124

nijs

Gearfetting

Ynduktors binne heul wichtige ûnderdielen by it skeakeljen fan konvertearders, lykas enerzjyopslach en krêftfilters. D'r binne in protte soarten ynduktors, lykas foar ferskate tapassingen (fan lege frekwinsje oant hege frekwinsje), of ferskillende kearnmaterialen dy't ynfloed hawwe op de skaaimerken fan 'e ynduktor, ensafuorthinne. Ynduktors dy't brûkt wurde by it skeakeljen fan omrekkeners binne magnetyske komponinten mei hege frekwinsje. Troch ferskate faktoaren lykas materialen, bedriuwsbetingsten (lykas spanning en stroom), en omjouwingstemperatuer binne de presinteare skaaimerken en teoryen lykwols hiel oars. Dêrom moat by it sirkwy-ûntwerp, neist de basisparameter fan 'e ynduktinsjewearde, de relaasje tusken de impedânsje fan' e ynduktor en de wjerstân en de frekwinsje fan AC, it kearnferlies en de skaaimerksstroomkarakteristiken, ensfh., Noch wurde beskôge. Dit artikel sil ferskate wichtige ynductor-kearnmaterialen en har skaaimerken yntrodusearje, en liedt machtingenieurs ek om kommersjeel beskikbere standertinduktors te kiezen.

Foarwurd

Inductor is in elektromagnetyske ynduksjekomponint, dy't wurdt foarme troch in bepaald oantal spoelen (spoel) op in spoel of kearn mei in isoleare tried te winen. Dizze spoel wurdt in ynduktanspoel as ynduktor neamd. Neffens it prinsipe fan elektromagnetyske ynduksje, as de spoel en it magnetyske fjild relatyf oan elkoar bewege, as de spoel in alternearjend magnetysk fjild genereart troch in wikselstroom, sil in feroarsake spanning wurde generearre om de feroaring fan it orizjinele magnetyske fjild te wjerstean, en dit karakteristyk fan it beheinen fan 'e hjoeddeistige feroaring hjit ynduktânsje.

De formule fan ynduktinsjewearde is as formule (1), dy't evenredich is mei de magnetyske permeabiliteit, it fjouwerkant fan 'e wikkeling draait N, en it lykweardige magnetyske sirkwy dwerssneedgebiet Ae, en is omkeard evenredich mei de ekwivalente magnetyske sirkellengte le , D'r binne in protte soarten ynduktens, elk geskikt foar ferskate tapassingen; de ynduktânsje is relatearre oan 'e foarm, grutte, windingmetoade, oantal bochten, en it type tuskenmagnetysk materiaal.

图片1

(1)

Ofhinklik fan 'e foarm fan' e izeren kearn, omfettet de ynduktânsje toroïdale, E-kearn en tromme; yn termen fan izeren kearnmateriaal binne d'r foaral keramyske kearn en twa sêfte magnetyske soarten. Se binne ferriet en metallysk poeier. Ofhinklik fan 'e struktuer as ferpakkingsmetoade binne d'r draadwûn, meardielich en foarme, en de draadwûn hat net-beskerme en de helte fan magnetyske lijm Beskermd (semi-ôfskermd) en ôfskermd (ôfskermd), ensfh.

De ynduktor fungeart as in koartsluting yn direkte stream, en presinteart hege impedânsje foar wikselstroom. De basisfoarsjenningen yn sirkwy's omfetsje stikking, filterjen, ôfstimmen en enerzjyopslach. Yn 'e tapassing fan' e wikselkonverter is de ynduktor de wichtichste enerzjy-opslachkomponint, en foarmet in leech trochgeande filter mei de útfierkondensator om de rippel fan 'e útfierspanning te ferminderjen, dus it spilet ek in wichtige rol yn' e filterfunksje.

Dit artikel sil de ferskate kearnmaterialen fan ynduktors en har skaaimerken yntrodusearje, lykas guon fan 'e elektryske skaaimerken fan ynduktors, as in wichtige evaluaasjereferinsje foar it selektearjen fan ynduktors by sirkwy-ûntwerp. Yn it foarbyld fan tapassing wurde hoe't praktyske foarbylden wurde berekkene en hoe't jo in kommersjeel beskikber standert ynduktor kieze.

Soarte kearnmateriaal

Ynduktors dy't brûkt wurde by it skeakeljen fan omrekkeners binne magnetyske komponinten mei hege frekwinsje. It kearnmateriaal yn it sintrum hat meast ynfloed op de skaaimerken fan 'e ynduktor, lykas impedânsje en frekwinsje, ynduktanswearde en frekwinsje, as kearnsaturaasjekarakteristiken. It folgjende sil de fergeliking yntrodusearje fan ferskate mienskiplike izeren kearnmaterialen en har sêdingkarakteristiken as in wichtige referinsje foar it selektearjen fan krêftinduktors:

1. Keramyske kearn

Keramyske kearn is ien fan 'e mienskiplike ynduktansematerialen. It wurdt foaral brûkt om de draachstruktuer te leverjen dy't wurdt brûkt by it opwinnen fan 'e spoel. It wurdt ek wol "luchtkerninduktor" neamd. Om't de izeren kearn dy't brûkt wurdt in net-magnetysk materiaal is mei in heule koeffizient foar lege temperatuer, is de ynduktanswearde heul stabyl yn it berik fan it wurktemperatuer. Troch it net-magnetyske materiaal as medium is de ynduktânsje lykwols heul leech, wat net heul gaadlik is foar de tapassing fan krêftombouwers.

2. Ferriet

De ferrietkern dy't wurdt brûkt yn algemiene ynduktors mei hege frekwinsje is in ferrietferbining mei nikkel sink (NiZn) as mangaanzink (MnZn), dat is in sêft magnetysk ferromagnetysk materiaal mei lege twang. Figuer 1 toant de hysteresekurve (BH-loop) fan in algemiene magnetyske kearn. De twingende krêft HC fan in magnetysk materiaal wurdt ek wol twingende krêft neamd, wat betsjut dat as it magnetyske materiaal magnetisearre is ta magnetyske sêding, wurdt syn magnetisaasje (magnetisaasje) werombrocht nei nul De fereaske magnetyske fjildsterkte op dat stuit. Legere twangmjittigens betsjuttet legere wjerstân tsjin demagnetisaasje en betsjut ek legere hystereseferlies.

Mangaan-sink en nikkel-sinkferrites hawwe relatyf hege relative permeabiliteit (μr), respektivelik 1500-15000 en 100-1000. Har hege magnetyske permeabiliteit makket de izeren kearn heger yn in beskate folume. De ynduktânsje. It neidiel is lykwols dat de tolerante sêdingstream leech is, en as de izeren kearn ienris sêd is, sil de magnetyske permeabiliteit flink sakje. Ferwize nei figuer 4 foar de ôfnimmende trend fan magnetyske permeabiliteit fan ferriet- en poeierijzerkernen as de izeren kearn is verzadigd. Fergeliking. Wannear't brûkt wurdt yn krêftinduktors, sil in loftspalt wurde litten yn 'e haadmagnetyske sirkwy, dy't permeabiliteit kin ferminderje, sêding foarkomme en mear enerzjy opslaan; as de loftspalt is opnommen, kin de lykweardige relative permeabiliteit sawat 20 wêze - tusken 200. Sûnt de hege wjerstân fan it materiaal sels kin it ferlies feroarsake troch wervelstroom, is it ferlies leger by hege frekwinsjes, en it is gaadliker foar hege frekwinsjetransformatoren, EMI-filterinduktors en enerzjy-opslachinduktors fan krêftkonverters. Yn termen fan operaasjefrekwinsje is nikkel-sinkferriet geskikt foar gebrûk (> 1 MHz), wylst mangaan-sinkferriet geskikt is foar legere frekwinsjebannen (<2 MHz).

图片2         1

Figuer 1. De hysteresekurve fan de magnetyske kearn (BR: remanens; BSAT: sêding magnetyske fluxdichtheid)

3. Poederijzer kearn

Poederijzerkernen binne ek sêftmagnetyske ferromagnetyske materialen. Se binne makke fan legeringen fan izeren poeder fan ferskate materialen as allinich izerpoeier. De formule befettet net-magnetyske materialen mei ferskillende dieltsje maten, sadat de sêdingskurve relatyf sêft is. De kearn fan poeierijzer is meast toroidaal. Figuer 2 toant de poeier-izeren kearn en syn dwerstrochsneed werjefte.

Gewoane izeren kearnen yn poeier omfetsje izer-nikkel-molybdeenlegering (MPP), sendust (Sendust), izer-nikkellegering (hege flux) en izeren poeierkern (izerpoeder). Fanwegen de ferskillende komponinten binne har skaaimerken en prizen ek oars, wat ynfloed hat op de kar fan ynduktors. It folgjende sil de niisneamde kearntypes yntrodusearje en har skaaimerken fergelykje:

A. Izer-nikkel-molybdeen legearing (MPP)

Fe-Ni-Mo-legearing wurdt ôfkoarte as MPP, dat is de ôfkoarting fan molypermalloy poeder. De relative permeabiliteit is sawat 14-500, en de sêding magnetyske fluxdichte is sawat 7500 Gauss (Gauss), wat heger is dan de sêding magnetyske fluxdichtheid fan ferriet (sawat 4000-5000 Gauss). In protte út. MPP hat it lytste izerferlies en hat de bêste temperatuerstabiliteit ûnder poeier-izeren kearnen. As de eksterne DC-stroom de sêdingstream ISAT berikt, nimt de ynduktinsjewearde stadich ôf sûnder abrupte ferswakking. MPP hat bettere prestaasjes, mar hegere kosten, en wurdt normaal brûkt as krêftinduktor en EMI-filtering foar machtombouwers.

 

B. Sendust

De izer-silisium-aluminium-izerkern is in legearing-izeren kearn besteande út izer, silisium, en aluminium, mei in relative magnetyske permeabiliteit fan sawat 26 oant 125. It izerferlies is tusken de izeren poeierkern en MPP en izer-nikkellegearing , De sêding magnetyske fluxdichtheid is heger dan MPP, sawat 10500 Gauss. Temperatuerstabiliteit en sêding hjoeddeistige skaaimerken binne in bytsje ynferieur oan MPP en izer-nikkellegearing, mar better dan izeren poeierkern en ferrietkern, en de relative kosten binne goedkeaper dan MPP en izer-nikkellegearing. It wurdt meast brûkt yn EMI-filtering, krêftfaktor-korreksje (PFC) sirkwy en krêftinduktors fan skeakeljende machtskonvertearders.

 

C. Izer-nikkel-legearing (hege flux)

De kearn fan izer-nikkel-legearing is makke fan izer en nikkel. De relative magnetyske permeabiliteit is sawat 14-200. It izerferlies en de temperatuerstabiliteit binne tusken MPP en izer-silisium-aluminiumlegearing. De izer-nikkel-legearingskearn hat de heegste sêding magnetyske fluxdichtheid, sawat 15.000 Gauss, en kin heger wêze tsjin hegere DC-foaroardielen, en har DC-foaroardielen binne ek better. Tapassingsberik: Korreksje fan aktive krêftfaktor, ynduktinsje fan enerzjyopslach, filterinduktânsje, transformator mei hege frekwinsje fan flyback-converter, ensfh.

 

D. Izerpoeier

De izeren poederkern is makke fan izeren poederdeeltjes mei hege suverens mei heul lytse dieltsjes dy't fan elkoar isoleare binne. It produksjeproses makket dat it in ferdield loftspalt hat. Neist de ringfoarm hawwe de mienskiplike izeren poeder kearnfoarmen ek E-type en stampingtypen. De relative magnetyske permeabiliteit fan 'e izerpulverkern is sawat 10 oant 75, en de hege sêding magnetyske fluxdichtheid is sawat 15000 Gauss. Under de poeier-izerkernen hat de izeren poederkern it heechste izerferlies, mar de leechste kosten.

Figuer 3 toant de BH-bochten fan PC47 mangaan-sinkferriet makke troch TDK en izeren kearnen yn poeier -52 en -2 makke troch MICROMETALS; de relative magnetyske permeabiliteit fan mangaan-sinkferriet is folle heger as dy fan poeierde izeren kearnen en is verzadigd De magnetyske fluxdichtheid is ek heul oars, de ferriet is sawat 5000 Gauss en de izeren poeierkern is mear dan 10000 Gauss.

图片3   3

Figuer 3. BH-kromme fan mangaan-sinkferriet- en izeren poeierkernen fan ferskate materialen

 

Gearfetsjend binne de sêdingseigenskippen fan 'e izeren kearn oars; as de sêdingsstroom ienris wurdt oerslein, sil de magnetyske permeabiliteit fan 'e ferritkern flink sakje, wylst de izeren poeierkern stadichoan kin ôfnimme. Figuer 4 toant de magnetyske permeabiliteit-dropkarakteristiken fan in poeier-izeren kearn mei deselde magnetyske permeabiliteit en in ferriet mei in loftspalt ûnder ferskillende sterkten fan it magnetyske fjild. Dit ferklearret ek de ynduktânsje fan 'e ferrietkern, om't de permeabiliteit skerp sakket as de kearn verzadigd is, lykas bliken docht út fergeliking (1), wêrtroch't de ynduktânsje ek skerp sakket; wylst de poeierkern mei ferdielde loftspalt, de magnetyske permeabiliteit It taryf nimt stadich ôf as de izeren kearn verzadigd is, sadat de ynduktânsje sêfter ôfnimt, dat wol sizze dat it bettere DC-biaskenmerken hat. By de tapassing fan krêftombouwers is dit skaaimerk heul wichtich; as de trage sêdingskarakteristyk fan 'e ynduktor net goed is, rint de ynduktorstroom op nei de sêdingstream, en de hommelse daling fan' e ynduktânsje sil de hjoeddeistige stress fan it skeakeljende kristal sterk oprinne, wat maklik skea kin feroarsaakje.

图片3    4

Figuer 4. Magnetyske permeabiliteit-dropkarakteristiken fan poeier-izeren kearn en ferriet-izeren kearn mei loftspalt ûnder ferskillende sterkte fan it magnetyske fjild.

 

Inductor elektryske skaaimerken en pakketstruktuer

By it ûntwerpen fan in skeakelkonvertearder en it selektearjen fan in ynduktor binne de ynduktanswearde L, impedânsje Z, AC-wjerstân ACR- en Q-wearde (kwaliteitsfaktor), nominale stream IDC en ISAT, en kearnferlies (kearnferlies) en oare wichtige elektryske skaaimerken allegear moatte beskôge wurde. Derneist sil de ferpakkingsstruktuer fan 'e ynduktor de grutte fan' e magnetyske lekkage beynfloedzje, wat op 'e beurt ynfloed hat op EMI. It folgjende sil de hjirboppe neamde skaaimerken apart besprekke as ôfwagings foar it selektearjen fan ynduktors.

1. Ynduktive wearde (L)

De ynduktanswearde fan in ynduktor is de wichtichste basisparameter yn sirkwy-ûntwerp, mar it moat wurde kontroleare oft de ynduktanswearde stabyl is by de bedriuwsfrekwinsje. De nominale wearde fan 'e ynduktânsje wurdt normaal metten op 100 kHz as 1 MHz sûnder in eksterne DC-foaroardieling. En om de mooglikheid te garandearjen fan automatyske massaproduksje, is de tolerânsje fan 'e ynduktor normaal ± 20% (M) en ± 30% (N). Figuer 5 is de ynduktyffrekwinsje karakteristike grafyk fan Taiyo Yuden-ynduktor NR4018T220M gemeten mei de LCR-meter fan Wayne Kerr. Lykas werjûn yn 'e figuer is de ynduktansekurve relatyf flak foar 5 MHz, en de ynduktanswearde kin hast wurde beskôge as in konstante. Yn 'e hege frekwinsjebân fanwege de resonânsje generearre troch de parasitêre kapasiteit en ynduktânsje sil de ynduktanswearde tanimme. Dizze resonânsjefrekwinsje wurdt de selsresonânsjefrekwinsje (SRF) neamd, dy't normaal folle heger moat wêze dan de bedriuwsfrekwinsje.

图片5  5

Figuer 5, Taiyo Yuden NR4018T220M ynduktyf-frekwinsje karakteristike mjitdiagram

 

2. Impedânsje (Z)

Lykas werjûn yn figuer 6 kin it ympedânsjediagram ek wurde sjoen fanút de prestaasjes fan 'e ynduktânsje op ferskate frekwinsjes. De impedânsje fan 'e ynduktor is sawat evenredich mei de frekwinsje (Z = 2πfL), dus hoe heger de frekwinsje, de reaktânsje sil folle grutter wêze dan de wjerstân fan' e AC, sadat de impedânsje him gedraacht as in suvere ynduktânsje (faze is 90˚). By hege frekwinsjes, fanwegen it parasitêre kapasitanseffekt, kin it selsresonante frekwinsjepunt fan 'e impedânsje wurde sjoen. Nei dit punt sakket de impedânsje en wurdt kapasityf, en feroaret de faze stadichoan yn -90 ˚.

图片6  6

3. Q-wearde en AC-ferset (ACR)

Q-wearde yn 'e definysje fan ynduktânsje is de ferhâlding fan reaktânsje nei wjerstân, dat is de ferhâlding fan it tinkbyldige diel oan it wirklike diel fan' e impedânsje, lykas yn formule (2).

图片7

(2)

Wêr't XL de reaktânsje fan 'e ynduktor is, en RL de AC-wjerstân fan' e ynduktor is.

Yn it lege frekwinsjebereik is de AC-wjerstân grutter dan de reaktânsje feroarsake troch de ynduktânsje, dus syn Q-wearde is heul leech; as de frekwinsje tanimt, wurdt de reaktânsje (sawat 2πfL) grutter en grutter, sels as de wjerstân troch hûdeffekt (hûdeffekt) en neite (neite) effekt) It effekt wurdt grutter en grutter, en de Q-wearde nimt noch hieltyd ta mei frekwinsje ; by it benaderjen fan SRF wurdt de ynduktive reaktânsje stadichoan kompenseare troch de kapasitive reaktânsje, en wurdt de Q-wearde stadichoan lytser; as de SRF nul wurdt, om't de ynduktive reaktânsje en de kapasitive reaktânsje folslein itselde binne ferdwine. Figuer 7 lit de relaasje sjen tusken Q-wearde en frekwinsje fan NR4018T220M, en de relaasje is yn 'e foarm fan in omkearde klok.

图片8  7

Figuer 7. De relaasje tusken Q-wearde en frekwinsje fan Taiyo Yuden-ynduktor NR4018T220M

Yn 'e tapassing fan frekwinsjebân fan ynduktânsje, hoe heger de Q-wearde, hoe better; it betsjuttet dat syn reaktânsje folle grutter is dan it wjerstân fan AC. Oer it algemien is de bêste Q-wearde boppe 40, wat betsjut dat de kwaliteit fan 'e ynduktor goed is. As de DC-foaroardielen lykwols tanimme, sil de ynduktinsjewearde minder wurde en de Q-wearde sil ek ôfnimme. As platte enameled tried of multi-string enameled wire wurdt brûkt, kin it hûdeffekt, dat is AC-ferset, wurde fermindere, en de Q-wearde fan 'e ynduktor kin ek wurde ferhege.

De DC-wjerstân DCR wurdt algemien beskôge as de DC-wjerstân fan 'e kopertried, en de wjerstân kin wurde berekkene neffens de draaddiameter en de lingte. De measte fan 'e SMD-ynduktors mei lege stream sille lykwols ultrasone lassen brûke om it koperen blêd fan' e SMD te meitsjen by de kronkeljende terminal. Om't de koperdraad lykwols net lang is en de fersetwearde net heech is, is de laskresistinsje faak goed foar in behoarlik part fan 'e totale DC-ferset. Nimt de wire-wûne SMD-ynduktor CLF6045NIT-1R5N fan TDK as foarbyld, is de mjitten DC-wjerstân 14.6mΩ, en de DC-wjerstân berekkene op basis fan de draaddiameter en -lange is 12,1mΩ. De resultaten litte sjen dat dizze laskresistinsje goed is foar 17% fan 'e totale DC-ferset.

AC-ferset ACR hat hûdeffekt en neite-effekt, wêrtroch ACR mei frekwinsje sil tanimme; yn 'e tapassing fan algemiene ynduktinsje, om't de AC-komponint folle leger is dan de DC-komponint, is de ynfloed feroarsake troch ACR net fanselssprekkend; mar by lichte lading, Omdat de DC-komponint wurdt fermindere, kin it ferlies feroarsake troch ACR net negeare wurde. It hûdeffekt betsjuttet dat ûnder AC-omstannichheden de hjoeddeistige ferdieling yn 'e geleider unjildich is en konsintrearre is op it oerflak fan' e tried, wat resulteart yn in fermindering fan it ekwivalente trieddoarssektorgebiet, wat op syn beurt de ekwivalente wjerstân fan 'e draad frekwinsje. Dêrnjonken sille neistlizzende triedden by in draadwikkeling de optelling en subtraksje fan magnetyske fjilden feroarsaakje troch de stroom, sadat de stroom konsintreart op it oerflak neist de tried (of it fierste oerflak, ôfhinklik fan 'e rjochting fan' e stream ), wêrtroch ek ekwivalente draadûnderfanging feroarsaket. It ferskynsel dat it gebiet ôfnimt en de lykweardige wjerstân tanimt is it saneamde neite-effekt; yn 'e ynduktanseapplikaasje fan in mearlaachswikkeling is it neite-effekt noch dúdliker.

图片9  8

Figuer 8 lit de relaasje sjen tusken AC-wjerstân en frekwinsje fan 'e draadwûne SMD-ynduktor NR4018T220M. By in frekwinsje fan 1kHz is it ferset sawat 360mΩ; by 100kHz rint it ferset op nei 775mΩ; by 10MHz is de fersetswearde tichtby 160Ω. By it skatten fan it koperferlies moat de berekkening de ACR beskôgje dy't wurdt feroarsake troch de hûd- en neite-effekten, en oanpasse oan formule (3).

4. Verzadigingsstroom (ISAT)

Fersadigingsstroom ISAT is oer it algemien de foaroardielstroom dy't wurdt markearre as de ynduktanswearde wurdt ferswakke, lykas 10%, 30% of 40%. Foar luchtgapferriet, om't de sêdingstreamkarakteristyk heul rap is, is d'r net folle ferskil tusken 10% en 40%. Ferwize nei figuer 4. As it lykwols in izeren poeierkern is (lykas in stimpele ynduktor), is de sêdingskurve relatyf sêft, lykas yn Figuer 9 werjûn, is de biasstream by 10% of 40% fan 'e ynduktansedemping folle oars, sadat de sêdingsstroomwearde as folget apart wurde besprutsen foar de twa soarten izeren kearnen.

Foar in loftsferrit is it ridlik om ISAT te brûken as de boppegrins fan 'e maksimale ynduktorstroom foar sirkwytapplikaasjes. As it lykwols in izeren poederkern is, dan sil d'r gjin probleem wêze, fanwege de stadige saturationskarakteristyk, sels as de maksimale stream fan 'e tapassingskring ISAT grutter is. Dêrom is dizze izeren kearnkarakteristyk it meast geskikt foar wikseljen fan converterapplikaasjes. Under heule lading, hoewol de ynduktanswearde fan 'e ynduktor leech is, lykas yn figuer 9 werjûn, is de hjoeddeistige rippelfaktor heech, mar de hjoeddeistige tolerânsje foar hjoeddeistige kondensator is heech, dus it sil gjin probleem wêze. Under ljochte lading is de ynduktanswearde fan 'e ynduktor grutter, wat helpt om de rimpelstream fan' e ynduktor te ferminderjen, wêrtroch it izerferlies fermindert. Figuer 9 fergeliket de sêdingstroomkurve fan TDK's wûne ferrit SLF7055T1R5N en stimpele izeren poederkerinduktor SPM6530T1R5M ûnder deselde nominale wearde fan ynduktânsje.

图片9   9

Figuer 9. Verzadiging hjoeddeistige kromme fan wûne ferriet en stimpele izeren poederkern ûnder deselde nominale wearde fan ynduktânsje

5. Nominale stroom (IDC)

De IDC-wearde is de DC-foaroardieling as de ynduktortemperatuer oprint nei Tr˚C. De spesifikaasjes jouwe ek de DC-fersetswearde RDC oan by 20˚C. Neffens de temperatuerkoëffisjint fan 'e koperdraad is sawat 3.930 ppm, as de temperatuer fan Tr omheech is, is de wjerstânswearde RDC_Tr = RDC (1 + 0.00393Tr), en har enerzjyferbrûk is PCU = I2DCxRDC. Dit koperferlies wurdt ferdwûn op it oerflak fan 'e ynduktor, en de thermyske wjerstân ΘTH fan' e ynduktor kin wurde berekkene:

图片13(2)

Tabel 2 ferwiist nei it gegevensblêd fan 'e TDK VLS6045EX-searje (6.0 × 6.0 × 4.5mm), en berekkent de thermyske wjerstân by in temperatuerstiging fan 40 ofC. Fansels is foar ynduktors fan deselde searje en grutte de berekkene thermyske wjerstân hast itselde troch deselde oerflaktewarmteferwidering; mei oare wurden, de nominale hjoeddeistige IDC fan ferskate ynduktors kin wurde skat. Ferskillende searjes (pakketten) fan ynduktors hawwe ferskillende thermyske wjerstannen. Tabel 3 fergeliket de thermyske wjerstân fan ynduktors fan TDK VLS6045EX-searje (semi-beskerme) en SPM6530-searje (getten). Hoe grutter de thermyske wjerstân is, wat heger de temperatuerstiging wurdt generearre as de ynduktânsje troch de laadstream streamt; oars, de legere.

图片14  (2)

Tabel 2. Thermyske wjerstân fan ynductors fan 'e VLS6045EX-rige by in temperatuerferheging fan 40˚C

It kin sjoen wurde út Tabel 3 dat sels as de grutte fan 'e ynduktors gelyk is, is de thermyske wjerstân fan' e stimpele ynduktors leech, dat is, de waarmteferlies is better.

图片15  (3)

Tabel 3. Fergeliking fan thermyske wjerstân fan ferskate pakketinduktors.

 

6. Kearnferlies

Kearnferlies, oantsjutten as izerferlies, wurdt benammen feroarsake troch wervelstroomferlies en hystereseferlies. De grutte fan it wervelstroomferlies hinget foaral ôf fan oft it kearnmateriaal maklik "te fieren" is; as de konduktiviteit heech is, dat is de resistiviteit leech, is it ferlies fan 'e wervelstroom heech, en as de wjerstân fan' e ferriet heech is, is it ferlies fan 'e wervelstroom relatyf leech. Eddy-streamferlies is ek relatearre oan frekwinsje. Hoe heger de frekwinsje, hoe grutter it ferlies fan wervelstroom. Dêrom sil it kearnmateriaal de juste bedriuwsfrekwinsje fan 'e kearn bepale. Oer it algemien kin de wurkfrekwinsje fan izeren poeierkern 1MHz berikke, en de wurkfrekwinsje fan ferriet kin 10MHz berikke. As de bedriuwsfrekwinsje dizze frekwinsje grutter is, sil it ferlies fan 'e wervelstroom rap tanimme en sil de izeren kearntemperatuer ek tanimme. Mei de rappe ûntwikkeling fan izeren kearnmaterialen moatte izeren kearnen mei hegere bedriuwsfrekwinsjes lykwols krekt om 'e hoeke wêze.

In oar izerferlies is it hystereseferlies, dat evenredich is mei it gebiet dat wurdt omsletten troch de hysteresekurve, dy't relatearre is oan 'e swingamplitude fan' e AC-komponint fan 'e stream; hoe grutter de AC-swing is, hoe grutter it hystereseferlies.

Yn it ekwivalente sirkwy fan in ynduktor wurdt in wjerstân dy't parallel is ferbûn mei de ynduktor faak brûkt om it izerferlies út te drukken. As de frekwinsje gelyk is oan SRF, annulearje de ynduktive reaktânsje en kapasitive reaktânsje, en de lykweardige reaktânsje is nul. Op dit stuit is de impedânsje fan 'e ynduktor ekwivalint mei de wjerstân fan izerferlies yn searje mei de wjerstânswjerstân, en de wjerstân fan' e izerferlies is folle grutter dan de wjerstânswjerstân, dus De impedânsje by SRF is sawat gelyk oan 'e wjerstân fan' e izerferlies. As in ynduktor mei in lege spanning wurdt nommen as foarbyld, is de wjerstân fan izerferlies sawat 20kΩ. As de effektive weardespanning oan beide einen fan 'e ynduktor wurdt rûsd op 5V, is har izerferlies sawat 1.25mW, wat ek toant dat hoe grutter de wjerstân fan izerferlies, hoe better.

7. Skyldstruktuer

De ferpakkingsstruktuer fan ferrietinduktors omfettet net-beskerme, semi-beskerme mei magnetyske lijm, en beskerme, en d'r is in oansjenlike loftspalt yn ien fan har. Fansels sil de loftspalt magnetyske lekkage hawwe, en yn 't slimste gefal sil it ynterferearje mei de omlizzende lytse sinjaalferbiningen, of as d'r in magnetysk materiaal yn' e buert is, sil syn ynduktânsje ek feroare wurde. In oare ferpakkingsstruktuer is in stimpele ynduktor foar izeren poeder. Om't d'r gjin gat yn 'e ynduktor is en de kronkeljende struktuer solid is, is it probleem fan magnetyske fjilddissipaasje relatyf lyts. Figuer 10 is it gebrûk fan 'e FFT-funksje fan' e oscilloskoop RTO 1004 om de grutte fan it magnetyske fjild fan it lek te mjitten op 3mm boppe en oan 'e kant fan' e stimpele ynduktor. Tabel 4 listet de fergeliking fan it magnetyske fjild fan lekkage fan ynduktors foar ferskate pakketstruktuer. It kin sjoen wurde dat net-beskerme ynduktors de earnstichste magnetyske lekkage hawwe; stimpele ynduktors hawwe de lytste magnetyske lekkage, mei it bêste magnetyske ôfskermingseffekt. , It ferskil yn 'e grutte fan it magnetyske fjild fan' e lekkage fan 'e ynduktors fan dizze twa struktueren is sawat 14dB, dat is hast 5 kear.

10图片16

Figuer 10. De grutte fan it magnetyske fjild fan it lek mjitten op 3mm boppe en oan 'e kant fan' e stimpele ynduktor

图片17 (4)

Tabel 4. Fergeliking fan it lekmagnetyske fjild fan ynduktors foar ferskate pakketstruktuer

8. keppeling

Yn guon applikaasjes binne d'r soms meardere sets DC-omjouwers op 'e PCB, dy't normaal neist elkoar binne regele, en har oerienkommende ynduktors binne ek neist elkoar regele. As jo ​​in net-ôfskermd of in semy-ôfskermd type brûke mei magnetyske lijm, kinne ynduktoaren mei-inoar keppele wurde om EMI-ynterferinsje te foarmjen. Dêrom, as jo de ynduktor pleatse, wurdt oanrikkemandearre om de polariteit fan 'e ynduktor earst te markearjen, en it begjin- en wikkelpunt fan' e binnenste laach fan 'e ynduktor te ferbinen mei de skakelspanning fan' e converter, lykas de VSW fan in bokkonverter, dat is it bewegende punt. De útgongsterminal is ferbûn mei de útfierkondensator, dat is it statyske punt; de koperdraadwikkeling foarmet dêrom in beskate graad fan elektryske fjildbeskerming. Yn 'e bedrading fan' e multiplexer helpt it befêstigjen fan de polariteit fan 'e ynduktânsje de grutte fan' e ûnderlinge ynduktânsje te befestigjen en wat unferwachte EMI-problemen te foarkommen.

Oanfraach:

It foarige haadstik besprutsen it kearnmateriaal, pakketstruktuer en wichtige elektryske skaaimerken fan 'e ynduktor. Yn dit haadstik wurdt útlein hoe't jo de passende ynduktanswearde fan 'e buck-converter kieze en de oerwegingen foar it kiezen fan in kommersjeel ynduktor.

Lykas werjûn yn fergeliking (5), sille de ynduktorwearde en de skeakelfrekwinsje fan 'e converter ynfloed hawwe op' e spoelrimpelstream (ΔiL). De spoelrimpelstream sil troch de útfierkondensator streame en ynfloed hawwe op de rimpelstream fan de útfierkondensator. Dêrom sil it ynfloed hawwe op 'e seleksje fan' e útfierkondensator en fierder ynfloed op 'e rimpelgrutte fan' e útfierspanning. Fierder sille de ynduktanswearde en de útfierkapasitanswearde ek ynfloed hawwe op it feedbackûntwerp fan it systeem en de dynamyske antwurd fan 'e lêst. It kiezen fan in gruttere ynduktanswearde hat minder hjoeddeistige spanning op 'e kondensator, en is ek foardielich om de spanning fan' e útfierspanning te ferminderjen en kin mear enerzjy opslaan. In gruttere ynduktanswearde jout lykwols in grutter folume oan, dat is in hegere kosten. Dêrom is by it ûntwerpen fan 'e converter it ûntwerp fan' e ynduktinsjewearde heul wichtich.

图片18        (5)

It kin sjoen wurde út formule (5) dat as de kleau tusken de ynputspanning en de útfierspanning grutter is, de spoelrimpelstroom grutter sil wêze, wat de minste gefal is fan it ynduktorûntwerp. Yn kombinaasje mei oare ynduktive analyse moat it ynduktansûntwerppunt fan 'e step-down converter normaal wurde selekteare ûnder de betingsten fan maksimale ynputspanning en folsleine lading.

By it ûntwerpen fan 'e ynduktinsjewearde is it needsaaklik om in kompromis te meitsjen tusken de spoelrimpelstream en de ynduktorgrutte, en de rimpelstroomfaktor (rimpelstroomfaktor; γ) wurdt hjir definieare, lykas yn formule (6).

图片19(6)

Troch formule (6) te ferfangen yn formule (5) kin de ynduktanswearde útdrukt wurde as formule (7).

图片20  (7)

Neffens formule (7), as it ferskil tusken de ynput- en útfierspanning grutter is, kin de γ-wearde grutter wurde selekteare; krekt oarsom, as de ynput- en útfierspanning tichterby binne, moat it γ-wearde-ûntwerp lytser wêze. Om te kiezen tusken de ynductor-rimpelstream en de grutte, is neffens de tradisjonele ûntwerpûnderfiningwearde γ 0,2 oant 0,5. It folgjende nimt RT7276 as foarbyld om de berekkening fan ynduktens en de seleksje fan kommersjeel beskikbere ynduktors te yllustrearjen.

Untwerp foarbyld: Untwurpen mei RT7276 avansearre konstante on-time (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) syngroane rectifikaasje-step-down converter, de wikselfrekwinsje is 700 kHz, de ynputspanning is 4.5V nei 18V, en de útfierspanning is 1.05V , De folsleine laadstream is 3A. Lykas hjirboppe neamd, moat de ynduktinsjewearde wurde ûntwurpen ûnder de betingsten fan 'e maksimale ynputspanning fan 18V en de folsleine lading fan 3A, de wearde fan γ wurdt nommen as 0.35, en de boppesteande wearde wurdt ferfongen yn fergeliking (7), de ynduktânsje wearde is

图片21

 

Brûk in ynduktor mei in konvinsjonele nominale ynduktanswearde fan 1,5 µH. Ferfange formule (5) om de spoelstroom fan de ynduktor as folgjend te berekkenjen.

图片22

Dêrom is de peakstream fan 'e ynduktor

图片23

En de effektive wearde fan 'e ynduktorstroom (IRMS) is

图片24

Om't it komponint fan 'e ynduktorrippel lyts is, is de effektive wearde fan' e ynduktorstrom benammen syn DC-komponint, en dizze effektive wearde wurdt brûkt as basis foar it selektearjen fan 'e ynduktor nominale hjoeddeistige IDC. Mei 80% derating (derating) ûntwerp binne de easken foar ynduktânsje:

 

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

 

Tabel 5 listet de beskikbere ynduktors fan ferskate searjes TDK, fergelykber yn grutte, mar oars yn pakketstruktuer. It kin fan 'e tafel wurde sjoen dat de sêdingstream en nominale stream fan' e stimpele ynduktor (SPM6530T-1R5M) grut binne, en de thermyske wjerstân is lyts en de waarmteferlies is goed. Derneist, neffens de diskusje yn it foarige haadstik, is it kearnmateriaal fan 'e stimpele ynduktor izeren poeierkern, dus wurdt it fergelike mei de ferrietkern fan' e semi-beskerme (VLS6045EX-1R5N) en beskerme (SLF7055T-1R5N) ynduktors mei magnetyske lijm. , Hat goede DC-foaroardielen. Figuer 11 lit de effektiviteitsferliking sjen fan ferskate ynduktors tapast op 'e RT7276 avansearre konstante op' e tiid syngroane rektifikaasje-step-down converter. De resultaten litte sjen dat it effisjinsjeferskil tusken de trije net wichtich is. As jo ​​waarmteferwidering, DC-biaskenmerken en problemen mei magnetyske fjildferwaging beskôgje, wurdt it oanrikkemandearre om SPM6530T-1R5M-ynduktors te brûken.

图片25(5)

Tabel 5. Fergeliking fan ynduktinsjes fan ferskate searjes fan TDK

图片26 11

Figuer 11. Fergeliking fan effisjinsje fan converter mei ferskate ynduktors

As jo ​​deselde pakketstruktuer en ynduktinsjewearde kieze, mar lytsere ynduktors, lykas SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), hoewol de grutte lyts is, mar de DC-wjerstân RDC (44,5 mΩ) en thermyske wjerstân ΘTH ( 51˚C) / W) Grutter. Foar converters fan deselde spesifikaasjes is de effektive wearde fan 'e hjoeddeistige tolerearre troch de ynduktor ek itselde. Fansels sil de DC-wjerstân de effisjinsje ûnder swiere lading ferminderje. Derneist betsjuttet in grutte thermyske wjerstân minne ferwidering fan waarmte. Dêrom, as jo in ynduktor kieze, is it net allinich needsaaklik de foardielen fan fermindere grutte te beskôgjen, mar ek de byhearrende tekoartkommingen te evaluearjen.

 

Ta beslút

Ynduktânsje is ien fan 'e faak brûkte passive ûnderdielen by it skeakeljen fan krêftkonverters, dy't kinne wurde brûkt foar enerzjyopslach en filterjen. By sirkwy-ûntwerp is it lykwols net allinich de ynduktinsjewearde dy't oandacht moat wurde, mar oare parameters lykas AC-wjerstân en Q-wearde, hjoeddeistige tolerânsje, izeren kearnsaturuaasje, en pakketstruktuer, ensfh., Binne allegear parameters dy't moatte wurde beskôge as jo in ynduktor kieze. , Dizze parameters binne normaal relatearre oan it kearnmateriaal, it produksjeproses, en de grutte en kosten. Dêrom yntroduseart dit artikel de skaaimerken fan ferskate izeren kearnmaterialen en hoe't jo in passende ynduktânsje kieze as referinsje foar ûntwerp fan krêftfoarsjenning.

 


Posttiid: Jun-15-2021