124

novas

Resumo

Os indutores son compoñentes moi importantes nos conversores de conmutación, como o almacenamento de enerxía e os filtros de enerxía. Hai moitos tipos de indutores, como para diferentes aplicacións (desde baixa frecuencia a alta frecuencia), ou diferentes materiais básicos que afectan ás características do indutor, etc. Os indutores empregados nos conversores de conmutación son compoñentes magnéticos de alta frecuencia. Non obstante, debido a diversos factores como os materiais, as condicións de funcionamento (como a tensión e a corrente) e a temperatura ambiente, as características e as teorías presentadas son bastante diferentes. Polo tanto, no deseño do circuíto, ademais do parámetro básico do valor de indutancia, aínda se debe considerar a relación entre a impedancia do indutor e a resistencia e frecuencia de CA, a perda de núcleo e as características da corrente de saturación, etc. Este artigo introducirá varios materiais importantes do núcleo de indutores e as súas características e tamén guiará aos enxeñeiros de enerxía para escoller os indutores estándar dispoñibles no comercio.

Prefacio

O indutor é un compoñente de indución electromagnética, que se forma enrolando un determinado número de bobinas (bobinas) nunha bobina ou núcleo cun fío illado. Esta bobina chámase bobina de indutancia ou indutor. Segundo o principio de indución electromagnética, cando a bobina e o campo magnético se moven entre si ou a bobina xera un campo magnético alternativo a través dunha corrente alterna, xerarase unha tensión inducida para resistir o cambio do campo magnético orixinal, e esta característica de frear o cambio actual chámase inductancia.

A fórmula do valor da indutancia é como a fórmula (1), que é proporcional á permeabilidade magnética, ao cadrado do devanado xira N e á área de sección transversal equivalente do circuíto magnético Ae, e é inversamente proporcional á lonxitude equivalente do circuíto magnético le . Existen moitos tipos de inductancia, cada unha adecuada para diferentes aplicacións; a inductancia está relacionada coa forma, o tamaño, o método de enrolamento, o número de voltas e o tipo de material magnético intermedio.

图片1

(1)

Dependendo da forma do núcleo de ferro, a inductancia inclúe toroidal, núcleo E e tambor; en canto a material de núcleo de ferro, hai principalmente núcleos de cerámica e dous tipos magnéticos brandos. Son ferrita e po metálico. Dependendo da estrutura ou do método de envasado, hai bobinas de arame, multicapa e moldeadas, e a bobina de arame non está apantallada e a metade de cola magnética Apantalla (semipantalla) e apantallada (apantallada), etc.

O indutor actúa como un curtocircuíto en corrente continua e presenta unha alta impedancia á corrente alterna. Os usos básicos nos circuítos inclúen asfixia, filtrado, axuste e almacenamento de enerxía. Na aplicación do convertedor de conmutación, o indutor é o compoñente de almacenamento de enerxía máis importante e forma un filtro de paso baixo co condensador de saída para reducir a ondulación da tensión de saída, polo que tamén xoga un papel importante na función de filtrado.

Este artigo introducirá os diversos materiais básicos dos indutores e as súas características, así como algunhas das características eléctricas dos indutores, como unha importante referencia de avaliación para seleccionar os indutores durante o deseño do circuíto. No exemplo da aplicación, introducirase a través de exemplos prácticos como calcular o valor de indutancia e como elixir un indutor estándar dispoñible no comercio.

Tipo de material do núcleo

Os indutores empregados nos conversores de conmutación son compoñentes magnéticos de alta frecuencia. O material do núcleo no centro afecta máis ás características do indutor, como a impedancia e a frecuencia, o valor e a frecuencia da indutancia ou as características de saturación do núcleo. A continuación introducirase a comparación de varios materiais comúns de núcleo de ferro e as súas características de saturación como referencia importante para seleccionar indutores de potencia:

1. Núcleo cerámico

O núcleo cerámico é un dos materiais comúns de indutancia. Úsase principalmente para proporcionar a estrutura de soporte empregada ao enrolar a bobina. Tamén se di "indutor de núcleo de aire". Debido a que o núcleo de ferro usado é un material non magnético cun coeficiente de temperatura moi baixo, o valor da indutancia é moi estable no rango de temperatura de funcionamento. Non obstante, debido ao material non magnético como medio, a inductancia é moi baixa, o que non é moi adecuado para a aplicación de convertidores de potencia.

2. Ferrita

O núcleo de ferrita empregado en indutores de alta frecuencia xeral é un composto de ferrita que contén níquel cinc (NiZn) ou zinc manganeso (MnZn), que é un material ferromagnético magnético brando con baixa coercitividade. A figura 1 mostra a curva de histéresis (lazo BH) dun núcleo magnético xeral. A forza coercitiva HC dun material magnético tamén se denomina forza coercitiva, o que significa que cando o material magnético foi magnetizado a saturación magnética, a súa magnetización (magnetización) redúcese a cero. A forza do campo magnético requirida nese momento. Menor coercitividade significa menor resistencia á desmagnetización e tamén menor perda de histéresis.

As ferritas de manganeso-cinc e níquel-cinc teñen unha permeabilidade relativa relativamente alta (μr), aproximadamente 1500-15000 e 100-1000, respectivamente. A súa alta permeabilidade magnética fai que o núcleo de ferro sexa maior nun determinado volume. A inductancia. Non obstante, a desvantaxe é que a súa corrente de saturación tolerable é baixa e, unha vez que o núcleo de ferro está saturado, a permeabilidade magnética caerá bruscamente. Consulte a Figura 4 para coñecer a tendencia decrecente da permeabilidade magnética dos núcleos de ferro de ferrita e de po cando o núcleo de ferro está saturado. Comparación. Cando se usa en indutores de enerxía, deixarase un oco de aire no circuíto magnético principal, o que pode reducir a permeabilidade, evitar a saturación e almacenar máis enerxía; cando se inclúe a fenda de aire, a permeabilidade relativa equivalente pode ser duns 20- Entre 200. Dado que a alta resistividade do material pode reducir a perda causada pola corrente de Foucault, a perda é menor a altas frecuencias e é máis axeitado para transformadores de alta frecuencia, indutores de filtros EMI e indutores de almacenamento de enerxía de convertidores de potencia. En termos de frecuencia de funcionamento, a ferrita níquel-cinc é adecuada para o seu uso (> 1 MHz), mentres que a ferrita manganeso-cinc é adecuada para bandas de frecuencia máis baixas (<2 MHz).

图片2         1

Figura 1. A curva de histéresis do núcleo magnético (BR: remanencia; BSAT: densidade de fluxo magnético de saturación)

3. Núcleo de ferro en po

Os núcleos de ferro en po tamén son materiais ferromagnéticos magnéticos brandos. Están feitos de aliaxes de ferro en po de diferentes materiais ou só ferro en po. A fórmula contén materiais non magnéticos con diferentes tamaños de partículas, polo que a curva de saturación é relativamente suave. O núcleo de ferro en po é maioritariamente toroidal. A figura 2 mostra o núcleo de ferro en po e a súa vista en sección transversal.

Os núcleos comúns de ferro en po inclúen aliaxe de ferro-níquel-molibdeno (MPP), sendust (Sendust), aliaxe de ferro-níquel (alto fluxo) e núcleo de ferro en po (po de ferro). Debido aos diferentes compoñentes, as súas características e prezos tamén son diferentes, o que afecta á elección dos indutores. A continuación introduciranse os tipos principais mencionados e compararán as súas características:

A. Aleación de ferro-níquel-molibdeno (MPP)

A aliaxe Fe-Ni-Mo abreviase como MPP, que é a abreviatura de po de molipermalea. A permeabilidade relativa é de aproximadamente 14-500 e a densidade de fluxo magnético de saturación é de aproximadamente 7500 Gauss (Gauss), que é superior á densidade de fluxo magnético de saturación da ferrita (aproximadamente 4000-5000 Gauss). Moitos fóra. O MPP ten a menor perda de ferro e ten a mellor estabilidade de temperatura entre os núcleos de ferro en po. Cando a corrente continua CC alcanza a corrente de saturación ISAT, o valor de indutancia diminúe lentamente sen unha atenuación brusca. O MPP ten un mellor rendemento pero un custo máis elevado e úsase normalmente como indutor de enerxía e filtrado EMI para convertidores de potencia.

 

B. Sendust

O núcleo de ferro de aliaxe de ferro-silicio-aluminio é un núcleo de ferro de aliaxe composto de ferro, silicio e aluminio, cunha permeabilidade magnética relativa de aproximadamente 26 a 125. A perda de ferro está entre o núcleo de po de ferro e o MPP e a aliaxe de ferro-níquel. . A densidade de fluxo magnético de saturación é superior á MPP, aproximadamente 10500 Gauss. As características actuais de estabilidade e temperatura de saturación son lixeiramente inferiores á MPP e á aliaxe de ferro-níquel, pero mellor que o núcleo de ferro en po e o núcleo de ferrita, e o custo relativo é máis barato que o MPP e a aliaxe de ferro-níquel. Úsase principalmente en circuítos de filtrado EMI, corrección de factor de potencia (PFC) e indutores de potencia dos conversores de potencia de conmutación.

 

C. Aleación de ferro-níquel (alto fluxo)

O núcleo de aliaxe de ferro-níquel está feito de ferro e níquel. A permeabilidade magnética relativa é de aproximadamente 14-200. A perda de ferro e a estabilidade da temperatura están entre o MPP e a aliaxe de ferro-silicio-aluminio. O núcleo de aliaxe de ferro-níquel ten a densidade de fluxo magnético de saturación máis alta, aproximadamente 15.000 Gauss, e pode soportar maiores correntes de polarización de CC e as súas características de polarización de CC tamén son mellores. Alcance da aplicación: corrección do factor de potencia activa, inductancia de almacenamento de enerxía, inductancia do filtro, transformador de alta frecuencia do convertedor de retroceso, etc.

 

D. Ferro en po

O núcleo de po de ferro está feito de partículas de po de ferro de alta pureza con partículas moi pequenas illadas entre si. O proceso de fabricación fai que teña un oco distribuído. Ademais da forma do anel, as formas comúns do núcleo en po de ferro tamén teñen tipo E e estampación. A permeabilidade magnética relativa do núcleo de po de ferro é de aproximadamente 10 a 75 e a densidade de fluxo magnético de alta saturación é de aproximadamente 15.000 Gauss. Entre os núcleos de ferro en po, o núcleo de ferro en po ten a maior perda de ferro pero o menor custo.

Na figura 3 móstranse as curvas BH de ferrita manganeso-cinc PC47 fabricadas por TDK e núcleos de ferro en po -52 e -2 fabricados por MICROMETALS; a permeabilidade magnética relativa da ferrita de manganeso-cinc é moito maior que a dos núcleos de ferro en po e está saturada. A densidade do fluxo magnético tamén é moi diferente, a ferrita é de aproximadamente 5.000 Gauss e o núcleo de ferro en po é máis de 10000 Gauss.

图片3   3

Figura 3. Curva BH de núcleos de ferrita de manganeso-cinc e ferro en po de diferentes materiais

 

En resumo, as características de saturación do núcleo de ferro son diferentes; unha vez que se supera a intensidade de saturación, a permeabilidade magnética do núcleo de ferrita caerá bruscamente, mentres que o núcleo en po de ferro pode diminuír lentamente. A figura 4 mostra as características de caída da permeabilidade magnética dun núcleo de ferro en po coa mesma permeabilidade magnética e unha ferrita cunha fenda de aire baixo diferentes intensidades de campo magnético. Isto tamén explica a inductancia do núcleo de ferrita, porque a permeabilidade cae drasticamente cando o núcleo está saturado, como se pode ver na ecuación (1), tamén fai que a inductancia caia bruscamente; mentres que o núcleo de po con fenda de aire distribuída, a permeabilidade magnética A taxa diminúe lentamente cando o núcleo de ferro está saturado, polo que a inductancia diminúe máis suavemente, é dicir, ten mellores características de polarización de CC. Na aplicación de conversores de potencia, esta característica é moi importante; se a característica de saturación lenta do indutor non é boa, a corrente do indutor ascende á de saturación e a repentina caída da inductancia fará que a tensión actual do cristal de conmutación aumente bruscamente, o que é fácil de causar danos.

图片3    4

Figura 4. Características da caída da permeabilidade magnética do núcleo de ferro en po e do núcleo de ferro de ferrita con fenda de aire baixo intensidade de campo magnético diferente.

 

Características eléctricas do indutor e estrutura do paquete

Ao deseñar un conversor de conmutación e seleccionar un indutor, o valor de indutancia L, a impedancia Z, a resistencia AC ACR e o valor Q (factor de calidade), a corrente nominal IDC e ISAT e a perda de núcleo (perda de núcleo) e outras características eléctricas importantes son imprescindibles. ser considerado. Ademais, a estrutura de envasado do indutor afectará á magnitude da fuga magnética, que á súa vez afecta ao EMI. A continuación discutiranse as características mencionadas por separado como consideracións para seleccionar indutores.

1. Valor de inductancia (L)

O valor de indutancia dun indutor é o parámetro básico máis importante no deseño do circuíto, pero débese comprobar se o valor de indutancia é estable na frecuencia de funcionamento. O valor nominal da inductancia adóitase medir a 100 kHz ou 1 MHz sen un sesgo de CC externo. E para garantir a posibilidade de produción automatizada en masa, a tolerancia do indutor normalmente é de ± 20% (M) e ± 30% (N). A figura 5 é o gráfico característico da indutancia-frecuencia do indutor NR4018T220M de Taiyo Yuden medido co medidor LCR de Wayne Kerr. Como se mostra na figura, a curva do valor da inductancia é relativamente plana antes de 5 MHz e o valor da inductancia case se pode considerar como unha constante. Na banda de alta frecuencia debido á resonancia xerada pola capacidade e a inductancia parasitarias, o valor da indutancia aumentará. Esta frecuencia de resonancia chámase frecuencia de auto-resonancia (SRF), que normalmente ten que ser moito maior que a frecuencia de funcionamento.

图片5  5

Figura 5, diagrama de medida das características de indutancia-frecuencia Taiyo Yuden NR4018T220M

 

2. Impedancia (Z)

Como se mostra na Figura 6, o diagrama de impedancia tamén se pode ver a partir do rendemento da inductancia a diferentes frecuencias. A impedancia do indutor é aproximadamente proporcional á frecuencia (Z = 2πfL), polo que canto maior sexa a frecuencia, a reactancia será moito maior que a resistencia de CA, polo que a impedancia compórtase como unha indutancia pura (a fase é 90˚). En altas frecuencias, debido ao efecto de capacidade parasita, pódese ver o punto de frecuencia de auto-resonancia da impedancia. Despois deste punto, a impedancia cae e faise capacitiva e a fase cambia gradualmente a -90 ˚.

图片6  6

3. Valor Q e resistencia AC (ACR)

O valor Q na definición de inductancia é a relación entre a reactancia e a resistencia, é dicir, a relación da parte imaxinaria á parte real da impedancia, como na fórmula (2).

图片7

(2)

Onde XL é a reactancia do indutor e RL é a resistencia de corrente alterna do indutor.

No rango de baixa frecuencia, a resistencia de CA é maior que a reactancia causada pola inductancia, polo que o seu valor Q é moi baixo; a medida que aumenta a frecuencia, a reactancia (aproximadamente 2πfL) faise cada vez maior, aínda que a resistencia debida ao efecto da pel (efecto da pel) e ao efecto de proximidade (proximidade). O efecto faise cada vez maior e o valor Q aínda aumenta coa frecuencia ; ao achegarse ao SRF, a reactancia indutiva compénsase gradualmente pola reactancia capacitiva e o valor Q faise gradualmente máis pequeno; cando o SRF pasa a ser cero, porque a reactancia indutiva e a reactancia capacitiva son completamente iguais Desaparecen. A figura 7 mostra a relación entre o valor Q e a frecuencia de NR4018T220M e a relación ten a forma dunha campá invertida.

图片8  7

Figura 7. A relación entre o valor Q e a frecuencia do indutor NR4018T220M de Taiyo Yuden

Na banda de frecuencia de aplicación da inductancia, canto maior sexa o valor Q, mellor; significa que a súa reactancia é moito maior que a resistencia de corrente alterna. En xeral, o mellor valor Q é superior a 40, o que significa que a calidade do indutor é boa. Non obstante, xeralmente a medida que aumenta o sesgo de CC, o valor da inductancia diminuirá e o valor Q tamén diminuirá. Se se usa un fío esmaltado plano ou fío esmaltado de varias cadeas, pódese reducir o efecto da pel, é dicir, resistencia á corrente alterna e tamén se pode aumentar o valor Q do indutor.

A resistencia CC DCR é xeralmente considerada como a resistencia CC do fío de cobre, e a resistencia pódese calcular segundo o diámetro e a lonxitude do fío. Non obstante, a maioría dos indutores SMD de baixa corrente utilizarán soldadura por ultrasóns para fabricar a folla de cobre da SMD no terminal de bobinado. Non obstante, debido a que o fío de cobre non ten unha lonxitude longa e o valor da resistencia non é elevado, a resistencia á soldadura adoita representar unha proporción considerable da resistencia CC total. Tomando como exemplo o indutor SMD enrolado por fío CLF6045NIT-1R5N de TDK, a resistencia CC medida é de 14,6 mΩ e a resistencia CC calculada en función do diámetro e lonxitude do fío é de 12,1 mΩ. Os resultados mostran que esta resistencia á soldadura representa aproximadamente o 17% da resistencia CC total.

A resistencia á corrente alterna (ACR) ten un efecto de pel e de proximidade, o que provocará un aumento da frecuencia cardíaca coa frecuencia; na aplicación da inductancia xeral, porque o compoñente de CA é moito menor que o compoñente de CC, a influencia causada polo ACR non é obvia; pero con carga lixeira, porque o compoñente de CC é reducido, non se pode ignorar a perda causada por ACR. O efecto pel significa que en condicións de CA, a distribución de corrente no condutor é desigual e concéntrase na superficie do fío, o que resulta nunha redución da área de sección transversal equivalente do fío, o que á súa vez aumenta a resistencia equivalente do fío con frecuencia. Ademais, nun enrolamento de arame, os fíos adxacentes causarán a suma e resta de campos magnéticos debido á corrente, de xeito que a corrente se concentre na superficie adxacente ao fío (ou a superficie máis afastada, dependendo da dirección da corrente ), que tamén causa unha intercepción de fíos equivalente. O fenómeno de que a área diminúe e aumenta a resistencia equivalente é o chamado efecto de proximidade; na aplicación de indutancia dun enrolamento multicapa, o efecto de proximidade é aínda máis evidente.

图片9  8

A figura 8 mostra a relación entre a resistencia de CA e a frecuencia do indutor SMD bobinado por fío NR4018T220M. A unha frecuencia de 1kHz, a resistencia é duns 360mΩ; a 100 kHz, a resistencia sobe a 775 mΩ; a 10 MHz, o valor de resistencia é próximo a 160Ω. Ao estimar a perda de cobre, o cálculo debe ter en conta a ACR causada polos efectos da pel e de proximidade e modificala á fórmula (3).

4. Corrente de saturación (ISAT)

A intensidade de saturación ISAT é xeralmente a intensidade de polarización marcada cando se atenua o valor de indutancia como o 10%, 30% ou 40%. Para a ferrita por separación de aire, debido a que a súa característica de corrente de saturación é moi rápida, non hai moita diferenza entre o 10% e o 40%. Consulte a figura 4. Non obstante, se se trata dun núcleo en po de ferro (como un indutor estampado), a curva de saturación é relativamente suave, como se mostra na figura 9, a corrente de polarización do 10% ou 40% da atenuación da indutancia é moi grande. diferente, polo que o valor actual de saturación discutirase por separado para os dous tipos de núcleos de ferro do seguinte xeito.

Para unha ferrita con fenda aérea, é razoable usar ISAT como límite superior da intensidade máxima de indutor para aplicacións de circuítos. Non obstante, se se trata dun núcleo en po de ferro, debido á característica de saturación lenta, non haberá ningún problema aínda que a corrente máxima do circuíto de aplicación supere o ISAT. Polo tanto, esta característica do núcleo de ferro é máis axeitada para cambiar as aplicacións de conversores. Baixo carga pesada, aínda que o valor de indutancia do indutor é baixo, como se mostra na figura 9, o factor de ondulación actual é alto, pero a tolerancia de corrente do condensador actual é alta, polo que non será un problema. Baixo a carga lixeira, o valor de indutancia do indutor é maior, o que axuda a reducir a corrente de ondulación do indutor, reducindo así a perda de ferro. A figura 9 compara a curva de saturación da ferrita de ferida de TDK SLF7055T1R5N e do indutor SPM6530T1R5M de núcleo de po de ferro estampado baixo o mesmo valor nominal de indutancia.

图片9   9

Figura 9. Curva de saturación da ferrita ferida e do núcleo de po estampado de ferro baixo o mesmo valor nominal de indutancia

5. Corrente nominal (IDC)

O valor IDC é o sesgo de CC cando a temperatura do indutor sube a Tr˚C. As especificacións tamén indican o seu valor de resistencia CC RDC a 20 atC. Segundo o coeficiente de temperatura do fío de cobre é de aproximadamente 3.930 ppm, cando a temperatura de Tr aumenta, o seu valor de resistencia é RDC_Tr = RDC (1 + 0.00393Tr) e o seu consumo de enerxía é PCU = I2DCxRDC. Esta perda de cobre disipase na superficie do indutor e pódese calcular a resistencia térmica ΘTH do indutor:

图片13(2)

A táboa 2 refírese á ficha técnica da serie TDK VLS6045EX (6,0 × 6,0 × 4,5 mm) e calcula a resistencia térmica a un aumento de temperatura de 40 ° C. Obviamente, para indutores da mesma serie e tamaño, a resistencia térmica calculada é case a mesma debido á mesma área de disipación de calor superficial; noutras palabras, pódese estimar o IDC actual de diferentes indutores. Diferentes series (paquetes) de indutores teñen diferentes resistencias térmicas. A táboa 3 compara a resistencia térmica dos indutores das series TDK VLS6045EX (semi-blindadas) e SPM6530 (moldeadas). Canto maior sexa a resistencia térmica, maior será a subida de temperatura xerada cando a inductancia flúe a través da corrente de carga; se non, o inferior.

图片14  (2)

Táboa 2. Resistencia térmica dos indutores da serie VLS6045EX a un aumento de temperatura de 40˚C

Na táboa 3 pódese ver que, aínda que o tamaño dos indutores é similar, a resistencia térmica dos indutores estampados é baixa, é dicir, a disipación de calor é mellor.

图片15  (3)

Táboa 3. Comparación da resistencia térmica de diferentes indutores de envases.

 

6. Perda de núcleo

A perda de núcleo, denominada perda de ferro, é causada principalmente pola perda de corrente de Foucault e a perda de histéresis. O tamaño da perda de corrente de Foucault depende principalmente de se o material do núcleo é fácil de "conducir"; se a condutividade é alta, é dicir, a resistividade é baixa, a perda de corrente de Foucault é alta e se a resistividade da ferrita é alta, a perda de corrente de Foucault é relativamente baixa. A perda de corrente de Foucault tamén está relacionada coa frecuencia. Canto maior sexa a frecuencia, maior será a perda de corrente de Foucault. Polo tanto, o material do núcleo determinará a frecuencia de funcionamento axeitada do núcleo. En xeral, a frecuencia de traballo do núcleo de po de ferro pode chegar a 1 MHz e a frecuencia de traballo da ferrita pode alcanzar os 10 MHz. Se a frecuencia de funcionamento supera esta frecuencia, a perda de corrente de Foucault aumentará rapidamente e a temperatura do núcleo do ferro tamén aumentará. Non obstante, co rápido desenvolvemento de materiais de núcleo de ferro, os núcleos de ferro con frecuencias operativas máis altas deberían estar á volta da esquina.

Outra perda de ferro é a perda de histéresis, que é proporcional á área pechada pola curva de histéresis, que está relacionada coa amplitude de balance do compoñente AC da corrente; canto maior sexa o balance de CA, maior será a perda de histéresis.

No circuíto equivalente dun indutor, úsase a miúdo unha resistencia conectada en paralelo co indutor para expresar a perda de ferro. Cando a frecuencia é igual a SRF, a reactancia indutiva e a reactancia capacitiva cancelan e a reactancia equivalente é cero. Neste momento, a impedancia do indutor equivale á resistencia á perda de ferro en serie coa resistencia ao devanado, e a resistencia á perda de ferro é moito maior que a resistencia ao devanado, polo que a impedancia en SRF é aproximadamente igual á resistencia á perda de ferro. Tomando como exemplo un indutor de baixa tensión, a súa resistencia á perda de ferro é de aproximadamente 20kΩ. Se a tensión do valor efectivo nos dous extremos do indutor estímase en 5V, a súa perda de ferro é de aproximadamente 1,25 mW, o que tamén demostra que canto maior sexa a resistencia á perda de ferro, mellor.

7. Estrutura do escudo

A estrutura de envasado dos indutores de ferrita inclúe sen blindaxe, semi-blindada con cola magnética e blindada, e hai un oco de aire considerable en calquera deles. Obviamente, a brecha de aire terá fuga magnética e, no peor dos casos, interferirá cos pequenos circuítos de sinal circundantes ou, se hai un material magnético nas proximidades, tamén se cambiará a súa indutancia. Outra estrutura de envasado é un indutor de po de ferro estampado. Dado que non hai un oco no interior do indutor e a estrutura do enrolamento é sólida, o problema da disipación do campo magnético é relativamente pequeno. A Figura 10 é o uso da función FFT do osciloscopio RTO 1004 para medir a magnitude do campo magnético de fuga a 3 mm por riba e polo lado do indutor estampado. A táboa 4 lista a comparación do campo magnético de fuga de diferentes indutores da estrutura do paquete. Pódese ver que os indutores non apantallados teñen a fuga magnética máis grave; os indutores estampados teñen a menor fuga magnética, mostrando o mellor efecto de protección magnética. . A diferenza na magnitude do campo magnético de fuga dos indutores destas dúas estruturas é de aproximadamente 14 dB, que é case 5 veces.

10图片16

Figura 10. A magnitude do campo magnético de fuga medido a 3 mm por riba e polo lado do indutor estampado

图片17 (4)

Táboa 4. Comparación do campo magnético de fuga de diferentes indutores da estrutura do paquete

8. acoplamento

Nalgunhas aplicacións, ás veces hai varios conxuntos de conversores de corrente continua no PCB, que normalmente están dispostos un ao lado do outro, e os seus correspondentes indutores tamén están dispostos un ao lado do outro. Se usa un tipo non blindado ou semi-blindado con cola magnética, os indutores poden unirse entre si para formar interferencia EMI. Polo tanto, cando se coloca o indutor, recoméndase marcar primeiro a polaridade do indutor e conectar o punto de inicio e enrolamento da capa máis interna do indutor á tensión de conmutación do convertedor, como o VSW dun conversor de buck, que é o punto en movemento. O terminal de saída está conectado ao condensador de saída, que é o punto estático; o enrolamento do fío de cobre forma, polo tanto, un certo grao de protección do campo eléctrico. Na disposición de cableado do multiplexor, fixar a polaridade da inductancia axuda a fixar a magnitude da inductancia mutua e evitar algúns problemas EMI inesperados.

Aplicacións:

No capítulo anterior falouse do material central, a estrutura do paquete e as importantes características eléctricas do indutor. Este capítulo explicará como elixir o valor de indutancia adecuado do conversor de buck e as consideracións para elixir un indutor dispoñible no mercado.

Como se amosa na ecuación (5), o valor do indutor e a frecuencia de conmutación do convertedor afectarán á corrente de ondulación do indutor (ΔiL). A corrente de ondulación do indutor fluirá polo condensador de saída e afectará á corrente de ondulación do condensador de saída. Polo tanto, afectará á selección do condensador de saída e afectará aínda máis ao tamaño da ondulación da tensión de saída. Ademais, o valor de indutancia e o valor de capacidade de saída tamén afectarán o deseño de retroalimentación do sistema e a resposta dinámica da carga. Escoller un valor de indutancia maior ten menos tensión de corrente no condensador e tamén é beneficioso para reducir a tensión de saída e pode almacenar máis enerxía. Non obstante, un valor de inductancia maior indica un volume maior, é dicir, un custo maior. Polo tanto, ao deseñar o convertedor, o deseño do valor de indutancia é moi importante.

图片18        (5)

Pola fórmula (5) pódese ver que cando a diferenza entre a tensión de entrada e a tensión de saída é maior, a corrente de ondulación do indutor será maior, que é a peor das condicións do deseño do indutor. Xunto con outras análises indutivas, o punto de deseño da indutancia do convertedor descenso normalmente debería seleccionarse nas condicións de tensión máxima de entrada e carga completa.

Ao deseñar o valor de indutancia, é necesario facer unha compensación entre a corrente de ondulación do indutor e o tamaño do indutor, e aquí defínese o factor de corrente de ondulación (factor de corrente de ondulación; γ), como na fórmula (6).

图片19(6)

Substituíndo a fórmula (6) pola fórmula (5), o valor da indutancia pódese expresar como fórmula (7).

图片20  (7)

Segundo a fórmula (7), cando a diferenza entre a tensión de entrada e saída é maior, pódese seleccionar maior o valor γ; pola contra, se a tensión de entrada e saída está máis preto, o deseño do valor γ debe ser menor. Para escoller entre a corrente de ondulación do indutor e o tamaño, segundo o valor da experiencia de deseño tradicional, γ adoita ser de 0,2 a 0,5. O seguinte toma RT7276 como exemplo para ilustrar o cálculo da inductancia e a selección de indutores dispoñibles no comercio.

Exemplo de deseño: deseñado con RT7276 avanzada constante en tempo (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) convertidor de rectificación síncrona de rectificación síncrona, a súa frecuencia de conmutación é de 700 kHz, a tensión de entrada de 4,5 V a 18 V e a tensión de saída de 1,05 V . A corrente de carga completa é 3A. Como se mencionou anteriormente, o valor de indutancia debe deseñarse baixo as condicións da tensión máxima de entrada de 18V e a carga completa de 3A, o valor de γ tómase como 0,35 e o valor anterior substitúese na ecuación (7), a indutancia o valor é

图片21

 

Empregue un indutor cun valor de inductancia nominal convencional de 1,5 µH. Substitúe a fórmula (5) para calcular a corrente de ondulación do indutor do seguinte xeito.

图片22

Polo tanto, a corrente máxima do indutor é

图片23

E o valor efectivo da corrente indutor (IRMS) é

图片24

Debido a que o compoñente de ondulación do indutor é pequeno, o valor efectivo da corrente do indutor é principalmente o seu compoñente de corrente continua, e este valor efectivo utilízase como base para seleccionar a corrente nominal do indutor IDC. Cun deseño de descenso (descenso) do 80%, os requisitos de indutancia son:

 

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

 

A táboa 5 lista os indutores dispoñibles de diferentes series de TDK, de tamaño similar pero diferente na estrutura do paquete. Na táboa pódese ver que a corrente de saturación e a corrente nominal do indutor estampado (SPM6530T-1R5M) son grandes e a resistencia térmica é pequena e a disipación de calor é boa. Ademais, segundo a discusión do capítulo anterior, o material do núcleo do indutor estampado é o núcleo de po de ferro, polo que se compara co núcleo de ferrita dos indutores semi-blindados (VLS6045EX-1R5N) e blindados (SLF7055T-1R5N) con cola magnética. , Ten boas características de polarización de CC. A Figura 11 mostra a comparación de eficiencia de diferentes indutores aplicados ao convertedor de baixada de rectificación síncrona á hora constante RT7276 avanzada. Os resultados amosan que a diferenza de eficiencia entre os tres non é significativa. Se ten en conta a disipación de calor, as características de polarización de corrente continua e os problemas de disipación do campo magnético, recoméndase usar indutores SPM6530T-1R5M.

图片25(5)

Táboa 5. Comparación de indutancias de diferentes series de TDK

图片26 11

Figura 11. Comparación da eficiencia do conversor con diferentes indutores

Se escolle a mesma estrutura de paquete e o valor de indutancia, pero indutores de menor tamaño, como SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), aínda que o seu tamaño é pequeno, pero a resistencia CC RDC (44,5 mΩ) e a resistencia térmica ΘTH ( 51˚C) / W) Maior. Para conversores das mesmas especificacións, o valor efectivo da corrente tolerada polo indutor tamén é o mesmo. Obviamente, a resistencia de CC reducirá a eficiencia baixo carga pesada. Ademais, unha gran resistencia térmica significa unha mala disipación de calor. Polo tanto, ao elixir un indutor, non só é necesario considerar os beneficios do tamaño reducido, senón tamén avaliar as súas deficiencias.

 

En conclusión

A inductancia é un dos compoñentes pasivos de uso común nos conversores de potencia de conmutación, que se pode empregar para almacenar e filtrar enerxía. Non obstante, no deseño do circuíto non só se debe prestar atención ao valor de indutancia, senón que outros parámetros como a resistencia de CA e o valor Q, a tolerancia de corrente, a saturación do núcleo de ferro e a estrutura do paquete, etc. ter en conta á hora de escoller un indutor. . Estes parámetros adoitan estar relacionados co material central, o proceso de fabricación e o tamaño e o custo. Polo tanto, este artigo introduce as características dos diferentes materiais do núcleo de ferro e como elixir unha inductancia axeitada como referencia para o deseño da fonte de alimentación.

 


Tempo de publicación: 15 de xuño de 2121