новини

Резюме

Индукторите са много важни компоненти в превключващите преобразуватели, като съхранение на енергия и силови филтри. Има много видове индуктори, например за различни приложения (от нискочестотни до високочестотни) или различни материали на сърцевината, които влияят на характеристиките на индуктора и т.н. Индукторите, използвани в превключващите преобразуватели, са високочестотни магнитни компоненти. Въпреки това, поради различни фактори като материали, работни условия (като напрежение и ток) и температура на околната среда, представените характеристики и теории са доста различни. Следователно, при проектирането на веригата, в допълнение към основния параметър на стойността на индуктивността, връзката между импеданса на индуктора и AC съпротивлението и честотата, загубата в сърцевината и характеристиките на тока на насищане и т.н. Тази статия ще представи няколко важни материала на сърцевината на индуктора и техните характеристики, а също така ще насочи енергийните инженери да изберат наличните в търговската мрежа стандартни индуктори.

Предговор

Индукторът е компонент на електромагнитна индукция, който се формира чрез навиване на определен брой намотки (намотки) върху бобина или сърцевина с изолиран проводник. Тази намотка се нарича индуктивна намотка или индуктор. Съгласно принципа на електромагнитната индукция, когато намотката и магнитното поле се движат една спрямо друга или намотката генерира променливо магнитно поле чрез променлив ток, ще се генерира индуцирано напрежение, което да устои на промяната на първоначалното магнитно поле, и тази характеристика на ограничаване на промяната на тока се нарича индуктивност.

Формулата на стойността на индуктивността е като формула (1), която е пропорционална на магнитната пропускливост, квадрата на намотките N и площта на напречното сечение на еквивалентната магнитна верига Ae и е обратно пропорционална на дължината на еквивалентната магнитна верига le . Има много видове индуктивност, всяка подходяща за различни приложения; индуктивността е свързана с формата, размера, метода на навиване, броя на навивките и вида на междинния магнитен материал.

(1)

В зависимост от формата на желязното ядро, индуктивността включва тороидална, E сърцевина и барабан; по отношение на материала на желязното ядро, има главно керамично ядро ​​и два меки магнитни типа. Те са ферит и метален прах. В зависимост от структурата или метода на опаковане има телена намотка, многослойна и формована, като телената намотка има неекранирано и половината от магнитно лепило, екранирано (полуекранирано) и екранирано (екранирано) и др.

Индукторът действа като късо съединение при постоянен ток и представя висок импеданс на променлив ток. Основните употреби във веригите включват задушаване, филтриране, настройка и съхранение на енергия. При прилагането на превключващия преобразувател индукторът е най-важният компонент за съхранение на енергия и образува нискочестотен филтър с изходния кондензатор, за да намали пулсациите на изходното напрежение, така че също играе важна роля във функцията за филтриране.

Тази статия ще представи различните материали на сърцевината на индукторите и техните характеристики, както и някои от електрическите характеристики на индукторите, като важна справка за оценка за избор на индуктори по време на проектиране на верига. В примера за приложение чрез практически примери ще бъде въведено как да се изчисли стойността на индуктивността и как да се избере наличен в търговската мрежа стандартен индуктор.

Тип на основния материал

Индукторите, използвани в превключващите преобразуватели, са високочестотни магнитни компоненти. Материалът на сърцевината в центъра влияе най-много на характеристиките на индуктора, като импеданс и честота, стойност на индуктивност и честота или характеристики на насищане на сърцевината. Следното ще въведе сравнението на няколко често срещани материала на желязната сърцевина и техните характеристики на насищане като важна референция за избор на мощностни индуктори:

1. Керамично ядро

Керамичната сърцевина е един от често срещаните индуктивни материали. Използва се главно за осигуряване на носещата конструкция, използвана при навиване на бобината. Нарича се още „индуктор с въздушна сърцевина“. Тъй като използваната желязна сърцевина е немагнитен материал с много нисък температурен коефициент, стойността на индуктивността е много стабилна в работния температурен диапазон. Въпреки това, поради немагнитния материал като среда, индуктивността е много ниска, което не е много подходящо за прилагане на преобразуватели на мощност.

2. Ферит

Феритната сърцевина, използвана в общите високочестотни индуктори, е феритно съединение, съдържащо цинков никел (NiZn) или цинков манган (MnZn), което е мек магнитен феромагнитен материал с ниска коерцитивност. Фигура 1 показва хистерезисната крива (BH контур) на обща магнитна сърцевина. Коерцитивната сила HC на магнитен материал се нарича още коерцитивна сила, което означава, че когато магнитният материал е бил магнетизиран до магнитно насищане, неговата магнетизация (магнетизация) е намалена до нула Необходимата сила на магнитното поле в момента. По-ниската коерцитивност означава по-ниска устойчивост на размагнитване и също означава по-ниска загуба на хистерезис.

Манган-цинковите и никел-цинковите ферити имат относително висока относителна пропускливост (μr), съответно около 1500-15000 и 100-1000. Тяхната висока магнитна пропускливост прави желязното ядро ​​по-високо в определен обем. Индуктивността. Недостатъкът обаче е, че неговият допустим ток на насищане е нисък и след като желязното ядро ​​се насити, магнитната пропускливост ще спадне рязко. Вижте Фигура 4 за тенденцията на намаляване на магнитната проницаемост на феритни и прахообразни железни сърцевини, когато желязното ядро ​​е наситено. Сравнение. Когато се използва в силови индуктори, в главната магнитна верига ще остане въздушна междина, която може да намали пропускливостта, да избегне насищането и да съхранява повече енергия; когато въздушната междина е включена, еквивалентната относителна пропускливост може да бъде около 20- Между 200. Тъй като високото съпротивление на самия материал може да намали загубата, причинена от вихров ток, загубата е по-ниска при високи честоти и е по-подходяща за високочестотни трансформатори, EMI филтърни индуктори и индуктори за съхранение на енергия на преобразуватели на мощност. По отношение на работната честота, никел-цинковият ферит е подходящ за използване (>1 MHz), докато манган-цинковият ферит е подходящ за по-ниски честотни ленти (<2 MHz).

1

Фигура 1. Хистерезисната крива на магнитната сърцевина (BR: остатъчна намагненост; BSAT: плътност на магнитния поток при насищане)

3. Ядро от прахообразно желязо

Ядрата от прахообразно желязо също са меки магнитни феромагнитни материали. Изработват се от железни прахови сплави от различни материали или само железен прах. Формулата съдържа немагнитни материали с различни размери на частиците, така че кривата на насищане е относително нежна. Сърцевината от прахообразно желязо е предимно тороидална. Фигура 2 показва ядрото от прахообразно желязо и неговия напречен разрез.

Обичайните прахообразни железни сърцевини включват желязо-никел-молибденова сплав (MPP), сендуст (Sendust), желязо-никелова сплав (висок поток) и сърцевина от желязо на прах (желязо на прах). Поради различните компоненти, неговите характеристики и цени също са различни, което се отразява на избора на индуктори. Следното ще представи гореспоменатите типове ядра и ще сравни техните характеристики:

A. Сплав желязо-никел-молибден (MPP)

Fe-Ni-Mo сплавта е съкратено като MPP, което е съкращението на молипермалой на прах. Относителната пропускливост е около 14-500, а плътността на магнитния поток при насищане е около 7500 Gauss (Gauss), което е по-високо от плътността на магнитния поток при насищане на ферит (около 4000-5000 Gauss). Много навън. MPP има най-малката загуба на желязо и има най-добрата температурна стабилност сред сърцевините от прахообразно желязо. Когато външният постоянен ток достигне тока на насищане ISAT, стойността на индуктивността намалява бавно без рязко затихване. MPP има по-добра производителност, но по-висока цена и обикновено се използва като индуктор на мощност и EMI филтриране за преобразуватели на мощност.

B. Sendust

Желязното ядро ​​от желязо-силиций-алуминиева сплав е желязно ядро ​​от сплав, съставено от желязо, силиций и алуминий, с относителна магнитна пропускливост от около 26 до 125. Загубата на желязо е между ядрото от желязо на прах и MPP и желязо-никелова сплав . Плътността на магнитния поток на насищане е по-висока от MPP, около 10500 Gauss. Температурната стабилност и характеристиките на тока на насищане са малко по-ниски от MPP и желязо-никелова сплав, но по-добри от желязно прахообразно ядро ​​и феритно ядро, а относителната цена е по-евтина от MPP и желязо-никелова сплав. Използва се най-вече във вериги за филтриране на EMI, корекция на фактора на мощността (PFC) и силови индуктори на импулсни преобразуватели на мощност.

C. Желязо-никелова сплав (силно текуча)

Ядрото от желязо-никелова сплав е направено от желязо и никел. Относителната магнитна проницаемост е около 14-200. Загубата на желязо и температурната стабилност са между MPP и желязо-силициево-алуминиева сплав. Сърцевината от желязо-никелова сплав има най-високата плътност на магнитния поток на насищане, около 15 000 Gauss, и може да издържи на по-високи постоянни токове на преднапрежение, а неговите характеристики на постоянен ток също са по-добри. Обхват на приложение: активна корекция на фактора на мощността, индуктивност за съхранение на енергия, индуктивност на филтъра, високочестотен трансформатор на обратен преобразувател и др.

D. Желязо на прах

Сърцевината от железен прах е направена от частици железен прах с висока чистота с много малки частици, които са изолирани една от друга. Производственият процес го прави с разпределена въздушна междина. В допълнение към формата на пръстена, обикновените форми на сърцевината от желязо на прах също имат тип E и тип щамповане. Относителната магнитна проницаемост на сърцевината от железен прах е около 10 до 75, а плътността на магнитния поток с високо насищане е около 15 000 Gauss. Сред сърцевините от прахообразно желязо сърцевината от прах има най-висока загуба на желязо, но най-ниска цена.

Фигура 3 показва BH кривите на PC47 манган-цинков ферит, произведен от TDK и прахообразни железни сърцевини -52 и -2, произведени от MICROMETALS; относителната магнитна проницаемост на манган-цинковия ферит е много по-висока от тази на прахообразните железни сърцевини и е наситена. Плътността на магнитния поток също е много различна, феритът е около 5000 Gauss, а сърцевината от железен прах е повече от 10000 Gauss.

3

Фигура 3. BH крива на манган-цинкови феритни и железни прахови сърцевини от различни материали

В обобщение, характеристиките на насищане на желязното ядро ​​са различни; след като токът на насищане бъде превишен, магнитната пропускливост на феритното ядро ​​ще спадне рязко, докато ядрото на желязния прах може бавно да намалее. Фигура 4 показва характеристиките на падане на магнитната проницаемост на сърцевина от прахообразно желязо със същата магнитна проницаемост и ферит с въздушна междина при различна сила на магнитното поле. Това също обяснява индуктивността на феритната сърцевина, тъй като пропускливостта пада рязко, когато сърцевината е наситена, както може да се види от уравнение (1), това също води до рязък спад на индуктивността; докато прахообразното ядро ​​с разпределена въздушна междина, магнитната проницаемост Скоростта намалява бавно, когато желязното ядро ​​е наситено, така че индуктивността намалява по-леко, тоест има по-добри характеристики на DC отклонение. При прилагането на силови преобразуватели тази характеристика е много важна; ако характеристиката на бавното насищане на индуктора не е добра, токът на индуктора се повишава до тока на насищане и внезапният спад на индуктивността ще доведе до рязко покачване на напрежението на тока на превключващия кристал, което е лесно да причини повреда.

4

Фигура 4. Характеристики на падане на магнитната пропускливост на ядро ​​от прахообразно желязо и ядро ​​от феритно желязо с въздушна междина при различна сила на магнитното поле.

Електрически характеристики на индуктора и структура на опаковката

При проектиране на превключващ преобразувател и избор на индуктор, стойността на индуктивност L, импеданс Z, променливотоково съпротивление ACR и Q стойност (коефициент на качество), номинален ток IDC и ISAT и загуба на сърцевина (загуба на сърцевина) и други важни електрически характеристики са всички да се разглеждат. В допълнение, структурата на опаковката на индуктора ще повлияе на големината на магнитното изтичане, което от своя страна засяга EMI. Следното ще обсъди гореспоменатите характеристики отделно като съображения за избор на индуктори.

1. Стойност на индуктивност (L)

Стойността на индуктивността на индуктора е най-важният основен параметър при проектирането на веригата, но трябва да се провери дали стойността на индуктивността е стабилна при работната честота. Номиналната стойност на индуктивността обикновено се измерва при 100 kHz или 1 MHz без външно постоянно напрежение. И за да се гарантира възможността за масово автоматизирано производство, толерансът на индуктора обикновено е ±20% (M) и ±30% (N). Фигура 5 е графиката на характеристиката индуктивност-честота на бобина Taiyo Yuden NR4018T220M, измерена с LCR метъра на Wayne Kerr. Както е показано на фигурата, кривата на стойността на индуктивността е относително плоска преди 5 MHz и стойността на индуктивността почти може да се разглежда като константа. Във високочестотната лента поради резонанса, генериран от паразитния капацитет и индуктивност, стойността на индуктивността ще се увеличи. Тази резонансна честота се нарича собствена резонансна честота (SRF), която обикновено трябва да бъде много по-висока от работната честота.

5

Фигура 5, диаграма за измерване на индуктивно-честотната характеристика на Taiyo Yuden NR4018T220M

2. Импеданс (Z)

Както е показано на фигура 6, диаграмата на импеданса може да се види и от характеристиките на индуктивността при различни честоти. Импедансът на индуктора е приблизително пропорционален на честотата (Z=2πfL), така че колкото по-висока е честотата, реактивното съпротивление ще бъде много по-голямо от AC съпротивлението, така че импедансът се държи като чиста индуктивност (фазата е 90˚). При високи честоти, поради ефекта на паразитния капацитет, може да се види саморезонансната честотна точка на импеданса. След тази точка импедансът пада и става капацитивен, а фазата постепенно се променя до -90 ˚.

6

3. Q стойност и AC съпротивление (ACR)

Стойността на Q в определението за индуктивност е съотношението на реактивното съпротивление към съпротивлението, т.е. съотношението на въображаемата част към реалната част на импеданса, както във формула (2).

(2)

Където XL е реактивното съпротивление на индуктора, а RL е AC съпротивлението на индуктора.

В нискочестотния диапазон AC съпротивлението е по-голямо от реактивното съпротивление, причинено от индуктивността, така че неговата Q стойност е много ниска; тъй като честотата се увеличава, реактивното съпротивление (около 2πfL) става все по-голямо и по-голямо, дори ако съпротивлението се дължи на скин ефект (ефект на кожата) и ефект на близост (проксимити) Ефектът става все по-голям и по-голям и Q стойността все още се увеличава с честотата ; когато се приближава до SRF, индуктивното съпротивление постепенно се компенсира от капацитивното съпротивление и стойността на Q постепенно става по-малка; когато SRF стане нула, тъй като индуктивното съпротивление и капацитивното съпротивление са напълно еднакви, изчезват. Фигура 7 показва връзката между Q стойността и честотата на NR4018T220M и връзката е във формата на обърната камбана.

7

Фигура 7. Връзката между Q стойност и честота на Taiyo Yuden индуктор NR4018T220M

В честотната лента на приложението на индуктивността, колкото по-висока е стойността на Q, толкова по-добре; това означава, че неговото реактивно съпротивление е много по-голямо от AC съпротивлението. Най-общо казано, най-добрата стойност на Q е над 40, което означава, че качеството на индуктора е добро. Обаче, като цяло, когато отклонението на постоянен ток се увеличава, стойността на индуктивността ще намалее и стойността на Q също ще намалее. Ако се използва плосък емайлиран проводник или многожилен емайлиран проводник, скин-ефектът, тоест променливотоковото съпротивление, може да бъде намален и Q стойността на индуктора също може да бъде увеличена.

DC съпротивлението DCR обикновено се счита за DC съпротивление на медния проводник и съпротивлението може да се изчисли според диаметъра и дължината на проводника. Въпреки това, повечето от слаботоковите SMD индуктори ще използват ултразвуково заваряване, за да направят медния лист на SMD в терминала на намотката. Въпреки това, тъй като медната жица не е дълга и стойността на съпротивлението не е висока, съпротивлението на заваряване често представлява значителна част от общото съпротивление на постоянен ток. Вземайки за пример SMD индуктора CLF6045NIT-1R5N на TDK, измереното DC съпротивление е 14,6 mΩ, а DC съпротивлението, изчислено въз основа на диаметъра и дължината на проводника, е 12,1 mΩ. Резултатите показват, че тази устойчивост на заваряване представлява около 17% от общата устойчивост на постоянен ток.

Променливотоково съпротивление ACR има скин ефект и ефект на близост, което ще доведе до увеличаване на ACR с честотата; при прилагането на обща индуктивност, тъй като AC компонентът е много по-нисък от DC компонента, влиянието, причинено от ACR, не е очевидно; но при леко натоварване, тъй като DC компонентът е намален, загубата, причинена от ACR, не може да бъде пренебрегната. Скин-ефектът означава, че при условия на променлив ток разпределението на тока вътре в проводника е неравномерно и е концентрирано върху повърхността на проводника, което води до намаляване на еквивалентната площ на напречното сечение на проводника, което от своя страна увеличава еквивалентното съпротивление на проводника с честота. В допълнение, при намотка на проводник, съседните проводници ще предизвикат добавяне и изваждане на магнитни полета, дължащи се на тока, така че токът да се концентрира върху повърхността, съседна на проводника (или най-отдалечената повърхност, в зависимост от посоката на тока ), което също причинява еквивалентно прихващане на проводник. Феноменът, че площта намалява и еквивалентното съпротивление се увеличава, е така нареченият ефект на близост; при прилагането на индуктивност на многослойна намотка, ефектът на близост е още по-очевиден.

8

Фигура 8 показва връзката между съпротивлението на променлив ток и честотата на намотания SMD индуктор NR4018T220M. При честота от 1kHz съпротивлението е около 360mΩ; при 100kHz съпротивлението се повишава до 775mΩ; при 10MHz стойността на съпротивлението е близо до 160Ω. Когато се оценява загубата на мед, изчислението трябва да вземе предвид ACR, причинено от ефектите на кожата и близостта, и да го модифицира до формула (3).

4. Ток на насищане (ISAT)

Токът на насищане ISAT обикновено е токът на отклонение, отбелязан, когато стойността на индуктивността е намалена като 10%, 30% или 40%. За ферит с въздушна междина, тъй като неговата характеристика на тока на насищане е много бърза, няма голяма разлика между 10% и 40%. Обърнете се към Фигура 4. Въпреки това, ако това е ядро ​​от железен прах (като щампован индуктор), кривата на насищане е относително нежна, както е показано на Фигура 9, токът на отклонение при 10% или 40% от затихването на индуктивността е много различни, така че стойността на тока на насищане ще бъде обсъдена отделно за двата вида железни сърцевини, както следва.

За ферит с въздушна междина е разумно да се използва ISAT като горна граница на максималния ток на индуктор за вериги. Въпреки това, ако това е сърцевина от железен прах, поради характеристиката на бавно насищане, няма да има проблем дори ако максималният ток на веригата на приложение надвишава ISAT. Следователно тази характеристика на желязното ядро ​​е най-подходяща за превключващи преобразувателни приложения. При голямо натоварване, въпреки че стойността на индуктивността на индуктора е ниска, както е показано на фигура 9, коефициентът на пулсации на тока е висок, но толерансът на тока на текущия кондензатор е висок, така че няма да е проблем. При леко натоварване стойността на индуктивността на индуктора е по-голяма, което спомага за намаляване на тока на пулсации на индуктора, като по този начин намалява загубата на желязо. Фигура 9 сравнява кривата на тока на насищане на навит ферит SLF7055T1R5N на TDK и индуктор със сърцевина от щамповано желязо на прах SPM6530T1R5M при една и съща номинална стойност на индуктивност.

9

Фигура 9. Крива на тока на насищане на сърцевина от навит ферит и щамповано желязо на прах при една и съща номинална стойност на индуктивност

5. Номинален ток (IDC)

IDC стойността е DC отклонението, когато температурата на индуктора се повиши до Tr˚C. Спецификациите също така посочват неговата стойност на съпротивление на постоянен ток RDC при 20˚C. Според температурния коефициент на медния проводник е около 3930 ppm, когато температурата на Tr се повиши, стойността на съпротивлението му е RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), а консумацията на енергия е PCU = I2DCxRDC. Тази загуба на мед се разсейва върху повърхността на индуктора и термичното съпротивление ΘTH на индуктора може да се изчисли:

(2)

Таблица 2 се отнася до листа с данни на серията TDK VLS6045EX (6,0 × 6,0 × 4,5 mm) и изчислява топлинното съпротивление при повишаване на температурата от 40˚C. Очевидно е, че за индуктори от една и съща серия и размер, изчисленото топлинно съпротивление е почти същото поради същата площ на разсейване на топлината на повърхността; с други думи, номиналният ток IDC на различни индуктори може да бъде оценен. Различните серии (пакети) индуктори имат различни термични съпротивления. Таблица 3 сравнява термичното съпротивление на индуктори от серия TDK VLS6045EX (полуекранирани) и серия SPM6530 (формовани). Колкото по-голямо е топлинното съпротивление, толкова по-високо е повишаването на температурата, генерирано, когато индуктивността протича през тока на натоварване; в противен случай по-ниската.

(2)

Таблица 2. Термично съпротивление на индуктори от серия VLS6045EX при повишаване на температурата от 40˚C

От таблица 3 може да се види, че дори ако размерът на индукторите е подобен, термичното съпротивление на щампованите индуктори е ниско, т.е. разсейването на топлината е по-добро.

(3)

Таблица 3. Сравнение на топлинното съпротивление на различни пакетни индуктори.

6. Загуба на сърцевина

Загубата в сърцевината, наричана загуба на желязо, се причинява главно от загуба на вихров ток и загуба на хистерезис. Размерът на загубата на вихрови токове зависи главно от това дали материалът на сърцевината е лесен за „провеждане“; ако проводимостта е висока, т.е. съпротивлението е ниско, загубата на вихров ток е висока, а ако съпротивлението на ферита е високо, загубата на вихров ток е относително ниска. Загубата на вихров ток също е свързана с честотата. Колкото по-висока е честотата, толкова по-големи са загубите от вихров ток. Следователно материалът на сърцевината ще определи правилната работна честота на сърцевината. Най-общо казано, работната честота на ядрото от желязо на прах може да достигне 1MHz, а работната честота на ферита може да достигне 10MHz. Ако работната честота надвиши тази честота, загубата на вихрови токове ще се увеличи бързо и температурата на желязното ядро ​​също ще се увеличи. Въпреки това, с бързото развитие на материалите за желязна сърцевина, железните ядра с по-високи работни честоти трябва да са точно зад ъгъла.

Друга загуба на желязо е загубата на хистерезис, която е пропорционална на площта, затворена от кривата на хистерезис, която е свързана с амплитудата на колебание на променливотоковия компонент на тока; колкото по-голямо е колебанието на променлив ток, толкова по-голяма е загубата на хистерезис.

В еквивалентната схема на индуктор, резистор, свързан успоредно на индуктора, често се използва за изразяване на загубата на желязо. Когато честотата е равна на SRF, индуктивното съпротивление и капацитивното съпротивление се компенсират и еквивалентното съпротивление е нула. По това време импедансът на индуктора е еквивалентен на съпротивлението на загуба на желязо последователно със съпротивлението на намотката, а съпротивлението на загуба на желязо е много по-голямо от съпротивлението на намотката, така че импедансът при SRF е приблизително равен на съпротивлението на загуба на желязо. Като вземем за пример индуктор с ниско напрежение, неговата устойчивост на загуба на желязо е около 20 kΩ. Ако ефективната стойност на напрежението в двата края на индуктора е оценена на 5 V, неговата загуба на желязо е около 1,25 mW, което също показва, че колкото по-голямо е съпротивлението на загуба на желязо, толкова по-добре.

7. Щитова структура

Опаковъчната структура на феритните индуктори включва неекранирани, полуекранирани с магнитно лепило и екранирани, като във всяка от тях има значителна въздушна междина. Очевидно въздушната междина ще има магнитно изтичане и в най-лошия случай ще пречи на околните малки сигнални вериги или ако има магнитен материал наблизо, индуктивността му също ще се промени. Друга структура на опаковката е индуктор от щампован железен прах. Тъй като няма пролука вътре в индуктора и структурата на намотката е солидна, проблемът с разсейването на магнитното поле е относително малък. Фигура 10 е използването на функцията FFT на осцилоскоп RTO 1004 за измерване на големината на магнитното поле на изтичане на 3 mm над и отстрани на щампования индуктор. Таблица 4 изброява сравнението на магнитното поле на изтичане на индуктори с различна структура на пакета. Може да се види, че неекранираните индуктори имат най-сериозното магнитно изтичане; Щампованите индуктори имат най-малкото магнитно изтичане, което показва най-добрия ефект на магнитно екраниране. . Разликата в големината на изтичащото магнитно поле на индукторите на тези две структури е около 14dB, което е близо 5 пъти.

10

Фигура 10. Големината на магнитното поле на изтичане, измерена на 3 mm над и отстрани на щампования индуктор

(4)

Таблица 4. Сравнение на магнитното поле на изтичане на индуктори с различна структура на пакета

8. съединител

В някои приложения понякога има множество комплекти DC преобразуватели на печатната платка, които обикновено са подредени един до друг, и съответните им индуктори също са подредени един до друг. Ако използвате неекраниран или полуекраниран тип с магнитно лепило, индукторите могат да бъдат свързани един с друг, за да образуват EMI смущения. Следователно, когато поставяте индуктора, се препоръчва първо да маркирате полярността на индуктора и да свържете началната точка и точката на навиване на най-вътрешния слой на индуктора към превключващото напрежение на преобразувателя, като например VSW на преобразувател на долара, която е движещата се точка. Изходният терминал е свързан към изходния кондензатор, който е статичната точка; следователно намотката на медния проводник образува известна степен на екраниране на електрическото поле. При разположението на кабелите на мултиплексора фиксирането на полярността на индуктивността помага да се фиксира големината на взаимната индуктивност и да се избегнат някои неочаквани проблеми с EMI.

Приложения:

Предишната глава обсъди материала на сърцевината, структурата на опаковката и важните електрически характеристики на индуктора. Тази глава ще обясни как да изберете подходящата стойност на индуктивност на понижаващия преобразувател и съображенията за избор на наличен в търговската мрежа индуктор.

Както е показано в уравнение (5), стойността на индуктора и честотата на превключване на преобразувателя ще повлияят на тока на пулсации на индуктора (ΔiL). Пулсационният ток на индуктора ще тече през изходния кондензатор и ще повлияе на пулсационния ток на изходния кондензатор. Следователно това ще повлияе на избора на изходен кондензатор и допълнително ще повлияе на размера на пулсациите на изходното напрежение. Освен това стойността на индуктивността и стойността на изходния капацитет също ще повлияят на дизайна на обратната връзка на системата и динамичната реакция на товара. Избирането на по-голяма стойност на индуктивност има по-малко токово напрежение върху кондензатора и също така е полезно за намаляване на пулсациите на изходното напрежение и може да съхранява повече енергия. По-голямата стойност на индуктивността обаче показва по-голям обем, тоест по-висока цена. Следователно, когато проектирате преобразувателя, дизайнът на стойността на индуктивността е много важен.

(5)

Може да се види от формула (5), че когато разликата между входното напрежение и изходното напрежение е по-голяма, токът на пулсации на индуктора ще бъде по-голям, което е най-лошият случай на конструкцията на индуктора. В съчетание с друг индуктивен анализ, проектната точка на индуктивността на понижаващия преобразувател обикновено трябва да се избира при условията на максимално входно напрежение и пълно натоварване.

При проектирането на стойността на индуктивността е необходимо да се направи компромис между тока на пулсации на индуктора и размера на индуктора, а коефициентът на пулсации на тока (коефициент на пулсации на тока; γ) се определя тук, както във формула (6).

（6）

Замествайки формула (6) във формула (5), стойността на индуктивността може да се изрази като формула (7).

（7）

Съгласно формула (7), когато разликата между входното и изходното напрежение е по-голяма, стойността γ може да бъде избрана по-голяма; напротив, ако входното и изходното напрежение са по-близки, дизайнът на стойността на γ трябва да бъде по-малък. За да се избере между тока на пулсации на индуктора и размера, според традиционната стойност на проектния опит, γ обикновено е 0,2 до 0,5. Следното взема RT7276 като пример за илюстриране на изчисляването на индуктивността и избора на налични в търговската мрежа индуктори.

Пример за проектиране: Проектиран с RT7276 усъвършенстван понижаващ преобразувател за синхронно коригиране с постоянно време на включване (Advanced Constant On-Time; ACOTTM), неговата честота на превключване е 700 kHz, входното напрежение е 4,5 V до 18 V, а изходното напрежение е 1,05 V . Токът при пълно натоварване е 3А. Както бе споменато по-горе, стойността на индуктивността трябва да бъде проектирана при условията на максимално входно напрежение от 18 V и пълно натоварване от 3 A, стойността на γ се приема като 0,35 и горната стойност се замества в уравнение (7), индуктивността стойността е

Използвайте индуктор с конвенционална номинална стойност на индуктивност от 1,5 µH. Заместете формула (5), за да изчислите тока на пулсации на индуктора, както следва.

Следователно пиковият ток на индуктора е

И ефективната стойност на тока на индуктора (IRMS) е

Тъй като компонентът на пулсациите на индуктора е малък, ефективната стойност на тока на индуктора е главно неговият DC компонент и тази ефективна стойност се използва като основа за избор на номинален ток на индуктора IDC. При дизайн с 80% намаляване на номиналните стойности изискванията за индуктивност са:

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

Таблица 5 изброява наличните индуктори от различни серии TDK, подобни по размер, но различни по структура на пакета. От таблицата може да се види, че токът на насищане и номиналният ток на щампования индуктор (SPM6530T-1R5M) са големи, а термичното съпротивление е малко и разсейването на топлината е добро. В допълнение, според дискусията в предишната глава, материалът на сърцевината на щампования индуктор е сърцевина от желязо на прах, така че се сравнява с феритната сърцевина на полуекранираните (VLS6045EX-1R5N) и екранираните (SLF7055T-1R5N) индуктори с магнитно лепило. , Има добри характеристики на DC отклонение. Фигура 11 показва сравнението на ефективността на различни индуктори, приложени към RT7276 усъвършенстван понижаващ преобразувател за синхронна поправка с постоянно време на работа. Резултатите показват, че разликата в ефективността между трите не е значителна. Ако вземете предвид проблемите с разсейването на топлината, характеристиките на отклонение при постоянен ток и разсейването на магнитното поле, се препоръчва използването на индуктори SPM6530T-1R5M.

（5）

Таблица 5. Сравнение на индуктивностите на различни серии TDK

11

Фигура 11. Сравнение на ефективността на преобразувателя с различни индуктори

Ако изберете същата структура на опаковката и стойност на индуктивност, но по-малък размер на индуктори, като SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), въпреки че размерът му е малък, но съпротивлението на постоянен ток RDC (44,5 mΩ) и термичното съпротивление ΘTH ( 51˚C) /W) По-голям. За преобразуватели със същите спецификации, ефективната стойност на тока, поносим от индуктора, също е същата. Очевидно DC съпротивлението ще намали ефективността при голямо натоварване. В допълнение, голямото термично съпротивление означава лошо разсейване на топлината. Следователно при избора на индуктор е необходимо не само да се вземат предвид предимствата на намаления размер, но и да се оценят съпътстващите го недостатъци.

В заключение

Индуктивността е един от често използваните пасивни компоненти в импулсни преобразуватели на мощност, които могат да се използват за съхранение и филтриране на енергия. Въпреки това, при проектирането на веригата не само стойността на индуктивността трябва да се обърне внимание, но и други параметри, включително AC съпротивление и Q стойност, токов толеранс, насищане на желязната сърцевина и структура на пакета и т.н., са всички параметри, които трябва трябва да се има предвид при избора на индуктор. . Тези параметри обикновено са свързани с основния материал, производствения процес и размера и цената. Ето защо тази статия въвежда характеристиките на различните материали на желязната сърцевина и как да изберете подходяща индуктивност като отправна точка за проектиране на захранване.