnesezettsége (mágnesezettsége) nullára csökken Az akkor szükséges mágneses térerősség. Az alacsonyabb koercitivitás alacsonyabb ellenállást jelent a mágnesezéssel szemben, és alacsonyabb hiszterézisvesztést is jelent.

A mangán-cink és nikkel-cink ferritek viszonylag nagy relatív permeabilitással (μr) rendelkeznek, körülbelül 1500-15000, illetve 100-1000. Magas mágneses permeabilitása a vasmagot bizonyos térfogatban magasabbra teszi. Az induktivitás. Hátránya azonban, hogy az elviselhető telítési áram alacsony, és ha a vasmag telített lesz, a mágneses permeabilitás erősen csökken. Ha a vasmag telített, akkor a ferrit- és porpormagok mágneses permeabilitásának csökkenő trendjét lásd a 4. ábrán. Összehasonlítás. Teljesítményinduktorokban történő alkalmazás esetén a fő mágneses áramkörben légrés marad, amely csökkentheti a permeabilitást, elkerülheti a telítettséget és több energiát tárolhat; ha a légrést is figyelembe vesszük, az ekvivalens relatív permeabilitás kb. 20 - 200 között lehet. Mivel maga az anyag nagy ellenállása csökkentheti az örvényáram okozta veszteséget, a veszteség alacsonyabb a magas frekvenciákon, és alkalmasabb nagyfrekvenciás transzformátorok, EMI szűrő induktivitások és az energiaátalakítók energiatároló induktivitásai. Működési frekvenciáját tekintve a nikkel-cink ferrit alkalmas (> 1 MHz), míg a mangán-cink ferrit alacsonyabb frekvenciasávokra (<2 MHz).

图片2         1

1. ábra A mágneses mag hiszterézisgörbéje (BR: remanence; BSAT: telítettségű mágneses fluxus sűrűsége)

3. Por vasmag

A porvas magok szintén lágymágneses ferromágneses anyagok. Különböző anyagú vasporötvözetekből vagy csak vasporból készülnek. A képlet nem mágneses anyagokat tartalmaz, különböző szemcsemérettel, így a telítettségi görbe viszonylag gyengéd. A por vasmagja többnyire toroid alakú. A 2. ábra a porpor magját és annak keresztmetszetét mutatja.

A közönséges por alakú vasmagok közé tartozik a vas-nikkel-molibdén ötvözet (MPP), a sáska (Sendust), a vas-nikkel ötvözet (nagy fluxus) és a vaspor-mag (vaspor). A különböző alkatrészek miatt jellemzői és árai is különböznek, ami befolyásolja az induktorok választását. Az alábbiakban bemutatjuk a fent említett magtípusokat és összehasonlítjuk azok jellemzőit:

A. Vas-nikkel-molibdén ötvözet (MPP)

A Fe-Ni-Mo ötvözet rövidítése MPP, amely a molipermalloy por rövidítése. A relatív permeabilitás kb. 14-500, a telítettségű mágneses fluxus sűrűsége pedig körülbelül 7500 Gauss (Gauss), ami magasabb, mint a ferrit telített mágneses fluxus sűrűsége (kb. 4000-5000 Gauss). Sokan ki. Az MPP a legkevesebb vasveszteséggel rendelkezik, és a por-vas magok között a hőmérséklet-stabilitás a legjobb. Amikor a külső egyenáram eléri az ISAT telítettségi áramot, az induktivitás értéke hirtelen csillapítás nélkül lassan csökken. Az MPP jobb teljesítményt, de magasabb költségeket kínál, és általában teljesítmény-induktorként és EMI-szűrőként használják az áramátalakítókhoz.

 

B. Sendust

A vas-szilícium-alumínium ötvözetből készült vasmag vasból, szilíciumból és alumíniumból álló ötvözött vasmag, amelynek relatív mágneses permeabilitása körülbelül 26–125. A vasveszteség a vaspormag és az MPP és a vas-nikkel ötvözet között van. . A szaturációs mágneses fluxus sűrűsége magasabb, mint az MPP, körülbelül 10500 Gauss. A hőmérsékleti stabilitás és a telítési áram jellemzői kissé alacsonyabbak az MPP-nél és a vas-nikkel ötvözetnél, de jobbak, mint a vasporos mag és a ferritmag, és a relatív költség olcsóbb, mint az MPP és a vas-nikkel ötvözet. Leginkább EMI-szűrésben, teljesítménytényező-korrekciós (PFC) áramkörökben és kapcsoló-áramátalakítók teljesítmény-induktoraiban használják.

 

C. Vas-nikkel ötvözet (nagy fluxus)

A vas-nikkel ötvözet mag vasból és nikkelből készül. A relatív mágneses permeabilitás körülbelül 14-200. A vasveszteség és a hőmérsékleti stabilitás az MPP és a vas-szilícium-alumínium ötvözet között van. A vas-nikkel ötvözet magja rendelkezik a legnagyobb telítettségű mágneses fluxussűrűséggel, körülbelül 15 000 Gaus-szal, és képes ellenállni a nagyobb DC-előfeszítő áramoknak, és DC-előfeszítési jellemzői is jobbak. Alkalmazási kör: Aktív teljesítménytényező korrekció, energiatároló induktivitás, szűrőinduktivitás, a visszacsatoló konverter nagyfrekvenciás transzformátora stb.

 

D. Vaspor

A vaspor mag nagy tisztaságú vaspor részecskékből áll, nagyon kicsi, egymástól szigetelt részecskékkel. A gyártási folyamat elosztott légréssel rendelkezik. A gyűrű alakján kívül a közönséges vasporos magformáknak E-típusú és bélyegző-típusuk is van. A vaspor mag relatív mágneses permeabilitása körülbelül 10-75, a nagy telítettségű mágneses fluxus-sűrűség pedig körülbelül 15000 Gauss. A porvas magok közül a vaspor magnak van a legnagyobb vasvesztesége, de a legalacsonyabb költsége.

A 3. ábra bemutatja a TDK által gyártott PC47 mangán-cink ferrit BH görbéit és a MICROMETALS által gyártott -52 és -2 porporos magokat; a mangán-cink ferrit relatív mágneses permeabilitása sokkal nagyobb, mint a porított vasmagoké, és telített A mágneses fluxus sűrűsége szintén nagyon eltérő, a ferrit körülbelül 5000 Gauss és a vaspor magja meghaladja a 10000 Gaust.

图片3   3

3. ábra: Különböző anyagú mangán-cink ferrit és vaspor magok BH görbéje

 

Összefoglalva, a vasmag telítési jellemzői különbözőek; a telítettségi áram túllépése után a ferritmag mágneses permeabilitása hirtelen csökken, míg a vaspormag lassan csökkenhet. A 4. ábra ugyanazzal a mágneses permeabilitással rendelkező vaspor mag mágneses permeabilitási csepp jellemzőit mutatja, és különböző mágneses térerősségű légréssel rendelkező ferrit mágneses permeabilitása. Ez megmagyarázza a ferritmag induktivitását is, mivel a permeabilitás hirtelen csökken, ha a mag telített, amint az az (1) egyenletből látható, az induktivitás is hirtelen csökken; míg a pormag elosztott légréssel rendelkezik, a mágneses permeabilitás A sebesség lassan csökken, ha a vasmag telített, így az induktivitás kíméletesebben csökken, vagyis jobb DC-torzítási jellemzői vannak. Az áramátalakítók alkalmazásában ez a jellemző nagyon fontos; ha az induktor lassú telítettségi jellemzője nem jó, akkor az induktív áram a telítési áramra emelkedik, és az induktivitás hirtelen csökkenése a kapcsolókristály áramfeszültségének hirtelen megemelkedését okozza, ami könnyen károsodást okozhat.

图片3    4

4. ábra Különböző mágneses térerősségű légréssel rendelkező vaspor és ferrit vasmag mágneses permeabilitásának csökkenési jellemzői.

 

Az induktor elektromos jellemzői és a csomagolás szerkezete

A kapcsoló átalakító tervezésekor és az induktor kiválasztásakor az L induktivitás értéke, Z impedanciája, AC AC és Q ellenállási értéke (minőségi tényező), a névleges áram IDC és ISAT, valamint a magveszteség (magveszteség) és egyéb fontos elektromos jellemzők mind szükségesek megfontolva. Ezenkívül az induktor csomagolási szerkezete hatással lesz a mágneses szivárgás nagyságára, ami viszont befolyásolja az EMI-t. Az alábbiakban külön tárgyaljuk a fent említett jellemzőket, mint szempontokat az induktorok kiválasztásához.

1. Induktivitás értéke (L)

Az induktivitás értéke az áramkör tervezésének legfontosabb alapparamétere, de ellenőrizni kell, hogy az induktivitás értéke stabil-e az üzemi frekvencián. Az induktivitás névleges értékét általában 100 kHz vagy 1 MHz frekvencián mérik, külső DC előfeszítés nélkül. A tömeges automatizált gyártás lehetőségének biztosítása érdekében az induktor tűrése általában ± 20% (M) és ± 30% (N). Az 5. ábra a Taiyo Yuden NR4018T220M induktivitás-frekvencia jellemző grafikonja Wayne Kerr LCR-mérőjével mérve. Amint az ábrán látható, az induktivitási érték görbe 5 MHz előtt viszonylag sík, és az induktivitás értéke szinte állandónak tekinthető. A nagy frekvenciasávban a parazita kapacitás és az induktivitás által generált rezonancia miatt az induktivitás értéke növekszik. Ezt a rezonancia frekvenciát önrezonáns frekvenciának (SRF) nevezzük, amelynek általában sokkal nagyobbnak kell lennie, mint az üzemi frekvencia.

图片5  5

5. ábra: Taiyo Yuden NR4018T220M induktivitás-frekvencia jellemző mérési diagram

 

2. Impedancia (Z)

Amint a 6. ábrán látható, az impedancia diagram az induktivitás különböző frekvenciákon történő teljesítéséből is látható. Az induktor impedanciája hozzávetőlegesen arányos a frekvenciával (Z = 2πfL), tehát minél nagyobb a frekvencia, a reaktancia sokkal nagyobb lesz, mint az AC ellenállás, így az impedancia tiszta induktivitásként viselkedik (a fázis 90˚). Magas frekvenciákon a parazita kapacitási hatás miatt az impedancia önrezonáns frekvenciapontja látható. Ezt követően az impedancia csökken és kapacitívvá válik, és a fázis fokozatosan -90 ˚-ra változik.

图片6  6

3. Q érték és AC ellenállás (ACR)

A Q értéke az induktivitás definíciójában a reaktancia és az ellenállás aránya, vagyis a képzeletbeli rész és az impedancia valós részének aránya, mint a (2) képletben.

图片7

(2)

Ahol XL az induktor reaktanciája, és RL az induktor AC ellenállása.

Az alacsony frekvenciatartományban az AC ellenállás nagyobb, mint az induktivitás által okozott reaktancia, ezért Q értéke nagyon alacsony; a frekvencia növekedésével a reaktancia (kb. 2πfL) egyre nagyobbá válik, még akkor is, ha a bőrhatás (bőrhatás) és a közelségi (proximity) hatás miatt kialakuló ellenállás) A hatás egyre nagyobbá válik, és a Q értéke továbbra is növekszik a frekvenciával ; amikor az SRF-hez közelítünk, az induktív reaktanciát fokozatosan ellensúlyozza a kapacitív reaktancia, és a Q-érték fokozatosan kisebb lesz; amikor az SRF nulla lesz, mert az induktív reaktancia és a kapacitív reaktancia teljesen megegyezik. A 7. ábra mutatja az NR4018T220M Q értéke és frekvenciája közötti kapcsolatot, és a kapcsolat fordított csengő alakú.

图片8  7

7. ábra: A Taiyo Yuden NR4018T220M induktor Q értéke és frekvenciája közötti kapcsolat

Az induktivitás alkalmazási frekvenciasávjában minél magasabb a Q érték, annál jobb; ez azt jelenti, hogy reaktanciája sokkal nagyobb, mint az AC ellenállása. Általánosságban elmondható, hogy a legjobb Q érték 40 felett van, ami azt jelenti, hogy az induktor minősége jó. Azonban általában a DC-torzítás növekedésével az induktivitás értéke csökken, és a Q-érték is csökken. Lapos zománcozott huzal vagy többszálas zománcozott huzal használata esetén a bőrhatás, vagyis az AC ellenállás csökkenthető, és az induktor Q értéke is növelhető.

Az egyenáramú ellenállást A DCR-t általában a rézhuzal egyenáramú ellenállásának tekintik, és az ellenállást a vezeték átmérője és hossza szerint lehet kiszámítani. Azonban az alacsony áramú SMD induktorok többsége ultrahangos hegesztést használ az SMD rézlemezének a tekercselő terminálon történő elkészítéséhez. Mivel azonban a rézhuzal nem hosszú és az ellenállási érték nem magas, a hegesztési ellenállás gyakran a teljes egyenáramú ellenállás jelentős részét teszi ki. Példaként véve a TDK CLF6045NIT-1R5N vezetékes tekercselt SMD induktivitását, a mért egyenáramú ellenállás 14,6 mΩ, a vezeték átmérője és hossza alapján számított egyenáramú ellenállás 12,1 mΩ. Az eredmények azt mutatják, hogy ez a hegesztési ellenállás a teljes egyenáramú ellenállás körülbelül 17% -át teszi ki.

AC rezisztencia Az ACR bőrhatással és közelséggel rendelkezik, ami az ACR gyakoriságával növekszik; az általános induktivitás alkalmazásában, mivel az AC komponens sokkal alacsonyabb, mint a DC komponens, az ACR által okozott hatás nem nyilvánvaló; de kis terhelésnél, Mivel a DC komponens csökken, az ACR okozta veszteséget nem lehet figyelmen kívül hagyni. A bőrhatás azt jelenti, hogy váltóáramú körülmények között a vezető belsejében az árameloszlás egyenetlen és a huzal felületére koncentrálódik, ami az egyenértékű huzal keresztmetszetének csökkenését eredményezi, ami viszont növeli a huzal egyenértékű ellenállását frekvencia. Ezenkívül egy huzaltekercselésnél a szomszédos huzalok mágneses mezők összeadódását és kivonását okozzák az áram miatt, így az áram a huzallal szomszédos felületre (vagy az áram irányától függően a legtávolabbi felületre) koncentrálódik. ), amely szintén egyenértékű vezetékes lehallgatást okoz. Az a jelenség, hogy a terület csökken és az ekvivalens ellenállás növekszik, az úgynevezett közelségi hatás; egy többrétegű tekercs induktivitás alkalmazásakor a közelségi hatás még nyilvánvalóbb.

图片9  8

A 8. ábra mutatja az NR4018T220M huzallal feltekert SMD induktor váltakozó áramú ellenállása és frekvenciája közötti kapcsolatot. 1 kHz frekvencián az ellenállás körülbelül 360mΩ; 100 kHz-en az ellenállás 775mΩ-ra növekszik; 10MHz-en az ellenállás értéke közel 160Ω. A rézveszteség becslésénél a számításnak figyelembe kell vennie a bőr és a közelség hatásai által okozott ACR-t, és módosítania kell a (3) képletre.

4. Telítettségi áram (ISAT)

Az ISAT telítettségi áram általában az előfeszítő áram, amelyet akkor jeleznek, amikor az induktivitás értéke csillapodik, például 10%, 30% vagy 40%. A légréses ferrit esetében, mivel annak telítési áramjellemzője nagyon gyors, 10% és 40% között nincs sok különbség. Lásd a 4. ábrát. Ha azonban vasporos magról van szó (például bélyegzett induktivitásról), akkor a telítettségi görbe viszonylag gyengéd, amint azt a 9. ábra mutatja, az indukciós csillapítás 10% -ánál vagy 40% -ánál fellépő torzító áram különbözik, ezért a telítési áramértéket külön tárgyaljuk a két típusú vasmagra az alábbiak szerint.

Légréses ferrit esetén ésszerű az ISAT-ot használni a maximális induktivitási áram felső határaként áramköri alkalmazásokhoz. Ha azonban ez egy vasporos mag, a lassú telítettségi jellemző miatt nem lesz probléma akkor sem, ha az alkalmazási áramkör maximális árama meghaladja az ISAT-ot. Ezért ez a vasmag-jellemző a legalkalmasabb átalakító alkalmazások kapcsolására. Nagy terhelés mellett, bár az induktivitás értéke alacsony, amint azt a 9. ábra mutatja, az áram hullámtényezője magas, de az áramkondenzátor áramtűrése magas, így nem jelent problémát. Könnyű terhelés esetén az induktivitás értéke nagyobb, ami segít csökkenteni az induktor hullámos áramát, ezáltal csökkentve a vasveszteséget. A 9. ábra összehasonlítja a TDK SLF7055T1R5N tekercses ferrit és az SPM6530T1R5M bélyegzett vaspormag-induktor telítési áramgörbéjét ugyanazon névleges induktivitási érték alatt.

图片9   9

9. ábra: A sebferrit és a bélyegzett vaspor mag telítési áramgörbéje ugyanazon névleges induktivitási érték alatt

5. Névleges áram (IDC)

Az IDC értéke a DC-torzítás, amikor az induktor hőmérséklete Tr˚C-re emelkedik. A specifikációk feltüntetik az RDC DC ellenállási értékét is 20 ° C-on. A rézdrót hőmérsékleti együtthatója körülbelül 3930 ppm, amikor a Tr hőmérséklete emelkedik, ellenállási értéke RDC_Tr = RDC (1 + 0,00393Tr), energiafogyasztása pedig PCU = I2DCxRDC. Ez a rézveszteség eloszlik az induktor felületén, és kiszámítható az induktor hőellenállása:

图片13(2)

A 2. táblázat a TDK VLS6045EX sorozat adatlapjára vonatkozik (6,0 × 6,0 × 4,5 mm), és kiszámítja a hőellenállást 40 ° C hőmérséklet-emelkedésnél. Nyilvánvaló, hogy az azonos sorozatú és méretű induktorok esetében a számított hőellenállás majdnem azonos ugyanazon felületi hőelvezetési terület miatt; más szavakkal, megbecsülhető a különböző induktorok névleges áramának IDC-je. Az induktorok különböző sorozatainak (csomagjainak) hőellenállása eltérő. A 3. táblázat összehasonlítja a TDK VLS6045EX sorozat (félig árnyékolt) és az SPM6530 sorozat (öntött) induktorainak hőellenállását. Minél nagyobb a hőellenállás, annál nagyobb hőmérséklet-emelkedés keletkezik, amikor az induktivitás átfolyik a terhelő áramon; különben az alsó.

图片14  (2)

2. táblázat: VLS6045EX sorozatú induktorok hőállósága 40˚C hőmérséklet-emelkedésnél

A 3. táblázatból látható, hogy még ha az induktorok mérete is hasonló, a bélyegzett induktorok hőellenállása alacsony, vagyis jobb a hőelvezetés.

图片15  (3)

3. táblázat: Különböző csomaginduktorok hőellenállásának összehasonlítása.

 

6. Magveszteség

A vasveszteségnek nevezett magveszteséget főként örvényáram-veszteség és hiszterézisvesztés okozza. Az örvényáram-veszteség nagysága főleg attól függ, hogy a maganyagot könnyű-e „vezetni”; ha a vezetőképesség magas, vagyis alacsony az ellenállása, nagy az örvényáram-veszteség, és ha nagy a ferrit ellenállása, akkor az örvényáram-veszteség viszonylag alacsony. Az örvényáram-veszteség a frekvenciával is összefügg. Minél nagyobb a frekvencia, annál nagyobb az örvényáram-veszteség. Ezért a mag anyaga határozza meg a mag megfelelő működési frekvenciáját. Általánosságban elmondható, hogy a vasporos mag frekvenciája elérheti az 1MHz-et, a ferrit működési frekvenciája pedig a 10MHz-et. Ha az üzemi frekvencia meghaladja ezt a frekvenciát, az örvényáram-veszteség gyorsan növekszik, és a vasmag hőmérséklete is növekszik. A vasmaganyagok gyors fejlődésével azonban a magasabb működési frekvenciájú vasmagoknak a sarkon kell lenniük.

Egy másik vasveszteség a hiszterézisveszteség, amely arányos a hiszterézisgörbe által bezárt területtel, amely összefügg az áram AC komponensének lengési amplitúdójával; minél nagyobb az AC váltakozása, annál nagyobb a hiszterézis veszteség.

Az induktor egyenértékű áramkörében az induktorral párhuzamosan kapcsolt ellenállást gyakran használják a vasveszteség kifejezésére. Ha a frekvencia egyenlő az SRF-rel, az induktív reaktancia és a kapacitív reaktancia megszűnik, és az ekvivalens reaktancia nulla. Ebben az időben az induktor impedanciája egyenértékű a vas veszteséggel szembeni ellenállással, sorban a tekercselési ellenállással, és a vas veszteség ellenállása sokkal nagyobb, mint a tekercselési ellenállás, így az SRF impedanciája megközelítőleg megegyezik a vas veszteség ellenállásával. Például egy kisfeszültségű induktivitást tekintve, annak vasveszteségi ellenállása körülbelül 20kΩ. Ha a tényleges érték feszültségét az induktor mindkét végén 5V-ra becsüljük, akkor annak vasvesztesége körülbelül 1,25mW, ami azt is mutatja, hogy minél nagyobb a vasveszteség-ellenállás, annál jobb.

7. Pajzsszerkezet

A ferrit induktivitások csomagolási szerkezete nem árnyékolt, félig árnyékolt mágneses ragasztóval és árnyékolt, és jelentős légrés van ezek egyikében. Nyilvánvaló, hogy a légrés mágneses szivárgással jár, és a legrosszabb esetben zavarja a környező kis jeláramköröket, vagy ha mágneses anyag van a közelben, annak induktivitása is megváltozik. Egy másik csomagolási szerkezet egy bélyegzett vaspor-induktor. Mivel az induktoron belül nincs hézag, és a tekercselő szerkezet szilárd, a mágneses tér disszipációjának problémája viszonylag kicsi. A 10. ábra az RTO 1004 oszcilloszkóp FFT funkciójának használata a szivárgó mágneses tér nagyságának mérésére 3 mm-rel a bélyegzett induktor felett és oldalán. A 4. táblázat felsorolja a különféle csomagszerkezeti induktorok szivárgási mágneses mezőjének összehasonlítását. Látható, hogy a nem árnyékolt induktoroknál a legsúlyosabb a mágneses szivárgás; a bélyegzett induktoroknál a legkisebb a mágneses szivárgás, a legjobb mágneses árnyékoló hatást mutatják. . E két szerkezet induktorainak szivárgási mágneses terének nagyságában a különbség körülbelül 14dB, ami közel ötszörös.

10图片16

10. ábra: A szivárgó mágneses tér nagysága 3 mm-rel mérve a bélyegzett induktivitás felett és oldalán

图片17 (4)

4. táblázat: Különböző csomagszerkezeti induktorok szivárgási mágneses mezőjének összehasonlítása

8. csatolás

Bizonyos alkalmazásokban néha több áramköri átalakító van a nyomtatott áramköri lapon, amelyek általában egymás mellett vannak elrendezve, és megfelelő induktivitásaik is egymás mellett vannak elrendezve. Ha nem árnyékolt vagy félig árnyékolt mágneses ragasztóval rendelkezik, akkor az induktorok egymással összekapcsolódva okozhatnak EMI interferenciát. Ezért az induktivitás elhelyezésekor ajánlott először megjelölni az induktivitás polaritását, és az induktor legbelső rétegének kezdő és tekercselési pontját csatlakoztatni az átalakító kapcsolási feszültségéhez, például a buck konverter VSW-jéhez, amely a mozgó pont. A kimeneti kapocs csatlakozik a kimeneti kondenzátorhoz, amely a statikus pont; a rézhuzaltekercselés tehát bizonyos mértékű elektromos mező árnyékolást képez. A multiplexer vezetékrendezésében az induktivitás polaritásának rögzítése segít rögzíteni a kölcsönös induktivitás nagyságát és elkerülni néhány váratlan EMI-problémát.

Alkalmazások:

Az előző fejezet a mag anyagát, a csomagolás szerkezetét és az induktor fontos elektromos jellemzőit taglalta. Ez a fejezet elmagyarázza, hogyan kell kiválasztani a buck konverter megfelelő induktivitási értékét, valamint a kereskedelemben kapható induktor kiválasztásának szempontjait.

Amint az (5) egyenletben látható, az átalakító induktivitásának értéke és kapcsolási frekvenciája befolyásolja az induktor hullámáramát (ΔiL). Az induktor hullámárama átfolyik a kimeneti kondenzátoron, és befolyásolja a kimeneti kondenzátor hullámáramát. Ezért hatással lesz a kimeneti kondenzátor kiválasztására és tovább befolyásolja a kimeneti feszültség hullámosságát. Ezenkívül az induktivitás és a kimeneti kapacitás értéke is befolyásolni fogja a rendszer visszacsatolásának kialakítását és a terhelés dinamikus válaszát. Nagyobb induktivitási érték választása kisebb feszültséget okoz a kondenzátoron, és hasznos a kimeneti feszültség hullámzásának csökkentésében, és több energiát képes tárolni. A nagyobb induktivitási érték azonban nagyobb mennyiséget, azaz magasabb költséget jelent. Ezért a konverter megtervezésekor nagyon fontos az induktivitás értékének megtervezése.

图片18        (5)

Az (5) képletből látható, hogy amikor a bemeneti feszültség és a kimeneti feszültség közötti rés nagyobb, akkor az induktor hullámárama nagyobb lesz, ami az induktor kialakításának legrosszabb esete. Más induktív elemzéssel párosítva a leengedő átalakító induktivitási tervezési pontját általában a maximális bemeneti feszültség és a teljes terhelés körülményei között kell megválasztani.

Az induktivitás értékének megtervezésekor kompromisszumot kell kötni az induktor hullámárama és az induktor mérete között, és a hullámáram tényezőt (hullámáram tényező; γ) itt határozzuk meg, mint a (6) képletben.

图片19(6

Helyettesítve a (6) képletet az (5) képletbe, az induktivitás értéke kifejezhető a (7) képlettel.

图片20  7.)

A (7) képlet szerint, ha a bemeneti és a kimeneti feszültség közötti különbség nagyobb, akkor a y értéke nagyobb lehet; ellenkezőleg, ha a bemeneti és a kimeneti feszültség közelebb van, akkor a γ értéknek kisebbnek kell lennie. Az induktív hullámárama és a méret közötti választáshoz a hagyományos tervezési tapasztalat szerint γ általában 0,2–0,5. Az alábbiakban az RT7276-ot vesszük példaként az induktivitás kiszámításának és a kereskedelemben kapható induktorok kiválasztásának szemléltetésére.

Tervezési példa: RT7276 fejlett állandó állandó bekapcsolási (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) szinkron egyenirányító lépcsőzetes átalakítóval tervezték, kapcsolási frekvenciája 700 kHz, a bemeneti feszültség 4,5 V és 18 V, a kimeneti feszültség pedig 1,05 V . A teljes terhelési áram 3A. Mint fent említettük, az induktivitás értékét a 18 V maximális bemeneti feszültség és a 3A teljes terhelés körülményei között kell megtervezni, a γ értékét 0,35-nek vesszük, és a fenti értéket a (7) egyenletre cseréljük, az induktivitást érték az

图片21

 

Használjon olyan induktort, amelynek hagyományos névleges indukciós értéke 1,5 µH. Helyettesítse az (5) képletet az induktor hullámáramának kiszámításához az alábbiak szerint.

图片22

Ezért az induktor csúcsárama

图片23

Az induktív áram (IRMS) effektív értéke pedig

图片24

Mivel az induktor hullámzó összetevője kicsi, az induktív áram effektív értéke főleg annak DC komponense, és ezt az effektív értéket használják alapul az induktor névleges áramának IDC kiválasztásához. 80% -os leépítéssel (leépítéssel) az induktivitási követelmények a következők:

 

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

 

Az 5. táblázat felsorolja a TDK különböző sorozatainak rendelkezésre álló induktorait, amelyek méretükben hasonlóak, de a csomag felépítésében különböznek. A táblázatból látható, hogy a bélyegzett induktor (SPM6530T-1R5M) telítettségi és névleges árama nagy, a hőellenállás kicsi és a hőelvezetés jó. Ezenkívül az előző fejezet tárgyalása szerint a bélyegzett induktor maganyaga vasporos mag, ezért összehasonlítjuk a félárnyékolt (VLS6045EX-1R5N) és az árnyékolt (SLF7055T-1R5N) induktivitások ferritmagjával mágneses ragasztóval. , Jó DC-torzítási jellemzőkkel rendelkezik. A 11. ábra mutatja az RT7276 fejlett állandó, állandó időben történő szinkron egyenirányító visszalépő átalakítóra alkalmazott különféle induktivitások hatékonyságának összehasonlítását. Az eredmények azt mutatják, hogy a három közötti hatékonysági különbség nem szignifikáns. Ha figyelembe veszi a hőelvezetést, az egyenáramú előfeszítési jellemzőket és a mágneses térelvezetési problémákat, ajánlott SPM6530T-1R5M induktivitást használni.

图片25(5

5. táblázat: A TDK különböző sorozatainak induktivitásainak összehasonlítása

图片26 11

11. ábra A konverter hatékonyságának összehasonlítása a különböző induktorokkal

Ha ugyanazt a csomagolási struktúrát és induktivitási értéket választja, de kisebb méretű induktivitásokat, például SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), bár mérete kicsi, de az egyenáramú ellenállás RDC (44,5 mΩ) és a hőellenállás ΘTH ( 51˚C) / W) Nagyobb. Azonos specifikációjú átalakítók esetében az induktor által tolerált áram tényleges értéke is megegyezik. Nyilvánvaló, hogy az egyenáramú ellenállás csökkenti a hatékonyságot nagy terhelés mellett. Ezenkívül a nagy hőellenállás rossz hőelvezetést jelent. Ezért az induktor kiválasztásakor nemcsak a csökkentett méret előnyeit kell figyelembe venni, hanem értékelni kell a vele járó hiányosságokat is.

 

Következtetésképpen

Az induktivitás a kapcsolóáram-átalakítók egyik leggyakrabban használt passzív komponense, amely energiatárolásra és szűrésre használható. Az áramköri tervezés során azonban nem csak az induktivitási értékre kell figyelni, hanem más paraméterekre is szükség van, beleértve az AC ellenállást és a Q értéket, az áramtűrést, a vasmag telítettségét és a csomagolás szerkezetét stb. figyelembe kell venni az induktor kiválasztásakor. . Ezek a paraméterek általában az alapanyaghoz, a gyártási folyamathoz, valamint a mérethez és a költségekhez kapcsolódnak. Ezért ez a cikk bemutatja a különböző vasmaganyagok jellemzőit és azt, hogy miként lehet megfelelő induktivitást választani referenciaként az áramellátás tervezéséhez.

 


Feladás időpontja: Jun-15-2021