124

вести

Резиме

Индуктори су врло важне компоненте у преклопним претварачима, као што су акумулатори енергије и филтери напајања. Постоји много врста индуктора, на пример за различите примене (од ниских фреквенција до високих фреквенција) или различитих језгрених материјала који утичу на карактеристике индуктора итд. Индуктори који се користе у комутационим претварачима су високофреквентне магнетне компоненте. Међутим, због различитих фактора као што су материјали, услови рада (као што су напон и струја) и температура околине, представљене карактеристике и теорије су прилично различите. Због тога се у дизајну кола, поред основног параметра вредности индуктивности, и даље мора узети у обзир однос између импедансе индуктора и наизменичног отпора и фреквенције, губитка језгра и карактеристика струје засићења итд. Овај чланак ће представити неколико важних материјала језгре индуктора и њихове карактеристике, а такође ће упутити енергетске инжењере да одаберу комерцијално доступне стандардне индуктивитете.

Предговор

Индуктор је компонента електромагнетне индукције, која се формира намотавањем одређеног броја калема (калема) на калем или језгро изолованом жицом. Ова завојница назива се индуктивна завојница или индуктор. Према принципу електромагнетне индукције, када се калем и магнетно поље померају једно према другом, или калем генерише наизменично магнетно поље кроз наизменичну струју, генерисаће се индуковани напон који ће се одупрети промени изворног магнетног поља, а ова карактеристика ограничавања промене струје назива се индуктивитет.

Формула вредности индуктивитета је као формула (1), која је пропорционална магнетној пропустљивости, квадрату намотаја Н и еквивалентној површини попречног пресека магнетног кола Ае, и обрнуто је пропорционална еквивалентној дужини магнетног кола ле . Постоји много врста индуктивности, свака погодна за различите примене; индуктивност је повезана са обликом, величином, методом намотавања, бројем завоја и врстом интермедијарног магнетног материјала.

图片1

(1)

У зависности од облика гвозденог језгра, индуктивитет укључује тороидно, Е језгро и бубањ; у погледу материјала од гвозденог језгра, углавном постоје керамичко језгро и два мека магнетна типа. Они су феритни и метални прах. У зависности од структуре или начина паковања, постоје жичане намотане, вишеслојне и обликоване, а намотане жице имају неоклопљени и половину магнетног лепка Оклопљени (полу-заштићени) и заштићени (заштићени) итд.

Пригушница делује као кратки спој у једносмерној струји и представља високу импедансу наизменичној струји. Основна употреба у круговима укључује гушење, филтрирање, подешавање и складиштење енергије. У примени комутационог претварача, индуктор је најважнија компонента за складиштење енергије и образује нископропусни филтер са излазним кондензатором како би смањио мрешкање излазног напона, па такође игра важну улогу у функцији филтрирања.

Овај чланак ће представити различите основне материјале пригушница и њихове карактеристике, као и неке електричне карактеристике пригушница, као важну референтну оцену за одабир пригушница током пројектовања кола. У примеру примене, како израчунати вредност индуктивности и како одабрати комерцијално доступан стандардни индуктор, биће представљени кроз практичне примере.

Врста материјала језгра

Индуктори који се користе у комутационим претварачима су високофреквентне магнетне компоненте. Материјал језгра у центру највише утиче на карактеристике пригушнице, као што су импеданција и фреквенција, вредност и фреквенција индуктивности или карактеристике засићења језгра. Следеће ће представити поређење неколико уобичајених материјала од језгра гвожђа и њихове карактеристике засићења као важну референцу за одабир пригушница снаге:

1. Керамичко језгро

Керамичко језгро је један од уобичајених материјала за индуктивност. Углавном се користи за пружање носеће конструкције која се користи при навијању калема. Такође се назива и „индуктор ваздушног језгра“. Будући да је коришћено гвоздено језгро немагнетни материјал са врло ниским температурним коефицијентом, вредност индуктивности је врло стабилна у опсегу радне температуре. Међутим, због немагнетног материјала као медија, индуктивитет је врло низак, што није баш погодно за примену претварача снаге.

2. Ферит

Феритно језгро које се користи у опћенито високофреквентним индукторима је феритно једињење које садржи никл цинк (НиЗн) или манган цинк (МнЗн), који је мекани магнетни феромагнетски материјал са малом коерцитивношћу. Слика 1 приказује криву хистерезе (БХ петља) општег магнетног језгра. Присилна сила ХЦ магнетног материјала назива се и присилна сила, што значи да када се магнетни материјал магнетизује до магнетне засићености, његова магнетизација (магнетизација) се у том тренутку смањује на нулу. Нижа присила значи нижи отпор према магнетизацији, а такође значи и мањи губитак хистерезе.

Фергани манган-цинк и никал-цинк имају релативно високу релативну пропустљивост (μр), око 1500-15000, односно 100-1000. Њихова велика магнетна пропустљивост чини језгро гвожђа већим у одређеној запремини. Индуктивитет. Међутим, недостатак је што је његова подношљива струја засићења ниска, а када се језгро гвожђа засићи, магнетна пропустљивост ће нагло пасти. Погледајте слику 4 за тренд опадања магнетне пропустљивости феритних и прашкастих језгара гвожђа када је гвоздено језгро засићено. Поређење. Када се користи у индукторима снаге, у главном магнетном колу остаће ваздушни зазор, који може смањити пропустљивост, избећи засићење и сачувати више енергије; када је укључен ваздушни јаз, еквивалентна релативна пропустљивост може бити око 20- Између 200. Будући да велика отпорност самог материјала може смањити губитак изазван вртложном струјом, губитак је нижи на високим фреквенцијама и погоднији је за високофреквентни трансформатори, индуктори ЕМИ филтера и индуктори за складиштење енергије претварача снаге. У погледу радне фреквенције, никл-цинк-ферит је погодан за употребу (> 1 МХз), док је манган-цинк-ферит погодан за опсеге нижих фреквенција (<2 МХз).

图片2         1

Слика 1. Крива хистерезе магнетног језгра (БР: реманенце; БСАТ: густина магнетног флукса засићења)

3. Језгро гвожђа у праху

Језгре у праху такође су меко-магнетни феромагнетски материјали. Израђене су од легура гвожђа у праху од различитих материјала или само од гвожђа у праху. Формула садржи немагнетне материјале различитих величина честица, па је крива засићења релативно нежна. Језгро прашкастог гвожђа је углавном тороидно. На слици 2 приказано је језгро прашкастог гвожђа и његов пресек.

Уобичајена језгра гвожђа у праху укључују легуру гвожђе-никл-молибден (МПП), сендуст (Сендуст), легура гвожђе-никал (висок проток) и језгро гвожђа у праху (гвожђе у праху). Због различитих компонената, његове карактеристике и цене су такође различите, што утиче на избор индуктора. Следеће ће представити горе поменуте типове језгара и упоредити њихове карактеристике:

А. Легура гвожђе-никал-молибден (МПП)

Легура Фе-Ни-Мо је скраћено МПП, што је скраћеница од праха молипермалоја. Релативна пропустљивост је око 14-500, а густина засићеног магнетног флукса је око 7500 Гаусс-а (Гаусс-а), што је више од густине засићеног магнетног флукса-ферита (око 4000-5000 Гаусс-а). Многи напоље. МПП има најмањи губитак гвожђа и има најбољу температурну стабилност међу језгрима у праху. Када спољна једносмерна струја достигне струју засићења ИСАТ, вредност индуктивности полако опада без наглог слабљења. МПП има боље перформансе, али већу цену, и обично се користи као индуктор снаге и ЕМИ филтрирање за претвараче снаге.

 

Б. Сендуст

Гвоздено језгро од легуре гвожђе-силицијум-алуминијум је језгро од легираног гвожђа састављено од гвожђа, силицијума и алуминијума, с релативном магнетном пропустљивошћу од око 26 до 125. Губитак гвожђа је између језгра гвожђа у праху и МПП и легуре гвожђа-никла. . Густина магнетног флукса засићења је већа од МПП, око 10500 Гаусс-а. Карактеристике температурне стабилности и струје засићења су мало инфериорне у односу на МПП и легуру гвожђе-никал, али су боље од језгра гвожђа у праху и феритног језгра, а релативни трошкови су јефтинији од легура МПП и гвожђа-никла. Углавном се користи у ЕМИ филтрирању, круговима за корекцију фактора снаге (ПФЦ) и индуктивитетима снаге прекидачких претварача снаге.

 

Ц. Легура гвожђе-никал (висок флукс)

Језгро легуре гвожђе-никл је направљено од гвожђа и никла. Релативна магнетна пропустљивост је око 14-200. Губитак гвожђа и температурна стабилност су између МПП и легуре гвожђе-силицијум-алуминијум. Језгро легуре гвожђе-никл има највећу густину магнетног флукса засићења, око 15.000 Гаусс-а, и може да поднесе веће једносмерне струје предрасуда, а његове карактеристике једносмерне пристрасности су такође боље. Област примене: Корекција активног фактора снаге, индуктивитет акумулације енергије, индуктивност филтера, високофреквентни трансформатор повратног претварача итд.

 

Д. гвожђе у праху

Језгро гвожђа у праху направљено је од честица праха гвожђа високе чистоће са врло малим честицама које су међусобно изоловане. Производни процес чини га распоређеним ваздушним размаком. Поред облика прстена, уобичајени облици језгра у облику гвожђа у праху имају и Е-тип и врсте утискивања. Релативна магнетна пропустљивост језгра гвожђа у праху је око 10 до 75, а густина магнетног флукса велике засићености је око 15000 Гаусс-а. Међу језгрима прашкастог гвожђа, језгро гвожђа у праху има највећи губитак гвожђа, али најнижу цену.

Слика 3 приказује БХ криве ПЦ47 манган-цинк-ферита ПЦ47 произвођача ТДК и језгра у праху од гвожђа -52 и -2 произвођача МИЦРОМЕТАЛС; релативна магнетна пропустљивост манган-цинк ферита је много већа од оне у језгри гвожђа у праху и засићена је. Густина магнетног флукса је такође веома различита, ферит је око 5000 Гаусс, а језгро гвожђа у праху је више од 10000 Гаусс.

图片3   3

Слика 3. БХ крива језгара манган-цинк-ферита и гвожђа у праху од различитих материјала

 

Укратко, карактеристике засићења гвозденог језгра су различите; када се струја засићења премаши, магнетна пропустљивост феритног језгра ће нагло пасти, док се језгро гвозденог праха може полако смањивати. На слици 4 су приказане карактеристике пада магнетске пропустљивости језгра прашкастог гвожђа са истом магнетном пропустљивошћу и ферита са ваздушним размаком под различитим јачинама магнетног поља. Ово такође објашњава индуктивност феритног језгра, јер пропустљивост нагло опада када је језгро засићено, као што се види из једначине (1), такође доводи до наглог пада индуктивности; док језгро праха са распоређеним ваздушним размаком, брзина магнетне пропустљивости полако опада када је гвоздено језгро засићено, па се индуктивност нежније смањује, односно има боље карактеристике једносмерне пристрасности. У примени претварача снаге, ова карактеристика је веома важна; ако карактеристика спорог засићења индуктора није добра, струја индуктора расте до струје засићења, а нагли пад индуктивности изазваће нагли пораст тренутног напрезања преклопног кристала, што је лако нанети штету.

图片3    4

Слика 4. Карактеристике пада магнетске пропустљивости језгра језгра у праху и језгра феритног гвожђа са ваздушним размаком под различитом јачином магнетног поља.

 

Електричне карактеристике индуктора и структура пакета

При пројектовању комутационог претварача и одабиру пригушнице, вредност индуктивитета Л, импеданса З, отпор наизменичне струје АЦР и вредност К (фактор квалитета), називна струја ИДЦ и ИСАТ и губитак језгра (губитак језгра) и друге важне електричне карактеристике морају бити сматрати. Поред тога, структура паковања индуктора утицаће на величину магнетног цурења, што заузврат утиче на ЕМИ. Следеће ће горе наведене карактеристике разматрати одвојено као разматрања за одабир пригушница.

1. Вредност индуктивности (Л)

Вредност индуктивности индуктора је најважнији основни параметар у дизајну кола, али мора се проверити да ли је вредност индуктивности стабилна на радној фреквенцији. Номинална вредност индуктивности обично се мери на 100 кХз или 1 МХз без спољне пристрасности једносмерне струје. А да би се осигурала могућност масовне аутоматизоване производње, толеранција индуктора је обично ± 20% (М) и ± 30% (Н). Слика 5 је графикон карактеристичних карактеристика индуктивности индуктора Таиио Иуден НР4018Т220М измерен мерачем ЛЦР Ваине Керр-а. Као што је приказано на слици, крива вредности индуктивности је релативно равна пре 5 МХз и вредност индуктивности се готово може сматрати константом. У опсегу високих фреквенција због резонанције генерисане паразитским капацитетом и индуктивношћу, вредност индуктивности ће се повећати. Ова резонантна фреквенција назива се само-резонантна фреквенција (СРФ), која обично треба да буде много већа од радне фреквенције.

图片5  5

Слика 5, Таиио Иуден НР4018Т220М дијаграм мерења карактеристика индуктивитет-фреквенција

 

2. Импеданса (З)

Као што је приказано на слици 6, дијаграм импедансе се такође може видети из перформанси индуктивитета на различитим фреквенцијама. Импеданса индуктора је приближно пропорционална фреквенцији (З = 2πфЛ), па ће, што је фреквенција већа, реактанса бити много већа од отпора наизменичне струје, па се импеданса понаша као чиста индуктивност (фаза је 90˚). На високим фреквенцијама, због ефекта паразитске капацитивности, може се видети тачка саморезонантне фреквенције импедансе. После ове тачке, импеданција опада и постаје капацитивна, а фаза се постепено мења на -90 ˚.

图片6  6

3. К вредност и АЦ отпор (АЦР)

К вредност у дефиницији индуктивности је однос реактанције према отпору, односно однос замишљеног дела према стварном делу импедансе, као у формули (2).

图片7

(2)

Где је КСЛ реактанца индуктора, а РЛ је напон наизменичне струје индуктора.

У опсегу ниских фреквенција, напон наизменичне струје је већи од реактанције изазване индуктивитетом, па је његова вредност К врло мала; како се фреквенција повећава, реактанција (око 2πфЛ) постаје све већа и већа, чак и ако отпор услед дејства коже (ефекат коже) и близине (ефекат близине) Ефекат постаје све већи и већи, а вредност К и даље расте са учесталошћу ; када се приближава СРФ, индуктивна реактанца се постепено надокнађује капацитивном реактанцијом, а вредност К постепено постаје мања; када СРФ постане нула, јер су индуктивна реактанција и капацитивна реактанта потпуно исте Нестају. Слика 7 приказује однос између вредности К и фреквенције НР4018Т220М, а однос је у облику обрнутог звона.

图片8  7

Слика 7. Однос између К вредности и фреквенције Таиио Иуден индуктора НР4018Т220М

У опсегу индуктивности фреквенцијског подручја примене, што је већа вредност К, то је боље; то значи да је његова реактанција много већа од отпора наизменичне струје. Уопштено говорећи, најбоља вредност К је изнад 40, што значи да је квалитет индуктора добар. Међутим, генерално како се једносмерна пристрасност повећава, вредност индуктивности ће се смањивати, а вредност К такође ће се смањивати. Ако се користи равна емајлирана жица или емајлирана жица са више нити, ефекат коже, односно отпор наизменичне струје, може се смањити, а К вредност индуктора такође може бити повећана.

ДЦ отпор ДЦР се генерално сматра ДЦ отпором бакарне жице, а отпор се може израчунати према пречнику и дужини жице. Међутим, већина СМД индуктора слабе струје користиће ултразвучно заваривање за израду бакарног лима СМД на терминалу за намотавање. Међутим, с обзиром да бакарна жица није дугачка и вредност отпора није велика, отпор заваривања често чини значајан део укупног отпора једносмерне струје. Узимајући за пример ТДК-ов намотани СМД индуктор ЦЛФ6045НИТ-1Р5Н, измерени једносмерни отпор је 14,6Ω, а једносмерни отпор израчунат на основу пречника и дужине жице је 12,1мΩ. Резултати показују да овај отпор заваривања чини око 17% укупног отпора једносмерне струје.

Отпор на АЦ АЦР има ефекат коже и близину, што ће довести до повећања АЦР са учесталошћу; у примени опште индуктивности, јер је компонента наизменичне струје много нижа од једносмерне компоненте, утицај који изазива АЦР није очигледан; али при лаганом оптерећењу, јер је једносмерна компонента смањена, губитак изазван АЦР-ом не може се занемарити. Ефекат коже значи да је у условима наизменичне струје расподела струје унутар проводника неравномерна и концентрисана на површини жице, што резултира смањењем еквивалентне површине попречног пресека жице, што заузврат повећава еквивалентни отпор жице са фреквенција. Поред тога, у намотају жице суседне жице ће проузроковати сабирање и одузимање магнетних поља услед струје, тако да се струја концентрише на површину уз жицу (или најудаљенију површину, у зависности од смера струје ), што такође узрокује еквивалентно пресретање жице. Појава да се површина смањује, а еквивалентни отпор повећава је такозвани ефекат близине; у примени индуктивитета вишеслојног намотаја, ефекат близине је још очигледнији.

图片9  8

Слика 8 приказује везу између отпора наизменичне струје и фреквенције намотаног СМД индуктора НР4018Т220М. На фреквенцији од 1кХз, отпор је око 360мΩ; на 100кХз, отпор расте на 775мΩ; на 10МХз, вредност отпора је близу 160Ω. При процени губитка бакра, прорачун мора узети у обзир АЦР изазван ефектом коже и близине, и прилагодити га формули (3).

4. Струја засићења (ИСАТ)

Струја засићења ИСАТ је обично струја пристрасности која је означена када је вредност индуктивности ослабљена, као што је 10%, 30% или 40%. За ферит ваздушног зазора, јер је његова карактеристика струје засићења врло брза, нема велике разлике између 10% и 40%. Погледајте слику 4. Међутим, ако се ради о језгру од гвожђа у праху (као што је утиснути индуктор), крива засићења је релативно блага, као што је приказано на слици 9, струја пристрасности при 10% или 40% слабљења индуктивности је много различита, па ће се вредност струје засићења разматрати одвојено за две врсте језгара гвожђа на следећи начин.

За ферит са ваздушним зазором, разумно је користити ИСАТ као горњу границу максималне струје пригушнице за примену у кругу. Међутим, ако се ради о језгру од гвожђа у праху, због карактеристика спорог засићења, неће бити проблема чак и ако максимална струја апликационог кола премаши ИСАТ. Због тога је ова карактеристика гвозденог језгра најпогоднија за пребацивање апликација претварача. Под великим оптерећењем, иако је вредност индуктивности индуктора ниска, као што је приказано на слици 9, тренутни фактор таласа је висок, али тренутна толеранција струје кондензатора је велика, тако да то неће представљати проблем. Под лаганим оптерећењем, вредност индуктивности индуктора је већа, што помаже да се смањи валовита струја индуктора, чиме се смањују губици гвожђа. Слика 9 упоређује криву струје засићења ТДК-овог намотаног ферита СЛФ7055Т1Р5Н и утиснутог индуктора језгре у праху од гвожђа СПМ6530Т1Р5М под истом номиналном вредношћу индуктивности.

图片9   9

Слика 9. Крива струје засићења намотаног ферита и утиснутог језгра гвозденог праха под истом номиналном вредношћу индуктивности

5. Називна струја (ИДЦ)

ИДЦ вредност је једносмерна пристрасност када температура индуктора порасте до Тр˚Ц. Спецификације такође показују његову вредност једносмерног отпора РДЦ на 20 ° Ц. Према температурном коефицијенту бакарне жице је око 3.930 ппм, када температура Тр порасте, вредност његовог отпора је РДЦ_Тр = РДЦ (1 + 0,00393Тр), а потрошња енергије ПЦУ = И2ДЦкРДЦ. Овај губитак бакра распршује се на површини индуктора и може се израчунати топлотни отпор ΘТХ индуктора:

图片13(2)

Табела 2 односи се на технички лист серије ТДК ВЛС6045ЕКС (6,0 × 6,0 × 4,5 мм) и израчунава топлотни отпор при порасту температуре од 40 ° Ц. Очигледно је да су за индукторе исте серије и величине израчунати топлотни отпор готово исти због исте површине одвођења топлоте на површини; другим речима, може се проценити називна струја ИДЦ различитих индуктора. Различите серије (паковања) пригушница имају различиту топлотну отпорност. Табела 3 упоређује топлотни отпор пригушница серије ТДК ВЛС6045ЕКС (полу-заштићени) и серије СПМ6530 (пресовани). Што је већи топлотни отпор, то је већи пораст температуре генерисан када индуктивитет тече кроз струју оптерећења; иначе, ниже.

图片14  (2)

Табела 2. Термички отпор индуктора серије ВЛС6045ЕКС при порасту температуре од 40 ° Ц

Из табеле 3 се може видети да чак и ако је величина индуктора слична, топлотни отпор утиснутих индуктора је низак, односно одвођење топлоте је боље.

图片15  (3)

Табела 3. Поређење топлотног отпора различитих омотача пригушница.

 

6. Губитак језгра

Губитак језгра, који се назива губитак гвожђа, углавном је узрокован губицима вртложних струја и хистерезом. Величина губитка вртложне струје углавном зависи од тога да ли је материјал језгре лако „проводљив“; ако је проводљивост велика, односно отпорност мала, губитак вртложне струје велик, а ако је отпор ферита висок губитак вртложне струје је релативно низак. Губитак вртложне струје такође је повезан са фреквенцијом. Што су фреквенције веће, већи су губици вртложне струје. Стога ће материјал језгра одредити правилну радну фреквенцију језгра. Уопштено говорећи, радна фреквенција језгра гвожђа у праху може достићи 1МХз, а радна фреквенција ферита може достићи 10МХз. Ако радна фреквенција премаши ову фреквенцију, губици вртложне струје ће се брзо повећати, а температура језгра гвожђа ће такође порасти. Међутим, са брзим развојем материјала од језгра гвожђа, језгра гвожђа са вишим радним фреквенцијама требало би да буду одмах иза угла.

Други губитак гвожђа је губитак хистерезе, који је пропорционалан површини затвореној кривуљом хистерезе, која је повезана са амплитудом њихања АЦ компоненте струје; што је већи замах АЦ, већи је губитак хистерезе.

У еквивалентном колу индуктивитета често се користи отпорник повезан паралелно са пригушницом да би се изразио губитак гвожђа. Када је фреквенција једнака СРФ, индуктивна реактанција и капацитивна реактанта се поништавају, а еквивалентна реактанца је нула. Тренутно је импеданса индуктора еквивалентна отпорности на губитак гвожђа у серији са отпором намотаја, а отпор губицима гвожђа је много већи од отпора намотаја, па је импеданција на СРФ приближно једнака отпорности на губитак гвожђа. Узимајући за пример нисконапонски пригушник, његов отпор губицима гвожђа је око 20кΩ. Ако се процени да је ефективни напон на оба краја индуктора 5В, његов губитак гвожђа је око 1,25мВ, што такође показује да што је већи отпор губитку гвожђа, то боље.

7. Структура штита

Структура паковања феритних пригушница укључује не-заштићени, полу-заштићени магнетним лепком и заштићени, а на оба од њих постоји значајан ваздушни размак. Очигледно је да ће ваздушни јаз имати магнетно цурење, ау најгорем случају ометаће околне мале сигналне кругове, или ако се у близини налази магнетни материјал, његова индуктивност ће такође бити промењена. Друга структура паковања је утиснути индуктор гвожђа у праху. Будући да унутар индуктора нема празнине и структура намотаја је чврста, проблем расипања магнетног поља је релативно мали. Слика 10 је употреба функције ФФТ осцилоскопа РТО 1004 за мерење величине магнетног поља цурења на 3 мм изнад и на боку утиснутог индуктора. Табела 4 даје поређење магнетног поља цурења различитих индуктора структуре пакета. Може се видети да неоклопљени индуктори имају најозбиљније магнетно цурење; утиснуте индуктивитете имају најмање магнетно цурење, показујући најбољи магнетни заштитни ефекат. . Разлика у величини магнетног поља цурења индуктора ове две структуре је око 14дБ, што је скоро 5 пута.

10图片16

Слика 10. Величина магнетног поља цурења измерена на 3 мм изнад и на боку утиснутог индуктора

图片17 (4)

Табела 4. Поређење магнетног поља цурења различитих индуктора структуре пакета

8. спојница

У неким апликацијама, понекад на ПЦБ-у постоји више скупова претварача једносмерне струје, који су обично распоређени један поред другог, а њихови одговарајући индуктори су такође постављени један поред другог. Ако користите не-заштићени или полу-заштићени тип са магнетним лепком, индуктори могу бити повезани једни са другима да би створили ЕМИ сметње. Због тога се приликом постављања пригушнице препоручује да се прво означи поларитет пригушнице и споји се почетна и намотајна тачка најунутарњег слоја пригушнице на преклопни напон претварача, као што је ВСВ претварача, која је покретна тачка. Излазни терминал је повезан са излазним кондензатором, који је статичка тачка; намотај бакарне жице стога формира одређени степен заштите електричног поља. У распореду ожичења мултиплексера, фиксирање поларитета индуктивности помаже да се поправи величина међусобне индуктивности и избегну неки неочекивани ЕМИ проблеми.

Апликације:

Претходно поглавље је расправљало о материјалу језгра, структури паковања и важним електричним карактеристикама индуктора. Ово поглавље ће објаснити како одабрати одговарајућу вредност индуктивности доводног претварача и разматрања за избор комерцијално доступног индуктора.

Као што је приказано у једначини (5), вредност пригушнице и преклопна фреквенција претварача утицаће на валовиту струју пригушнице (ΔиЛ). Пухала струја индуктора ће тећи кроз излазни кондензатор и утицати на валовиту струју излазног кондензатора. Због тога ће утицати на избор излазног кондензатора и даље утицати на величину таласа излазног напона. Даље, вредност индуктивности и вредност излазне капацитивности такође ће утицати на дизајн повратних информација система и динамички одзив оптерећења. Избор веће вредности индуктивности има мање струјно оптерећење на кондензатору, а такође је корисно за смањење мрешкања излазног напона и може да ускладишти више енергије. Међутим, већа вредност индуктивности указује на већу запремину, односно већи трошак. Због тога је приликом дизајнирања претварача дизајн вредности индуктивности веома важан.

图片18        (5)

Из формуле (5) се може видети да ће, када је јаз између улазног напона и излазног напона већи, валовита струја индукторске струје бити већа, што је најгори случај у конструкцији индуктивитета. Заједно са другом индуктивном анализом, тачку пројектовања индуктивности силазног претварача обично би требало одабрати у условима максималног улазног напона и пуног оптерећења.

Приликом пројектовања вредности индуктивности потребно је направити компромис између валовите струје индуктора и величине индуктора, а фактор валовите струје (фактор валовите струје; γ) овде је дефинисан, као у формули (6).

图片19(6)

Заменом формуле (6) у формулу (5), вредност индуктивности може се изразити као формула (7).

图片20  (7)

Према формули (7), када је разлика између улазног и излазног напона већа, γ вредност се може одабрати већа; напротив, ако су улазни и излазни напон ближи, дизајн γ вредности мора бити мањи. Да би се могло изабрати између валовите струје индуктора и величине, према традиционалној вредности дизајнерског искуства, γ је обично 0,2 до 0,5. Следи узимање РТ7276 као пример за илустрацију израчунавања индуктивности и избора комерцијално доступних индуктора.

Пример дизајна: Дизајниран са РТ7276 напредним константним он-тиме (Адванцед Цонстант Он-Тиме; АЦОТТМ) синхроним конвертором силазног исправљања, његова преклопна фреквенција је 700 кХз, улазни напон је 4,5В до 18В, а излазни напон је 1,05В . Струја пуног оптерећења је 3А. Као што је горе поменуто, вредност индуктивности мора бити пројектована у условима максималног улазног напона од 18В и пуног оптерећења од 3А, вредност γ се узима као 0,35, а горња вредност се замењује у једначину (7), индуктивност вредност је

图片21

 

Користите индуктор са конвенционалном номиналном вредношћу индуктивности од 1,5 µХ. Заменити формулу (5) за израчунавање валовите струје индуктора на следећи начин.

图片22

Према томе, вршна струја индуктора је

图片23

А ефективна вредност струје индуктора (ИРМС) је

图片24

Будући да је компонента мрешкања индуктора мала, ефективна вредност струје индуктора углавном је њена једносмерна компонента и та ефективна вредност се користи као основа за одабир ИДЦ називне струје индуктора. Са 80% смањеним (смањеним) дизајном, захтеви за индуктивношћу су:

 

Л = 1,5 µХ (100 кХз), ИДЦ = 3,77 А, ИСАТ = 4,34 А

 

У табели 5 су наведени расположиви индуктори различитих серија ТДК, сличне величине, али различите структуре паковања. Из табеле се види да су струја засићења и називна струја утиснутог индуктора (СПМ6530Т-1Р5М) велике, а топлотни отпор мали и одвођење топлоте добро. Поред тога, према расправи у претходном поглављу, материјал језгра утиснутог индуктора је језгро гвожђа у праху, па се упоређује са феритним језгром полу-заштићених (ВЛС6045ЕКС-1Р5Н) и заштићених (СЛФ7055Т-1Р5Н) индуктора магнетним лепком. , Има добре карактеристике једносмерне пристрасности. На слици 11 приказано је поређење ефикасности различитих индуктора примењених на напредни претварач за смањење брзине синхроног исправљања РТ7276. Резултати показују да разлика у ефикасности између ове три врсте није значајна. Ако узмете у обзир расипање топлоте, карактеристике одступања једносмерне струје и проблеме са расипањем магнетног поља, препоручује се употреба пригушница СПМ6530Т-1Р5М.

图片25(5)

Табела 5. Поређење индуктивитета различитих серија ТДК

图片26 11

Слика 11. Поређење ефикасности претварача са различитим пригушницама

Ако одаберете исту структуру пакета и вредност индуктивности, али индуктора мање величине, као што је СПМ4015Т-1Р5М (4,4 × 4,1 × 1,5 мм), иако је његова величина мала, али једносмерни отпор РДЦ (44,5 мΩ) и топлотни отпор ΘТХ ( 51˚Ц) / В) Већа. За претвараче истих спецификација ефективна вредност струје коју толерише индуктор је такође иста. Очигледно је да ће једносмерни отпор смањити ефикасност под великим оптерећењем. Поред тога, велики топлотни отпор значи лоше одвођење топлоте. Стога, приликом избора индуктора, није потребно само узети у обзир предности смањене величине, већ и проценити пратеће недостатке.

 

У закључку

Индуктивност је једна од најчешће коришћених пасивних компоненти у комутационим претварачима снаге, која се може користити за складиштење и филтрирање енергије. Међутим, у дизајну кола није потребно обратити пажњу само на вредност индуктивности, већ су и сви други параметри који укључују отпор наизменичне струје и вредност К, толеранцију струје, засићеност језгра гвожђа и структуру паковања итд. узети у обзир приликом избора индуктора. . Ови параметри су обично повезани са основним материјалом, производним процесом и величином и трошковима. Стога овај чланак представља карактеристике различитих материјала од језгра гвожђа и како одабрати одговарајућу индуктивност као референцу за дизајн напајања.

 


Време објављивања: јун-15-2021