Gearfetting
Induktors binne heul wichtige komponinten by it wikseljen fan converters, lykas enerzjyopslach en enerzjyfilters.D'r binne in protte soarten induktors, lykas foar ferskate tapassingen (fan lege frekwinsje oant hege frekwinsje), of ferskate kearnmaterialen dy't ynfloed hawwe op de skaaimerken fan 'e induktor, ensfh.Induktors dy't brûkt wurde by it wikseljen fan converters binne magnetyske komponinten mei hege frekwinsje.Troch ferskate faktoaren lykas materialen, bedriuwsbetingsten (lykas spanning en stroom) en omjouwingstemperatuer binne de presintearre skaaimerken en teoryen lykwols hiel oars.Dêrom, yn it circuit ûntwerp, neist de basisparameter fan 'e induktânsjewearde, moat de relaasje tusken de impedânsje fan' e induktor en de AC-resistinsje en frekwinsje, it kearnferlies en de saturaasjeaktuele skaaimerken, ensfh.Dit artikel sil yntrodusearje ferskate wichtige inductor kearn materialen en harren skaaimerken, en ek liede macht yngenieurs te kiezen kommersjeel beskikber standert inductors.
Foarwurd
Induktor is in elektromagnetyske ynduksjekomponint, dat wurdt foarme troch in bepaald oantal spoelen (spul) op in spoel of kearn te wikkeljen mei in isolearre draad.Dizze spoel wurdt in induktinsjespul of induktor neamd.Neffens it prinsipe fan elektromagnetyske ynduksje, as de spoel en it magnetysk fjild bewege relatyf oan elkoar, of de spoel genereart in wikseljend magnetysk fjild troch in wikselstroom, sil in yndusearre spanning wurde generearre om de feroaring fan it orizjinele magnetyske fjild te wjerstean, en dit karakteristyk fan it beheinen fan de hjoeddeistige feroaring wurdt induktânsje neamd.
De formule fan induktânsjewearde is as formule (1), dy't evenredich is mei de magnetyske permeabiliteit, it kwadraat fan 'e winding draait N, en it lykweardige magnetyske circuit trochsneedgebiet Ae, en is omkeard evenredich mei de lykweardige magnetyske circuit lingte le .Der binne in protte soarten inductance, elk geskikt foar ferskate tapassingen;de induktânsje is besibbe oan de foarm, grutte, wikkelmetoade, oantal bochten, en it type tusken magnetysk materiaal.
(1)
Ofhinklik fan 'e foarm fan' e izeren kearn, de inductance omfiemet toroidal, E kearn en drum;yn termen fan izeren kearn materiaal, d'r binne benammen keramyske kearn en twa sêfte magnetyske soarten.Se binne ferrite en metallysk poeder.Ofhinklik fan 'e struktuer of ferpakking metoade, der binne wire wound, multi-laach, en getten, en de tried wound hat non-shielded en de helte fan magnetyske lijm Shielded (semi-shielded) en shielded (shielded), ensfh.
De inductor fungearret as in koartsluting yn direkte stroom, en presintearret hege impedânsje foar wikselstroom.De basisgebrûk yn sirkwy omfetsje choking, filterjen, ôfstimmen en enerzjyopslach.Yn 'e tapassing fan' e switching converter, de inductor is de wichtichste enerzjy opslach komponint, en foarmet in low-pass filter mei de output capacitor te ferminderjen de útfier spanning ripple, dus it spilet ek in wichtige rol yn de filterfunksje.
Dit artikel sil yntrodusearje de ferskate kearn materialen fan inductors en harren skaaimerken, likegoed as guon fan 'e elektryske skaaimerken fan inductors, as in wichtige evaluaasje referinsje foar selektearjen inductors tidens circuit design.Yn it foarbyld fan 'e applikaasje, hoe't jo de induktânsjewearde kinne berekkenje en hoe't jo in kommersjeel beskikbere standertinduktor kinne kieze, sil wurde yntrodusearre troch praktyske foarbylden.
Soart kearnmateriaal
Induktors dy't brûkt wurde by it wikseljen fan converters binne magnetyske komponinten mei hege frekwinsje.It kearnmateriaal yn it sintrum hat it meast ynfloed op de skaaimerken fan 'e induktor, lykas impedânsje en frekwinsje, induktânsjewearde en frekwinsje, as kearnfersêdingskarakteristiken.It folgjende sil de fergeliking fan ferskate gewoane izeren kearnmaterialen en har sêdingskaaimerken yntrodusearje as in wichtige referinsje foar it selektearjen fan krêftinduktors:
1. Keramyske kearn
Keramyske kearn is ien fan 'e mienskiplike induktânsjematerialen.It wurdt benammen brûkt om de stypjende struktuer te leverjen dy't brûkt wurdt by it wikkeljen fan 'e spoel.It wurdt ek wol "luchtkearninduktor" neamd.Om't de brûkte izeren kearn in net-magnetysk materiaal is mei in heul lege temperatuerkoëffisjint, is de induktânsjewearde tige stabyl yn it wurktemperatuerberik.Troch it net-magnetyske materiaal as it medium is de induktânsje lykwols tige leech, wat net heul geskikt is foar it tapassen fan power converters.
2. Ferryt
De ferritkearn dy't brûkt wurdt yn algemiene hege frekwinsje-induktors is in ferrite-ferbining dy't nikkel sink (NiZn) of mangaan sink (MnZn) befettet, dat is in sêft magnetysk ferromagnetysk materiaal mei lege koerciviteit.Figuer 1 toant de hysteresis kromme (BH loop) fan in algemiene magnetyske kearn.De twangkrêft HC fan in magnetysk materiaal wurdt ek wol twangkrêft neamd, wat betsjut dat wannear't it magnetyske materiaal magnetisearre is ta magnetyske sêding, syn magnetisaasje (magnetisaasje) wurdt fermindere nei nul De fereaske magnetyske fjildsterkte op dat stuit.Legere koerciviteit betsjut legere ferset tsjin demagnetisaasje en betsjut ek legere hysteresisferlies.
Mangaan-sink en nikkel-sink ferrites hawwe relatyf hege relative permeabiliteit (μr), sa'n 1500-15000 en 100-1000, respektivelik.Har hege magnetyske permeabiliteit makket de izeren kearn heger yn in bepaald folume.De induktânsje.It neidiel is lykwols dat syn tolerabele sêdingstrom leech is, en as de izeren kearn ienris verzadigd is, sil de magnetyske permeabiliteit skerp sakje.Ferwize nei figuer 4 foar de ôfnimmende trend fan magnetyske permeabiliteit fan ferrite en poeder izeren kearnen as de izeren kearn is verzadigd.Fergeliking.Wannear't brûkt wurdt yn macht inductors, in lucht gat wurdt oerbleaun yn de wichtichste magnetyske circuit, dat kin ferminderjen permeability, mije sêding en bewarje mear enerzjy;doe't de lucht gat is opnaam, de lykweardich relative permeability kin wêze oer 20- Tusken 200. Sûnt de hege resistivity fan it materiaal sels kin ferminderjen it ferlies feroarsake troch eddy hjoeddeistige, it ferlies is leger by hege frekwinsjes, en it is mear geskikt foar hege frekwinsje transformators, EMI filter inductors en enerzjy opslach inductors fan macht converters.Wat de wurkfrekwinsje oanbelanget, is nikkel-sinkferriet geskikt foar gebrûk (>1 MHz), wylst mangaan-sinkferriet geskikt is foar legere frekwinsjebanden (<2 MHz).
1
figuer 1. De hysteresis kromme fan de magnetyske kearn (BR: remanence; BSAT: saturation magnetyske flux tichtens)
3. Poeder izer kearn
Poeder izeren kearnen binne ek sêft-magnetyske ferromagnetyske materialen.Se wurde makke fan izeren poeder alloys fan ferskillende materialen of allinnich izer poeder.De formule befettet net-magnetyske materialen mei ferskate partikelgrutte, sadat de sêdingskromme relatyf sêft is.De poeder izeren kearn is meast toroidal.figuer 2 toant de poeder izeren kearn en syn dwerstrochsneed werjefte.
Algemiene poeierde izeren kearnen omfetsje izer-nikkel-molybdeen-legering (MPP), sendust (Sendust), izer-nikkel-legering (hege flux) en izeren poederkearn (izeren poeder).Fanwegen de ferskillende komponinten binne har skaaimerken en prizen ek ferskillend, wat de kar fan induktors beynfloedet.It folgjende sil de earder neamde kearntypen yntrodusearje en har skaaimerken fergelykje:
A. Izer-nikkel-molybdeen alloy (MPP)
Fe-Ni-Mo alloy wurdt ôfkoarte as MPP, dat is de ôfkoarting fan molypermalloy poeder.De relative permeabiliteit is likernôch 14-500, en de sêding magnetyske flux tichtens is likernôch 7500 Gauss (Gauss), dat is heger as de sêding magnetyske flux tichtens fan ferrite (sawat 4000-5000 Gauss).In protte út.MPP hat it lytste izerferlies en hat de bêste temperatuerstabiliteit ûnder poeder izeren kearnen.As de eksterne DC-stream de sêdingstrom ISAT berikt, nimt de induktânsjewearde stadichoan ôf sûnder abrupt attenuaasje.MPP hat bettere prestaasjes, mar hegere kosten, en wurdt meastentiids brûkt as macht inductor en EMI filtering foar macht converters.
B. Sendust
De izer-silisium-aluminium alloy izeren kearn is in legere izeren kearn gearstald út izer, silisium, en aluminium, mei in relative magnetyske permeabiliteit fan likernôch 26 oant 125. It izer ferlies is tusken de izeren poeder kearn en MPP en izer-nikkel alloy .De sêding magnetyske flux tichtens is heger as MPP, oer 10500 Gauss.Temperatuer stabiliteit en sêding hjoeddeistige skaaimerken binne in bytsje minder as MPP en izer-nikkel alloy, mar better as izer poeder kearn en ferrite kearn, en de relative kosten is goedkeaper as MPP en izer-nikkel alloy.It wurdt meast brûkt yn EMI-filtering, power factor correction (PFC) circuits en power inductors fan switching power converters.
C. Izer-nikkel alloy (hege flux)
De kearn fan izer-nikkellegering is makke fan izer en nikkel.De relative magnetyske permeabiliteit is sawat 14-200.It izerferlies en temperatuerstabiliteit binne tusken MPP en izer-silisium-aluminium alloy.De izer-nikkel alloy kearn hat de heechste sêding magnetyske flux tichtens, oer 15.000 Gauss, en kin tsjin hegere DC bias streamingen, en syn DC bias skaaimerken binne ek better.Applikaasjeomfang: Aktive krêftfaktorkorreksje, enerzjyopslachinduktânsje, filterinduktânsje, hege frekwinsjetransformator fan flyback-konverter, ensfh.
D. Izerpulver
De izeren poederkearn is makke fan izeren poederpartikels mei hege suverens mei tige lytse dieltsjes dy't fan elkoar isolearre binne.It fabrikaazjeproses makket dat it in ferdielde luchtgap hat.Neist de ringfoarm hawwe de mienskiplike izeren poederkearnfoarmen ek E-type en stampingstypen.De relative magnetyske permeabiliteit fan 'e izeren poederkearn is sawat 10 oant 75, en de hege sêding magnetyske fluxdichtheid is sawat 15000 Gauss.Under de poeder izeren kearnen hat de izeren poeder kearn de heechste izer ferlies mar de leechste kosten.
Figuer 3 toant de BH-kurven fan PC47 mangaan-sinkferrite produsearre troch TDK en poeierde izeren kearnen -52 en -2 produsearre troch MICROMETALS;de relative magnetyske permeabiliteit fan mangaan-sinkferrite is folle heger as dy fan poederde izeren kearnen en is verzadigd De magnetyske fluxdichte is ek hiel oars, it ferrit is sawat 5000 Gauss en de izeren poederkearn is mear as 10000 Gauss.
3
Ofbylding 3. BH-kromme fan mangaan-sinkferrit en izerpoederkearnen fan ferskate materialen
Gearfetsjend, de sêding skaaimerken fan de izeren kearn binne oars;ienris de sêdingstrom is oerskreden, sil de magnetyske permeabiliteit fan 'e ferritkearn skerp sakje, wylst de izeren poederkearn stadichoan ôfnimme kin.figuer 4 toant de magnetyske permeabiliteit drop skaaimerken fan in poeder izeren kearn mei deselde magnetyske permeability en in ferrite mei in lucht gat ûnder ferskillende magnetyske fjild sterkte.Dit ferklearret ek de induktânsje fan 'e ferrietkearn, om't de permeabiliteit skerp sakket as de kearn verzadigd is, sa't te sjen is út fergeliking (1), it soarget der ek foar dat de ynduktânsje skerp falt;wylst de poeder kearn mei ferspraat lucht gat, de magnetyske permeability De taryf nimt ôf stadich doe't de izeren kearn is verzadigd, sadat de inductance ôfnimt mear sêft, dat is, it hat better DC bias skaaimerken.Yn 'e tapassing fan macht converters, dit karakteristyk is tige wichtich;as de trage sêdingskarakteristyk fan 'e induktor net goed is, komt de induktorstroom op nei de sêdingstrom, en de hommelse drip yn induktânsje sil de hjoeddeistige stress fan 'e skeakelkristal skerp opstekke, wat maklik skea feroarsaket.
4
figuer 4. Magnetic permeability drop skaaimerken fan poeder izeren kearn en ferrite izeren kearn mei lucht gat ûnder ferskillende magnetyske fjild sterkte.
Inductor elektryske skaaimerken en pakket struktuer
By it ûntwerpen fan in wikselkonverter en it selektearjen fan in induktor, binne de induktânsjewearde L, impedânsje Z, AC-resistinsje ACR en Q-wearde (kwaliteitsfaktor), nominearre hjoeddeistige IDC en ISAT, en kearnferlies (kearnferlies) en oare wichtige elektryske skaaimerken allegear Must beskôge wurde.Derneist sil de ferpakkingsstruktuer fan 'e induktor ynfloed hawwe op' e omfang fan 'e magnetyske lek, dy't op syn beurt ynfloed hat op EMI.It folgjende sil besprekke de boppeneamde skaaimerken apart as ôfwagings foar selektearjen inductors.
1. Induktânsjewearde (L)
De inductance wearde fan in inductor is de meast wichtige basis parameter yn circuit design, mar it moat wurde kontrolearre oft de inductance wearde is stabyl op de bestjoeringssysteem frekwinsje.De nominale wearde fan 'e induktânsje wurdt normaal metten op 100 kHz of 1 MHz sûnder in eksterne DC-bias.En om de mooglikheid fan massa automatisearre produksje te garandearjen, is de tolerânsje fan 'e induktor normaal ± 20% (M) en ± 30% (N).Figuer 5 is de karakteristike induktânsje-frekwinsje-grafyk fan Taiyo Yuden-induktor NR4018T220M mjitten mei Wayne Kerr's LCR-meter.Lykas werjûn yn 'e figuer, de inductance wearde kromme is relatyf flak foar 5 MHz, en de inductance wearde kin hast wurde beskôge as in konstante.Yn de hege frekwinsje band fanwege de resonânsje generearre troch de parasitêr capacitance en inductance, de inductance wearde sil tanimme.Dizze resonânsjefrekwinsje wurdt de selsresonânsjefrekwinsje (SRF) neamd, dy't normaal folle heger moat wêze as de wurkfrekwinsje.
5
Ofbylding 5, Taiyo Yuden NR4018T220M induktânsje-frekwinsje karakteristyk mjittingdiagram
2. Impedânsje (Z)
Lykas werjûn yn figuer 6, kin it impedânsjediagram ek sjoen wurde fan 'e prestaasjes fan' e induktânsje op ferskate frekwinsjes.De impedânsje fan 'e induktor is sawat evenredich mei de frekwinsje (Z = 2πfL), dus hoe heger de frekwinsje, de reaktânsje sil folle grutter wêze as de AC-resistinsje, sadat de impedânsje him gedraacht as in suvere induktânsje (faze is 90˚).By hege frekwinsjes, troch it parasitêre kapasitânsje-effekt, kin it selsresonânsjefrekwinsjepunt fan 'e impedânsje sjoen wurde.Nei dit punt sakket de impedânsje en wurdt kapasityf, en de faze feroaret stadichoan nei -90 ˚.
6
3. Q-wearde en AC-resistinsje (ACR)
Q-wearde yn 'e definysje fan induktânsje is de ferhâlding fan reaktânsje nei ferset, dat is de ferhâlding fan it tinkbyldige diel oan it echte diel fan' e impedânsje, lykas yn formule (2).
(2)
Wêr't XL de reaktânsje fan 'e induktor is, en RL de AC-wjerstân fan' e induktor is.
Yn it lege frekwinsjeberik is de AC-resistinsje grutter dan de reaktânsje feroarsake troch de induktânsje, sadat de Q-wearde tige leech is;as de frekwinsje ferheget, de reactance (sawat 2πfL) wurdt grutter en grutter, sels as de wjerstân troch skin effekt (hûd effekt) en proximity (proximity) effekt) It effekt wurdt grutter en grutter, en de Q wearde noch nimt ta mei frekwinsje ;by it benaderjen fan SRF, de inductive reactance wurdt stadichoan kompensearre troch de capacitive reactance, en de Q wearde stadichoan wurdt lytser;doe't de SRF wurdt nul, omdat de inductive reactance en de capacitive reactance binne folslein deselde Disappear.figuer 7 toant de relaasje tusken Q wearde en frekwinsje fan NR4018T220M, en de relaasje is yn 'e foarm fan in omkearde bell.
7
figuer 7. De relaasje tusken Q wearde en frekwinsje fan Taiyo Yuden inductor NR4018T220M
Yn de applikaasje frekwinsje band fan inductance, hoe heger de Q wearde, it better;it betsjut dat syn reactance is folle grutter as de AC ferset.Yn 't algemien is de bêste Q-wearde boppe 40, wat betsjut dat de kwaliteit fan' e induktor goed is.As de DC-foaroardieling lykwols ferheget, sil de induktânsjewearde lykwols ôfnimme en de Q-wearde sil ek ôfnimme.As flakke enameled tried of multi-strand enameled tried wurdt brûkt, de hûd effekt, dat is AC ferset, kin wurde fermindere, en de Q wearde fan de inductor kin ek wurde ferhege.
De DC-resistinsje DCR wurdt algemien beskôge as de DC-resistinsje fan 'e koperdraad, en de wjerstân kin wurde berekkene neffens de draaddiameter en -lingte.De measte fan 'e leechsteande SMD-induktors sille lykwols ultrasone welding brûke om it koperblêd fan' e SMD te meitsjen by it wikkele terminal.Om't de koperdraad lykwols net lang is en de wjerstânswearde net heech is, makket de lasferset faaks in oansjenlik part fan 'e totale DC-resistinsje út.Troch TDK's wire-wound SMD-induktor CLF6045NIT-1R5N as foarbyld te nimmen, is de mjitten DC-resistinsje 14.6mΩ, en de DC-wjerstân berekkene op basis fan 'e draaddiameter en -lingte is 12.1mΩ.De resultaten litte sjen dat dit welding ferset goed is foar likernôch 17% fan de totale DC ferset.
AC ferset ACR hat hûd effekt en proximity effekt, dat sil feroarsaakje ACR te fergrutsjen mei frekwinsje;by it tapassen fan algemiene induktânsje, om't de AC-komponint folle leger is as de DC-komponint, is de ynfloed feroarsake troch ACR net dúdlik;mar by ljocht load, Omdat de DC komponint wurdt fermindere, kin it ferlies feroarsake troch ACR net negearre.It hûdeffekt betsjut dat ûnder AC-betingsten de aktuele ferdieling yn 'e dirigint ûnjildich is en konsintrearre is op it oerflak fan' e draad, wat resulteart yn in fermindering fan it lykweardige trochsneedgebiet fan 'e draad, wat op syn beurt de lykweardige wjerstân fan' e draad fergruttet mei frekwinsje.Dêrneist, yn in tried winding, neistlizzende triedden sille de tafoeging en subtraksje fan magnetyske fjilden fanwege de stroom, sadat de stroom wurdt konsintrearre op it oerflak neist de tried (of it fierste oerflak, ôfhinklik fan de rjochting fan de stroom) ), dy't ek lykweardige draadûnderskepping feroarsaket.It ferskynsel dat it gebiet ôfnimt en de lykweardige wjerstân nimt ta is it saneamde proximity-effekt;yn de inductance tapassing fan in multilayer winding, de neite effekt is noch dúdliker.
8
Figuer 8 toant de relaasje tusken AC ferset en frekwinsje fan de wire-wound SMD inductor NR4018T220M.By in frekwinsje fan 1kHz is de wjerstân sa'n 360mΩ;by 100kHz, de wjerstân nimt ta 775mΩ;by 10MHz is de fersetwearde tichtby 160Ω.By it skatten fan it koperferlies moat de berekkening de ACR beskôgje dy't feroarsake is troch de effekten fan 'e hûd en tichtby, en it oanpasse oan formule (3).
4. Saturation current (ISAT)
Saturaasjestroom ISAT is oer it generaal de biasstroom markearre as de induktânsjewearde wurdt ferswakke lykas 10%, 30%, of 40%.Foar lucht-gap ferrite, omdat syn sêding hjoeddeistige karakteristyk is hiel fluch, der is net folle ferskil tusken 10% en 40%.Ferwize nei figuer 4. As it lykwols in izeren poederkearn is (lykas in stimpele induktor), is de sêdingskromme relatyf sêft, lykas werjûn yn figuer 9, is de biasstroom op 10% of 40% fan 'e induktânsje-demping folle oars, sadat de sêding hjoeddeistige wearde sil wurde besprutsen apart foar de twa soarten izeren kearnen as folget.
Foar in lucht-gap ferrite, is it ridlik te brûken ISAT as de boppegrins fan de maksimale inductor hjoeddeistige foar circuit applikaasjes.As it lykwols in izeren poederkearn is, fanwegen de trage sêdingskarakteristyk, sil d'r gjin probleem wêze, sels as de maksimale stroom fan 'e applikaasjekring ISAT grutter is.Dêrom is dizze izeren kearneigenskip it meast geskikt foar it wikseljen fan converter-applikaasjes.Under swiere lading, hoewol't de inductance wearde fan de inductor is leech, lykas werjûn yn figuer 9, de hjoeddeiske rimpel faktor is heech, mar de hjoeddeiske capacitor hjoeddeistige tolerânsje is heech, dus it sil gjin probleem.Under lichte lading is de induktânsjewearde fan 'e induktor grutter, wat helpt om de rimpelstroom fan 'e induktor te ferminderjen, wêrtroch it izerferlies fermindert.Figuer 9 fergeliket de sêding hjoeddeistige kromme fan TDK syn wûn ferrite SLF7055T1R5N en stimpele izer poeder kearn inductor SPM6530T1R5M ûnder deselde nominale wearde fan inductance.
9
figuer 9. Saturation hjoeddeistige kromme fan wûn ferrite en stimpele izer poeder kearn ûnder deselde nominale wearde fan inductance
5. Nominearre stroom (IDC)
De IDC-wearde is de DC-bias as de induktortemperatuer opkomt nei Tr˚C.De spesifikaasjes jouwe ek syn DC-resistinsjewearde RDC oan by 20˚C.Neffens de temperatuerkoëffisjint fan 'e koperdraad is sawat 3.930 ppm, as de temperatuer fan Tr opkomt, is syn fersetwearde RDC_Tr = RDC (1+0.00393Tr), en har enerzjyferbrûk is PCU = I2DCxRDC.Dit koperferlies wurdt ferspraat op it oerflak fan 'e induktor, en de termyske wjerstân ΘTH fan' e induktor kin wurde berekkene:
(2)
Tabel 2 ferwiist nei it gegevensblêd fan 'e TDK VLS6045EX-searje (6.0 × 6.0 × 4.5 mm), en berekkent de termyske wjerstân by in temperatuerferheging fan 40˚C.Fansels, foar inductors fan deselde searje en grutte, de berekkene termyske wjerstân is hast itselde troch deselde oerflak waarmte dissipation gebiet;mei oare wurden, de nominearre hjoeddeistige IDC fan ferskate inductors kin wurde rûsd.Ferskillende searjes (pakketten) fan induktors hawwe ferskillende termyske wjerstannen.Tabel 3 fergeliket de termyske wjerstân fan inductors fan TDK VLS6045EX rige (semi-shielded) en SPM6530 rige (foarme).Hoe grutter de termyske wjerstân, hoe heger de temperatuerferheging dy't ûntstiet as de induktânsje troch de ladingstrom streamt;oars, de legere.
(2)
Tabel 2. Thermyske wjerstân fan induktors fan 'e VLS6045EX-searje by in temperatuerferheging fan 40˚C
It kin sjoen wurde út Tabel 3 dat sels as de grutte fan 'e inductors is ferlykber, de termyske wjerstân fan' e stimpele inductors is leech, dat is, de waarmte dissipation is better.
(3)
Tabel 3. Fergeliking fan termyske wjerstân fan ferskate pakketinduktors.
6. Core ferlies
Kearnferlies, oantsjut as izerferlies, wurdt benammen feroarsake troch wervelstreamferlies en hysteresisferlies.De grutte fan 'e eddy hjoeddeistige ferlies is benammen ôfhinklik fan oft de kearn materiaal is maklik te "fieren";as de conductivity is heech, dat is, de resistivity is leech, de eddy stream ferlies is heech, en as de resistivity fan it ferrite is heech, de eddy current ferlies is relatyf leech.Eddy hjoeddeistige ferlies is ek besibbe oan frekwinsje.Hoe heger de frekwinsje, hoe grutter it ferlies fan wervelstroom.Dêrom sil it kearnmateriaal de juste wurkfrekwinsje fan 'e kearn bepale.Yn 't algemien kin de wurkfrekwinsje fan izeren poederkearn 1MHz berikke, en de wurkfrekwinsje fan ferrit kin 10MHz berikke.As de bestjoeringsfrekwinsje dizze frekwinsje grutter is, sil it wervelstroomferlies fluch tanimme en sil de izeren kearntemperatuer ek tanimme.Mei de rappe ûntwikkeling fan izeren kearnmaterialen moatte izeren kearnen mei hegere bestjoeringsfrekwinsjes lykwols krekt om 'e hoeke wêze.
In oar izerferlies is it hysteresisferlies, dat evenredich is mei it gebiet omsletten troch de hysteresiskurve, dy't relatearre is oan 'e swingamplitude fan' e AC-komponint fan 'e stroom;hoe grutter de AC swing, hoe grutter de hysteresis ferlies.
Yn it lykweardige circuit fan in induktor wurdt in wjerstân dy't parallel ferbûn is mei de induktor faak brûkt om it izerferlies út te drukken.As de frekwinsje gelyk is oan SRF, annulearje de induktive reaktânsje en kapasitive reaktânsje, en de lykweardige reaktânsje is nul.Op dit stuit is de impedânsje fan 'e induktor lykweardich oan' e izeren ferliesresistinsje yn searje mei de slingerferset, en de izerferliesresistinsje is folle grutter as de slingerferset, sadat de impedânsje by SRF sawat gelyk is oan 'e izerferliesresistinsje.As foarbyld fan in leechspanningsinduktor is syn izerferliesresistinsje sawat 20kΩ.As de effektive weardespanning oan beide úteinen fan 'e induktor wurdt rûsd op 5V, is har izerferlies sawat 1.25mW, wat ek sjen lit dat hoe grutter de izerferliesresistinsje, hoe better.
7. Shield struktuer
De ferpakking struktuer fan ferrite inductors omfiemet net-shielded, semi-shielded mei magnetyske lijm, en shielded, en d'r is in flinke lucht gat yn ien fan harren.Fansels sil de loftgap magnetyske lekken hawwe, en yn it slimste gefal sil it ynterferearje mei de omlizzende lytse sinjaalkringen, of as d'r in magnetysk materiaal tichtby is, sil syn induktânsje ek wurde feroare.In oare ferpakkingsstruktuer is in stimpele izeren poederinduktor.Om't d'r gjin gat yn 'e induktor is en de kronkelstruktuer solide is, is it probleem fan dissipaasje fan magnetysk fjild relatyf lyts.Figuer 10 is it gebrûk fan 'e FFT-funksje fan' e RTO 1004-oscilloskoop om de grutte fan it lekmagnetyske fjild te mjitten op 3 mm boppe en oan 'e kant fan' e stimpele induktor.Tabel 4 listet de ferliking fan it lekmagnetyske fjild fan ferskate pakketstruktuerinduktors.It kin sjoen wurde dat non-shielded inductors hawwe de meast serieuze magnetyske leakage;stimpele inductors hawwe de lytste magnetyske lekkage, en toant de bêste magnetyske shielding-effekt..It ferskil yn 'e grutte fan it lekmagnetyske fjild fan' e induktors fan dizze twa struktueren is sawat 14dB, dat is hast 5 kear.
10
figuer 10. De grutte fan it lekmagnetysk fjild mjitten op 3mm boppe en oan 'e kant fan' e stimpele induktor
(4)
Tabel 4. Ferliking fan it lek magnetysk fjild fan ferskillende pakket struktuer inductors
8. koppeling
Yn guon applikaasjes, soms binne d'r meardere sets fan DC converters op 'e PCB, dy't meastal regele njonken elkoar, en harren oerienkommende inductors wurde ek regele neist elkoar.As jo brûke in net-shielded of in semy-shielded type mei magnetyske lijm Inductors meie wurde keppele oan elkoar te foarmjen EMI ynterferinsje.Dêrom, by it pleatsen fan de inductor, is it oan te rieden om earst de polariteit fan 'e inductor te markearjen, en it begjin- en wikkelpunt fan' e binnenste laach fan 'e inductor te ferbinen mei de skeakelspanning fan' e converter, lykas de VSW fan in buck-konverter, dat is it bewegende punt.De outlet terminal is ferbûn mei de útfier capacitor, dat is it statyske punt;de koperen tried winding dêrom foarmet in beskate graad fan elektryske fjild shielding.Yn 'e bedradingsarrangement fan' e multiplexer helpt it befestigjen fan 'e polariteit fan' e induktânsje om de omfang fan 'e ûnderlinge induktânsje te reparearjen en wat ûnferwachte EMI-problemen te foarkommen.
Oanfraach:
It foarige haadstik besprutsen it kearnmateriaal, pakketstruktuer en wichtige elektryske skaaimerken fan 'e induktor.Dit haadstik sil útlizze hoe't te kiezen de passende inductance wearde fan de buck converter en de ôfwagings foar it kiezen fan in kommersjeel beskikber inductor.
Lykas werjûn yn fergeliking (5), sil de induktorwearde en de skeakelfrekwinsje fan 'e converter ynfloed hawwe op' e induktorrimpelstrom (ΔiL).De induktorrimpelstream sil troch de útfierkondensator streame en beynfloedzje de rimpelstroom fan 'e útfierkondensator.Dêrom sil it beynfloedzje de seleksje fan de útfier capacitor en fierder beynfloedzje de rimpel grutte fan de útfier spanning.Fierder sil de induktânsjewearde en de wearde fan 'e útfierkapasiteit ek ynfloed hawwe op it feedbackûntwerp fan it systeem en de dynamyske reaksje fan 'e lading.Kieze in gruttere inductance wearde hat minder hjoeddeistige stress op 'e capacitor, en is ek foardielich te ferminderjen output voltage rimpel en kin opslaan mear enerzjy.In gruttere induktânsjewearde jout lykwols in grutter folume oan, dat is in hegere kosten.Dêrom, by it ûntwerpen fan de converter, is it ûntwerp fan 'e induktânsjewearde heul wichtich.
(5)
It kin sjoen wurde út formule (5) dat as it gat tusken de ynfierspanning en de útfierspanning grutter is, sil de induktorrimpelstroom grutter wêze, dat is de slimste betingst fan it induktorûntwerp.Yn kombinaasje mei oare induktive analyze moat it induktânsje-ûntwerppunt fan 'e step-down converter normaal wurde selektearre ûnder de betingsten fan maksimale ynfierspanning en folsleine lading.
By it ûntwerpen fan de induktânsjewearde is it nedich om in ôfwikseling te meitsjen tusken de induktorrimpelstroom en de induktorgrutte, en de rimpelstroomfaktor (rimpelstroomfaktor; γ) wurdt hjir definiearre, lykas yn formule (6).
(6)
Troch formule (6) te ferfangen yn formule (5), kin de induktânsjewearde wurde útdrukt as formule (7).
(7)
Neffens formule (7), as it ferskil tusken de ynfier- en útfierspanning grutter is, kin de γ-wearde grutter wurde selektearre;krekt oarsom, as de ynfier- en útfierspanning tichterby lizze, moat it ûntwerp fan γ-wearde lytser wêze.Om te kiezen tusken de induktorrimpelstroom en de grutte, neffens de tradisjonele ûntwerpûnderfiningswearde, is γ normaal 0,2 oant 0,5.It folgjende nimt RT7276 as foarbyld om de berekkening fan induktânsje en de seleksje fan kommersjeel beskikbere induktors te yllustrearjen.
Untwerpfoarbyld: ûntworpen mei RT7276 avansearre konstante tiid (Avansearre konstante tiid; ACOTTM) syngroane rectification step-down converter, syn skeakelfrekwinsje is 700 kHz, de ynfierspanning is 4.5V oant 18V, en de útfierspanning is 1.05V .De folsleine ladingstroom is 3A.Lykas hjirboppe neamd, moat de induktânsjewearde ûntwurpen wurde ûnder de betingsten fan 'e maksimale ynfierspanning fan 18V en de folsleine lading fan 3A, de wearde fan γ wurdt nommen as 0,35, en de boppeste wearde wurdt ferfongen yn fergeliking (7), de induktânsje wearde is
Brûk in induktor mei in konvinsjonele nominale induktânsjewearde fan 1,5 µH.Ferfange formule (5) om de ynduktorrimpelstroom as folget te berekkenjen.
Dêrom is de pykstroom fan 'e induktor
En de effektive wearde fan 'e induktorstrom (IRMS) is
Om't de induktorrimpelkomponint lyts is, is de effektive wearde fan 'e induktorstrom benammen syn DC-komponint, en dizze effektive wearde wurdt brûkt as basis foar it selektearjen fan 'e induktor-beoardiele hjoeddeistige IDC.Mei 80% derating (derating) ûntwerp binne de induktânsjeeasken:
L = 1,5 µH (100 kHz), IDC = 3,77 A, ISAT = 4,34 A
Tabel 5 listet de beskikbere inductors fan ferskate searjes fan TDK, ferlykber yn grutte, mar oars yn pakketstruktuer.It kin sjoen wurde út de tabel dat de sêding hjoeddeistige en nominearre stroom fan de stimpele inductor (SPM6530T-1R5M) binne grut, en de termyske wjerstân is lyts en de waarmte dissipation is goed.Derneist, neffens de diskusje yn it foarige haadstik, is it kearnmateriaal fan 'e stimpele induktor izeren poederkearn, dus it wurdt fergelike mei de ferritkearn fan' e semi-ôfskermde (VLS6045EX-1R5N) en beskerme (SLF7055T-1R5N) induktors mei magnetyske lijm., Hat goede DC bias skaaimerken.Figuer 11 toant de effisjinsjefergeliking fan ferskate induktors tapast op 'e RT7276 avansearre konstante op-tiid syngroane rektifikaasje stap-down converter.De resultaten litte sjen dat it effisjinsjeferskil tusken de trije net signifikant is.As jo beskôgje waarmte dissipation, DC bias skaaimerken en magnetysk fjild dissipaasje problemen, It is oan te rieden om te brûken SPM6530T-1R5M inductors.
(5)
Tabel 5. Ferliking fan inductances fan ferskillende rige fan TDK
11
figuer 11. Ferliking fan converter effisjinsje mei ferskillende inductors
As jo kieze deselde pakket struktuer en inductance wearde, mar lytsere grutte inductors, lykas SPM4015T-1R5M (4.4 × 4.1 × 1.5mm), hoewol't syn grutte is lyts, mar de DC ferset RDC (44.5mΩ) en termyske ferset ΘTH ( 51˚C) /W) grutter.Foar converters fan deselde spesifikaasjes is de effektive wearde fan 'e aktuele tolerearre troch de induktor ek itselde.Fansels sil de DC-ferset de effisjinsje ûnder swiere lading ferminderje.Dêrnjonken betsjut in grutte termyske wjerstân in minne waarmteferdieling.Dêrom, by it kiezen fan in inductor, is it net allinich nedich om de foardielen fan fermindere grutte te beskôgjen, mar ek om de byhearrende tekoarten te evaluearjen.
Ta beslút
Induktânsje is ien fan 'e meast brûkte passive komponinten by it wikseljen fan machtkonverters, dy't kinne wurde brûkt foar enerzjyopslach en filterjen.Yn circuitûntwerp is it lykwols net allinich de induktânsjewearde wêrop omtinken jûn wurde moat, mar oare parameters, ynklusyf AC-resistinsje en Q-wearde, hjoeddeistige tolerânsje, izeren kearnferzadiging, en pakketstruktuer, ensfh., binne allegear parameters dy't moatte wurde beskôge by it kiezen fan in induktor..Dizze parameters binne normaal relatearre oan it kearnmateriaal, it fabrikaazjeproses, en de grutte en kosten.Dêrom yntrodusearret dit artikel de skaaimerken fan ferskate izeren kearnmaterialen en hoe't jo in passende induktânsje kinne kieze as referinsje foar ûntwerp fan stroomfoarsjenning.
Post tiid: Jun-15-2021