навіны

Рэзюмэ

Індуктары з'яўляюцца вельмі важнымі кампанентамі камутацыйных пераўтваральнікаў, такіх як назапашвальнікі энергіі і сілавыя фільтры. Існуе шмат тыпаў індуктараў, напрыклад, для розных ужыванняў (ад нізкачашчынных да высокачашчынных), або розныя матэрыялы стрыжня, ​​якія ўплываюць на характарыстыкі індуктараў, і гэтак далей. Індуктары, якія выкарыстоўваюцца ў камутацыйных пераўтваральніках, - гэта высокачашчынныя магнітныя кампаненты. Аднак з-за розных фактараў, такіх як матэрыялы, умовы працы (напрыклад, напружанне і ток) і тэмпература навакольнага асяроддзя, прадстаўленыя характарыстыкі і тэорыі даволі розныя. Такім чынам, у распрацоўцы схемы, у дадатак да асноўнага параметру значэння індуктыўнасці, неабходна ўлічваць сувязь паміж імпедансам індуктыўнасці і супрацівам і частатой пераменнага току, страты ў стрыжні і характарыстыкі току насычэння і г.д. Гэты артыкул пазнаёміць з некаторымі важнымі матэрыяламі стрыжня індуктара і іх характарыстыкамі, а таксама дапаможа энергетыкам выбраць камерцыйна даступныя стандартныя індуктары.

Прадмова

Індуктар - гэта кампанент электрамагнітнай індукцыі, які ўтвараецца шляхам намотвання пэўнай колькасці шпулек (катушак) на шпульку або стрыжань з ізаляваным провадам. Гэтая шпулька называецца індуктыўнасцю або індуктарам. Згодна з прынцыпам электрамагнітнай індукцыі, калі шпулька і магнітнае поле рухаюцца адносна адзін аднаго, або калі шпулька стварае пераменнае магнітнае поле праз пераменны ток, будзе генеравацца індукаванае напружанне, каб супрацьстаяць змене зыходнага магнітнага поля, і гэтая характарыстыка стрымлівання змены току называецца індуктыўнасцю.

Формула значэння індуктыўнасці мае форму (1), якая прапарцыйная магнітнай пранікальнасці, квадрату віткоў абмоткі N і плошчы папярочнага сячэння эквівалентнага магнітнага ланцуга Ae і адваротна прапарцыянальная даўжыні эквівалентнага магнітнага ланцуга le . Існуе мноства тыпаў індуктыўнасці, кожны з якіх падыходзіць для розных ужыванняў; індуктыўнасць звязана з формай, памерам, спосабам намоткі, колькасцю віткоў і тыпам прамежкавага магнітнага матэрыялу.

(1)

У залежнасці ад формы жалезнага стрыжня, ​​індуктыўнасць ўключае тараідальны, E-стрыжань і барабан; з пункту гледжання матэрыялу жалезнага стрыжня, ​​у асноўным ёсць керамічны стрыжань і два магнітамяккія тыпу. Яны ўяўляюць сабой ферыт і металічны парашок. У залежнасці ад канструкцыі або спосабу ўпакоўкі, драцяная намотка бывае наматанай, шматслаёвай і фармованай, прычым драцяная намотка мае неэкранаваны і палову магнітнага клею, экранаваны (паўэкранаваны) і экранаваны (экранаваны) і г.д.

Індуктыўнасць дзейнічае як кароткае замыканне ў пастаянным току і ўяўляе высокі імпеданс для пераменнага току. Асноўныя спосабы выкарыстання ў схемах ўключаюць удушша, фільтрацыю, настройку і захоўванне энергіі. Пры ўжыванні камутацыйнага пераўтваральніка індуктыўнасць з'яўляецца найважнейшым кампанентам для захоўвання энергіі і ўтварае фільтр нізкіх частот з выхадным кандэнсатарам для памяншэння пульсацый выхаднога напружання, таму яна таксама гуляе важную ролю ў функцыі фільтрацыі.

У гэтым артыкуле будуць прадстаўлены розныя матэрыялы стрыжня індуктараў і іх характарыстыкі, а таксама некаторыя электрычныя характарыстыкі індуктараў у якасці важнай ацэначнай спасылкі для выбару індуктараў падчас праектавання схемы. У прыкладзе прымянення на практычных прыкладах будзе паказана, як разлічыць значэнне індуктыўнасці і як выбраць камерцыйна даступны стандартны індуктар.

Тып матэрыялу стрыжня

Індуктары, якія выкарыстоўваюцца ў камутацыйных пераўтваральніках, - гэта высокачашчынныя магнітныя кампаненты. Матэрыял стрыжня ў цэнтры больш за ўсё ўплывае на характарыстыкі індуктыўнасці, такія як імпеданс і частата, значэнне індуктыўнасці і частата або характарыстыкі насычэння стрыжня. Далей будзе прадстаўлена параўнанне некалькіх распаўсюджаных матэрыялаў жалезнага стрыжня і іх характарыстык насычэння ў якасці важнага арыенціра для выбару сілавых індуктараў:

1. Керамічны стрыжань

Керамічны стрыжань - адзін з распаўсюджаных матэрыялаў індуктыўнасці. У асноўным ён выкарыстоўваецца для забеспячэння апорнай канструкцыі, якая выкарыстоўваецца пры намотванні шпулькі. Яго таксама называюць «індуктарам з паветраным стрыжнем». Паколькі жалезны стрыжань, які выкарыстоўваецца, з'яўляецца немагнітным матэрыялам з вельмі нізкім тэмпературным каэфіцыентам, значэнне індуктыўнасці вельмі стабільнае ў дыяпазоне працоўных тэмператур. Аднак з-за немагнітнага матэрыялу ў якасці асяроддзя індуктыўнасць вельмі нізкая, што не вельмі падыходзіць для прымянення пераўтваральнікаў энергіі.

2. Ферытавы

Ферытавы стрыжань, які выкарыстоўваецца ў звычайных высокачашчынных шпулях індуктыўнасці, уяўляе сабой ферытавае злучэнне, якое змяшчае нікель-цынк (NiZn) або марганец-цынк (MnZn), які з'яўляецца магнітамяккім ферамагнітным матэрыялам з нізкай каэрцытыўнасцю. На малюнку 1 паказана крывая гістэрэзісу (пятля BH) агульнага магнітастрыжня. Каэрцытыўная сіла HC магнітнага матэрыялу таксама называецца каэрцытыўнай сілай, што азначае, што калі магнітны матэрыял быў намагнічаны да магнітнага насычэння, яго намагнічанасць (намагнічанасць) зніжаецца да нуля Неабходная напружанасць магнітнага поля ў той час. Больш нізкая коэрцитивность азначае меншую супраціўляльнасць размагничиванию, а таксама меншыя страты на гістарэзіс.

Марганцево-цынкавыя і нікель-цынкавыя ферыты маюць адносна высокую адносную пранікальнасць (мкр), каля 1500-15000 і 100-1000 адпаведна. Іх высокая магнітная пранікальнасць робіць жалезнае ядро ​​вышэй у пэўным аб'ёме. Індуктыўнасць. Аднак недахопам з'яўляецца тое, што яго дапушчальны ток насычэння нізкі, і калі жалезны стрыжань насычаны, магнітная пранікальнасць рэзка ўпадзе. Глядзіце на малюнку 4 тэндэнцыю зніжэння магнітнай пранікальнасці ферытавых і парашковых жалезных стрыжняў, калі жалезны стрыжань насычаны. Параўнанне. Пры выкарыстанні ў сілавых шпулях індуктыўнасці паветраны зазор будзе пакінуты ў галоўным магнітным ланцугу, што можа паменшыць пранікальнасць, пазбегнуць насычэння і назапасіць больш энергіі; калі паветраны зазор уключаны, эквівалентная адносная пранікальнасць можа складаць каля 20 - ад 200. Паколькі высокае ўдзельнае супраціўленне самога матэрыялу можа паменшыць страты, выкліканыя віхравым токам, страты ніжэй на высокіх частотах, і гэта больш падыходзіць для высокачашчынныя трансфарматары, індуктары фільтра EMI і індуктары назапашвання энергіі пераўтваральнікаў энергіі. З пункту гледжання працоўнай частаты, нікель-цынкавы ферыт прыдатны для выкарыстання (>1 МГц), у той час як марганцево-цынкавы ферыт падыходзіць для больш нізкіх дыяпазонаў частот (<2 МГц).

1

Малюнак 1. Крывая гістэрэзісу магнітнага стрыжня (BR: рэшткавая намагнічанасць; BSAT: шчыльнасць магнітнага патоку насычэння)

3. Парашковае жалезнае ядро

Парашковыя жалезныя стрыжні таксама з'яўляюцца магнітамяккімі ферамагнітнымі матэрыяламі. Іх вырабляюць з жалезных парашкоў сплаваў розных матэрыялаў або толькі жалезных парашкоў. Формула змяшчае немагнітныя матэрыялы з рознымі памерамі часціц, таму крывая насычэння адносна мяккая. Ядро парашковага жалеза ў асноўным тараідальнае. На малюнку 2 паказаны парашковы чыгунны стрыжань і яго папярочны разрэз.

Звычайныя парашкападобныя жалезныя стрыжні ўключаюць жалезна-нікель-малібдэнавы сплаў (MPP), сендуст (Sendust), жалеза-нікелевы сплаў (высокі паток) і жалезны парашок (жалезны парашок). З-за розных кампанентаў яго характарыстыкі і кошт таксама адрозніваюцца, што ўплывае на выбар індуктараў. Далей будуць прадстаўлены вышэйзгаданыя асноўныя тыпы і параўнанне іх характарыстык:

А. Жалеза-нікель-малібдэнавы сплаў (MPP)

Fe-Ni-Mo сплаў скарочана MPP, што з'яўляецца абрэвіятурай молипермаллоевого парашка. Адносная пранікальнасць складае каля 14-500, а шчыльнасць магнітнага патоку насычэння складае каля 7500 Гаўс (Гаўс), што вышэй, чым шчыльнасць магнітнага патоку насычэння ферыту (каля 4000-5000 Гаўс). Многія выходзяць. MPP мае найменшыя страты жалеза і мае найлепшую тэмпературную стабільнасць сярод стрыжняў з парашковага жалеза. Калі знешні пастаянны ток дасягае току насычэння ISAT, значэнне індуктыўнасці павольна памяншаецца без рэзкага згасання. MPP мае лепшую прадукцыйнасць, але больш высокі кошт, і звычайна выкарыстоўваецца ў якасці сілавога індуктара і фільтрацыі электрамагнітных пераўтварэнняў для пераўтваральнікаў энергіі.

Б. Сэндуст

Жалезны стрыжань з жалезна-крэмніева-алюмініевага сплаву - гэта жалезны стрыжань са сплаву, які складаецца з жалеза, крэмнію і алюмінію з адноснай магнітнай пранікальнасцю ад 26 да 125. Страты жалеза знаходзяцца паміж стрыжнем жалезнага парашка і MPP і жалеза-нікелевым сплавам . Шчыльнасць магнітнага патоку насычэння вышэй, чым MPP, каля 10500 Гаўс. Тэмпературная стабільнасць і характарыстыкі току насычэння крыху саступаюць MPP і жалеза-нікелевым сплавам, але лепш, чым жалезны парашок і ферытавы стрыжань, а адносны кошт танней, чым MPP і жалеза-нікелевы сплаў. Ён у асноўным выкарыстоўваецца ў схемах фільтрацыі электрамагнітных перашкод, карэкцыі каэфіцыента магутнасці (PFC) і сілавых індуктараў імпульсных пераўтваральнікаў магутнасці.

C. Жалеза-нікелевы сплаў (высокаплаўкі)

Ядро са сплаву жалеза і нікеля зроблена з жалеза і нікеля. Адносная магнітная пранікальнасць складае каля 14-200. Страты жалеза і тэмпературная стабільнасць знаходзяцца паміж MPP і жалеза-крэмній-алюмініевым сплавам. Ядро са сплаву жалеза і нікеля мае самую высокую шчыльнасць магнітнага патоку насычэння, каля 15 000 Гаўс, і можа вытрымліваць больш высокія токі зрушэння пастаяннага току, і яго характарыстыкі зрушэння пастаяннага току таксама лепшыя. Вобласць прымянення: актыўная карэкцыя каэфіцыента магутнасці, індуктыўнасць назапашвання энергіі, індуктыўнасць фільтра, высокачашчынны трансфарматар зваротнага пераўтваральніка і г.д.

Д. Жалезны парашок

Ядро жалезнага парашка зроблена з часціц жалезнага парашка высокай чысціні з вельмі дробнымі часціцамі, якія ізаляваны адзін ад аднаго. Вытворчы працэс робіць яго размеркаваным паветраным зазорам. У дадатак да кальцавой формы, звычайныя формы жалезнага парашка таксама маюць E-тып і тыпы штампоўкі. Адносная магнітная пранікальнасць стрыжня з жалезнага парашка складае прыкладна ад 10 да 75, а шчыльнасць магнітнага патоку высокага насычэння складае каля 15000 Гаўс. Сярод стрыжняў з парашковага жалеза стрыжань з парашкавага жалеза мае самыя высокія страты жалеза, але самы нізкі кошт.

На малюнку 3 паказаны крывыя BH марганца-цынкавага ферыту PC47 вытворчасці TDK і жалезных стрыжняў -52 і -2 вытворчасці MICROMETALS; адносная магнітная пранікальнасць марганца-цынкавага ферыту значна вышэйшая, чым у парашковых жалезных стрыжняў, і яна насычаная. Шчыльнасць магнітнага патоку таксама моцна адрозніваецца, ферыт складае каля 5000 Гаўс, а жалезны парашок - больш за 10000 Гаўс.

3

Малюнак 3. Крывая BH марганца-цынкавага ферыту і жалезнага парашка з розных матэрыялаў

Такім чынам, характарыстыкі насычэння жалезнага ядра розныя; як толькі ток насычэння будзе перавышаны, магнітная пранікальнасць ферытавага стрыжня рэзка ўпадзе, у той час як стрыжань з жалезнага парашка можа павольна змяншацца. На малюнку 4 паказаны характарыстыкі падзення магнітнай пранікальнасці парашковага жалезнага стрыжня з аднолькавай магнітнай пранікальнасцю і ферыту з паветраным зазорам пры рознай напружанасці магнітнага поля. Гэта таксама тлумачыць індуктыўнасць ферытавага стрыжня, ​​таму што пранікальнасць рэзка падае, калі стрыжань насычаны, як відаць з ураўнення (1), гэта таксама выклікае рэзкае падзенне індуктыўнасці; у той час як парашковы стрыжань з размеркаваным паветраным зазорам, магнітная пранікальнасць Хуткасць павольна зніжаецца, калі жалезны стрыжань насычаны, таму індуктыўнасць памяншаецца больш мякка, гэта значыць, ён мае лепшыя характарыстыкі зрушэння пастаяннага току. Пры ўжыванні пераўтваральнікаў магутнасці гэтая характарыстыка вельмі важная; калі характарыстыка павольнага насычэння шпулькі індуктыўнасці не з'яўляецца добрай, ток шпулькі індуктыўнасці ўзрастае да току насычэння, і раптоўнае падзенне індуктыўнасці прывядзе да таго, што напружанне току пераключаючага крышталя рэзка ўзрасце, што лёгка выклікаць пашкоджанне.

4

Малюнак 4. Характарыстыкі падзення магнітнай пранікальнасці стрыжня з парашковага жалеза і стрыжня з ферытавага жалеза з паветраным зазорам пры рознай напружанасці магнітнага поля.

Электрычныя характарыстыкі індуктара і структура корпуса

Пры распрацоўцы камутацыйнага пераўтваральніка і выбары шпулькі індуктыўнасці неабходна ўлічваць значэнне індуктыўнасці L, супраціў Z, супраціўленне пераменнага току ACR і значэнне Q (каэфіцыент якасці), намінальны ток IDC і ISAT, а таксама страты ў стрыжні (страты ў стрыжні) і іншыя важныя электрычныя характарыстыкі. разглядацца. Акрамя таго, структура ўпакоўкі індуктара будзе ўплываць на велічыню магнітнай уцечкі, што, у сваю чаргу, уплывае на EMI. Далей будуць асобна абмяркоўвацца вышэйзгаданыя характарыстыкі ў якасці меркаванняў пры выбары індуктараў.

1. Значэнне індуктыўнасці (л)

Значэнне індуктыўнасці індуктыўнасці з'яўляецца найбольш важным базавым параметрам пры распрацоўцы схемы, але неабходна праверыць, ці з'яўляецца значэнне індуктыўнасці стабільным на працоўнай частаце. Намінальнае значэнне індуктыўнасці звычайна вымяраецца пры 100 кГц або 1 МГц без вонкавага зрушэння пастаяннага току. А каб забяспечыць магчымасць масавай аўтаматызаванай вытворчасці, допуск індуктара звычайна складае ±20% (M) і ±30% (N). На малюнку 5 прадстаўлены графік частотна-індуктыўнай характарыстыкі шпулькі індуктыўнасці Taiyo Yuden NR4018T220M, вымераны пры дапамозе LCR-метра Уэйна Кера. Як паказана на малюнку, крывая значэння індуктыўнасці адносна плоская да 5 МГц, і значэнне індуктыўнасці амаль можна разглядаць як канстанту. У дыяпазоне высокіх частот з-за рэзанансу, які ствараецца паразітнай ёмістасцю і індуктыўнасцю, значэнне індуктыўнасці будзе павялічвацца. Гэтая рэзанансная частата называецца ўласнай рэзананснай частатой (SRF), якая звычайна павінна быць значна вышэй, чым працоўная частата.

5

Малюнак 5, дыяграма вымярэння індуктыўна-частотнай характарыстыкі Taiyo Yuden NR4018T220M

2. Імпеданс (Z)

Як паказана на малюнку 6, дыяграму імпедансу таксама можна ўбачыць па характарыстыках індуктыўнасці на розных частотах. Імпеданс шпулькі індуктыўнасці прыблізна прапарцыянальны частаце (Z=2πfL), таму чым вышэй частата, тым рэактыўнае супраціўленне будзе значна большым, чым супраціўленне пераменнаму току, таму супраціўленне паводзіць сябе як чыстая індуктыўнасць (фаза роўная 90˚). На высокіх частотах з-за эфекту паразітнай ёмістасці можна ўбачыць кропку ўласнай рэзананснай частоты імпедансу. Пасля гэтага моманту імпеданс падае і становіцца ёмістным, а фаза паступова змяняецца да -90 ˚.

6

3. Значэнне Q і супраціў пераменнага току (ACR)

Значэнне Q у вызначэнні індуктыўнасці - гэта стаўленне рэактыўнага супраціву да супраціўлення, гэта значыць стаўленне ўяўнай часткі да рэальнай часткі імпедансу, як у формуле (2).

(2)

Дзе XL - рэактыўны супраціў індуктыўнасці, а RL - супраціўленне індуктыўнасці пераменнаму току.

У дыяпазоне нізкіх частот супраціў пераменнага току больш, чым рэактыўнае супраціўленне, выкліканае індуктыўнасцю, таму яго значэнне Q вельмі нізкае; па меры павелічэння частаты рэактыўнае супраціўленне (каля 2πfL) становіцца ўсё больш і больш, нават калі супраціў з-за скін-эфекту (скін-эфект) і праксіміці (блізкасці) эфект) Эфект становіцца ўсё больш і больш, і значэнне Q па-ранейшаму павялічваецца з частатой ; пры набліжэнні да SRF індуктыўнае супраціўленне паступова кампенсуецца ёмістным супраціўленнем, і значэнне Q паступова становіцца меншым; калі SRF становіцца нулявым, таму што індуктыўнае супраціўленне і ёмістнае супраціўленне цалкам аднолькавыя, знікаюць. На малюнку 7 паказана ўзаемасувязь паміж значэннем Q і частатой NR4018T220M, і гэтая залежнасць мае форму перавернутага званка.

7

Малюнак 7. Залежнасць паміж значэннем Q і частатой шпулькі індуктыўнасці Taiyo Yuden NR4018T220M

У дыяпазоне частот прымянення індуктыўнасці, чым вышэй значэнне Q, тым лепш; гэта азначае, што яго рэактыўнае супраціўленне значна большае, чым супраціў пераменнага току. Наогул кажучы, лепшае значэнне Q вышэй за 40, што азначае, што якасць індуктара добрая. Аднак, як правіла, па меры павелічэння зрушэння пастаяннага току значэнне індуктыўнасці будзе памяншацца, і значэнне Q таксама будзе памяншацца. Калі выкарыстоўваецца плоскі эмаляваны провад або шматжыльны эмаляваны провад, скін-эфект, гэта значыць супраціўленне пераменнаму току, можа быць зменшаны, а таксама можа быць павялічана значэнне Q індуктара.

Супраціўленне пастаяннаму току DCR звычайна разглядаецца як супраціўленне пастаяннаму току меднага дроту, і супраціўленне можа быць разлічана ў залежнасці ад дыяметра і даўжыні дроту. Тым не менш, большасць малаточных індуктараў SMD будзе выкарыстоўваць ультрагукавую зварку для вырабу меднага ліста SMD на клеме абмоткі. Аднак, паколькі медны провад не мае вялікай даўжыні і невялікае значэнне супраціву, супраціўленне зварцы часта складае значную частку агульнага супраціву пастаяннаму току. Прымаючы ў якасці прыкладу драцяны індуктар SMD CLF6045NIT-1R5N ад TDK, вымеранае супраціўленне пастаяннаму току складае 14,6 мОм, а супраціўленне пастаяннаму току, разлічанае на аснове дыяметра і даўжыні дроту, складае 12,1 мОм. Вынікі паказваюць, што гэта супраціўленне зварцы складае каля 17% ад агульнага супраціву пастаяннаму току.

Супраціў пераменнаму току ACR мае скін-эфект і эфект блізкасці, што прывядзе да павелічэння ACR з частатой; пры ўжыванні агульнай індуктыўнасці, таму што кампанент пераменнага току значна ніжэй, чым кампанент пастаяннага току, уплыў, выкліканы ACR, не відавочны; але пры невялікай нагрузцы, паколькі кампанент пастаяннага току зніжаецца, страты, выкліканыя ACR, нельга ігнараваць. Скін-эфект азначае, што ва ўмовах пераменнага току размеркаванне току ўнутры правадыра нераўнамернае і канцэнтруецца на паверхні дроту, што прыводзіць да памяншэння эквівалентнай плошчы папярочнага сячэння провада, што, у сваю чаргу, павялічвае эквівалентнае супраціўленне провада з частата. Акрамя таго, у драцяной абмотцы суседнія правады будуць выклікаць складанне і адніманне магнітных палёў з-за току, так што ток канцэнтруецца на паверхні, прылеглай да провада (або на самай далёкай паверхні, у залежнасці ад кірунку току ), што таксама выклікае эквівалентны перахоп правадоў. З'ява, пры якой плошча памяншаецца, а эквівалентнае супраціўленне павялічваецца, - гэта так званы эфект блізкасці; пры ўжыванні індуктыўнасці шматслаёвай абмоткі эфект блізкасці яшчэ больш відавочны.

8

На малюнку 8 паказана ўзаемасувязь паміж супраціўленнем пераменнага току і частатой драцяной індуктыўнасці SMD NR4018T220M. Пры частаце 1 кГц супраціў складае каля 360 мОм; пры 100 кГц супраціў узрастае да 775 мОм; на 10MHz, значэнне супраціву блізка да 160Ω. Пры ацэнцы страт медзі разлік павінен улічваць ACR, выкліканы эфектам скуры і блізкасці, і змяніць яго да формулы (3).

4. Ток насычэння (ISAT)

Ток насычэння ISAT звычайна з'яўляецца токам зрушэння, які адзначаецца, калі значэнне індуктыўнасці аслаблена, напрыклад, на 10%, 30% або 40%. Для ферыту з паветраным зазорам, таму што яго характарыстыка току насычэння вельмі хуткая, няма вялікай розніцы паміж 10% і 40%. Глядзіце малюнак 4. Аднак, калі гэта жалезны парашок (напрыклад, штампаваны індуктар), крывая насычэння адносна мяккая, як паказана на малюнку 9, ток зрушэння пры 10% або 40% згасання індуктыўнасці значна розныя, таму значэнне току насычэння будзе абмяркоўвацца асобна для двух тыпаў жалезных стрыжняў наступным чынам.

Для ферыту з паветраным зазорам мэтазгодна выкарыстоўваць ISAT у якасці верхняй мяжы максімальнага току індуктыўнасці для прымянення схемы. Аднак, калі гэта стрыжань з парашка жалеза, з-за характарыстыкі павольнага насычэння праблем не будзе, нават калі максімальны ток ланцуга прымянення перавышае ISAT. Такім чынам, гэтая характарыстыка жалезнага стрыжня найбольш падыходзіць для прымянення камутацыйнага пераўтваральніка. Пры вялікай нагрузцы, хоць значэнне індуктыўнасці шпулькі індуктыўнасці нізкае, як паказана на малюнку 9, каэфіцыент пульсацый току высокі, але допуск току кандэнсатара току высокі, таму гэта не будзе праблемай. Пры невялікай нагрузцы значэнне індуктыўнасці індуктыўнасці большае, што дапамагае паменшыць пульсацыі току індуктыўнасці, тым самым памяншаючы страты жалеза. На малюнку 9 параўноўваецца крывая току насычэння дроселя з намотаным ферытам SLF7055T1R5N і штампаваным жалезным парашком SPM6530T1R5M пры аднолькавым намінальным значэнні індуктыўнасці.

9

Малюнак 9. Крывая току насычэння накручанага ферытавага і штампаванага жалезнага парашка пры аднолькавым намінальным значэнні індуктыўнасці

5. Намінальны ток (IDC)

Значэнне IDC - гэта зрушэнне пастаяннага току, калі тэмпература індуктара павышаецца да Tr˚C. Спецыфікацыі таксама паказваюць яго значэнне супраціву пастаяннаму току RDC пры 20˚C. Згодна з тэмпературным каэфіцыентам меднага дроту, які складае каля 3930 праміле, калі тэмпература Tr павышаецца, значэнне яго супраціву складае RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), а спажываная магутнасць PCU = I2DCxRDC. Гэтыя страты медзі рассейваюцца на паверхні індуктара, і цеплавое супраціўленне ΘTH індуктара можна разлічыць:

(2)

Табліца 2 спасылаецца на тэхнічны ліст серыі TDK VLS6045EX (6,0 × 6,0 × 4,5 мм) і разлічвае цеплавое супраціўленне пры павышэнні тэмпературы на 40˚C. Відавочна, што для індуктараў аднолькавай серыі і памеру разліковае тэрмічнае супраціўленне практычна аднолькавае з-за аднолькавай плошчы цеплаадводу паверхні; іншымі словамі, можна ацаніць намінальны ток IDC розных шпулек індуктыўнасці. Розныя серыі (пакеты) індуктараў маюць розны цеплавы супраціў. У табліцы 3 параўноўваецца цеплавое супраціўленне індуктараў серыі TDK VLS6045EX (паўэкранаваны) і серыі SPM6530 (фармаваны). Чым больш цеплавое супраціўленне, тым вышэй павышэнне тэмпературы, якое ўзнікае, калі індуктыўнасць цячэ праз ток нагрузкі; у адваротным выпадку ніжні.

(2)

Табліца 2. Цеплавое супраціўленне індуктараў серыі VLS6045EX пры павышэнні тэмпературы на 40˚C

З табліцы 3 відаць, што нават пры аднолькавых памерах індуктараў цеплавое супраціўленне штампаваных індуктараў нізкае, гэта значыць лепшае рассейванне цяпла.

(3)

Табліца 3. Параўнанне цеплавога супраціву індуктараў розных пакетаў.

6. Страта ядра

Страты ў стрыжні, якія называюцца стратамі ў жалезе, у асноўным выкліканы стратамі на віхравыя токі і стратамі на гістарэзіс. Велічыня страт на віхравыя токі ў асноўным залежыць ад таго, ці лёгка "праводзіць" матэрыял стрыжня; калі праводнасць высокая, гэта значыць удзельнае супраціўленне нізкае, страты на віхравыя токі вялікія, а калі ўдзельнае супраціўленне ферыту высокае, страты на віхравыя токі адносна нізкія. Страты на віхравы ток таксама звязаны з частатой. Чым вышэй частата, тым больш страты на віхравы ток. Такім чынам, матэрыял стрыжня будзе вызначаць належную працоўную частату стрыжня. Наогул кажучы, рабочая частата жалезнага парашка можа дасягаць 1 МГц, а рабочая частата ферыту можа дасягаць 10 МГц. Калі рабочая частата перавышае гэту частату, страты на віхравы ток хутка ўзрастуць, і тэмпература жалезнага стрыжня таксама павялічыцца. Аднак з хуткім развіццём матэрыялаў жалезнага стрыжня жалезныя стрыжні з больш высокімі працоўнымі частотамі павінны быць не за гарамі.

Іншыя страты ў жалеза - гэта страты на гістарэзіс, якія прапарцыйныя плошчы, ахопленай крывой гістарэзісу, якая звязана з амплітудай ваганняў пераменнага кампанента току; чым большае ваганне пераменнага току, тым большыя страты на гістарэзіс.

У эквівалентнай схеме індуктара для выражэння страт у жалеза часта выкарыстоўваецца рэзістар, злучаны паралельна з індуктарам. Калі частата роўная SRF, індуктыўнае супраціўленне і ёмістнае супраціўленне кампенсуюцца, і эквівалентнае супраціўленне роўна нулю. У гэты час імпеданс індуктыўнасці эквівалентны супраціву страт у жалезе паслядоўна з супраціўленнем абмоткі, а супраціў страт у жалезе значна большы за супраціў абмоткі, таму супраціў пры SRF прыкладна роўны супраціўленню страт у жалезе. Прымаючы ў якасці прыкладу нізкавольтны індуктар, яго супраціў страт у жалезе складае каля 20 кОм. Калі эфектыўнае значэнне напружання на абодвух канцах шпулькі індуктыўнасці ацэньваецца ў 5 В, яе страты ў жалезе складаюць каля 1,25 мВт, што таксама паказвае, што чым большае супраціўленне стратам у жалезе, тым лепш.

7. Будова шчыта

Канструкцыя ўпакоўкі ферытавых шпулек індуктыўнасці ўключае неэкранаваныя, напаўэкранаваныя магнітным клеем і экранаваныя, і ў любой з іх ёсць значны паветраны зазор. Відавочна, што паветраны зазор будзе мець магнітную ўцечку, і ў горшым выпадку ён будзе перашкаджаць навакольным малым сігнальным ланцугам, або, калі побач знаходзіцца магнітны матэрыял, яго індуктыўнасць таксама будзе зменена. Іншая структура ўпакоўкі - гэта індуктар з штампаваным жалезным парашком. Паколькі ўнутры індуктара няма зазору, а структура абмоткі цвёрдая, праблема рассейвання магнітнага поля адносна невялікая. На малюнку 10 паказана выкарыстанне функцыі БПФ асцылографа RTO 1004 для вымярэння велічыні магнітнага поля ўцечкі на 3 мм вышэй і збоку ад штампаванага індуктара. У табліцы 4 прыведзена параўнанне магнітнага поля ўцечкі індуктараў розных структур корпуса. Відаць, што неэкранаваныя шпулькі індуктыўнасці маюць самую сур'ёзную ўцечку магнітнага поля; штампаваныя шпулькі індуктыўнасці маюць найменшую магнітную ўцечку, паказваючы найлепшы эфект магнітнага экранавання. . Розніца ў велічыні магнітнага поля ўцечкі індуктараў гэтых дзвюх структур складае каля 14 дБ, што амаль у 5 разоў.

10

Малюнак 10. Велічыня магнітнага поля ўцечкі, вымераная на вышыні 3 мм вышэй і збоку ад штампаванага індуктара

(4)

Табліца 4. Параўнанне магнітнага поля ўцечкі індуктараў рознай структуры корпуса

8. муфта

У некаторых прылажэннях на друкаванай плаце часам ёсць некалькі набораў пераўтваральнікаў пастаяннага току, якія звычайна размяшчаюцца побач адзін з адным, і іх адпаведныя шпулькі індуктыўнасці таксама размешчаны побач. Калі вы выкарыстоўваеце неэкранаваны або напаўэкранаваны тып з магнітным клеем, шпулькі індуктыўнасці могуць злучацца адна з адной, ствараючы перашкоды ад электрамагнітных перашкод. Такім чынам, пры размяшчэнні індуктара рэкамендуецца спачатку пазначыць палярнасць індуктара і падключыць пачатковую кропку і кропку намоткі самага ўнутранага пласта індуктара да напружання пераключэння пераўтваральніка, напрыклад, КСВ паніжальнага пераўтваральніка, які з'яўляецца кропкай руху. Выходная клема падлучана да выхаднога кандэнсатара, які з'яўляецца статычнай кропкай; таму абмотка меднага дроту стварае пэўную ступень экранавання электрычнага поля. У праводцы мультыплексара фіксацыя палярнасці індуктыўнасці дапамагае зафіксаваць велічыню ўзаемнай індуктыўнасці і пазбегнуць некаторых нечаканых праблем з ЭМІ.

прыкладанні:

У папярэднім раздзеле абмяркоўваліся матэрыял стрыжня, ​​структура ўпакоўкі і важныя электрычныя характарыстыкі індуктара. У гэтай главе будзе растлумачана, як выбраць адпаведнае значэнне індуктыўнасці паніжальнага пераўтваральніка, а таксама меркаванні па выбары камерцыйна даступнага індуктара.

Як паказана ва ўраўненні (5), значэнне індуктыўнасці і частата пераключэння пераўтваральніка будуць уплываць на пульсацыі току індуктыўнасці (ΔiL). Ток пульсацый індуктыўнасці будзе праходзіць праз выхадны кандэнсатар і ўплываць на пульсацыі току выхаднога кандэнсатара. Такім чынам, гэта паўплывае на выбар выхаднога кандэнсатара і ў далейшым паўплывае на памер пульсацый выхаднога напружання. Акрамя таго, значэнне індуктыўнасці і значэнне выходнай ёмістасці таксама будуць уплываць на канструкцыю зваротнай сувязі сістэмы і дынамічную рэакцыю нагрузкі. Выбар большага значэння індуктыўнасці стварае меншую нагрузку на кандэнсатар, а таксама спрыяе памяншэнню пульсацый выхаднога напружання і можа захоўваць больш энергіі. Аднак большае значэнне індуктыўнасці паказвае на большы аб'ём, то ёсць больш высокі кошт. Такім чынам, пры распрацоўцы пераўтваральніка вельмі важная канструкцыя значэння індуктыўнасці.

(5)

З формулы (5) відаць, што, калі разрыў паміж уваходным і выхадным напружаннямі большы, ток пульсацый індуктара будзе большым, што з'яўляецца найгоршым варыянтам канструкцыі індуктара. У спалучэнні з іншым індуктыўным аналізам разліковая кропка індуктыўнасці паніжальнага пераўтваральніка звычайна павінна выбірацца ва ўмовах максімальнага ўваходнага напружання і поўнай нагрузкі.

Пры распрацоўцы значэння індуктыўнасці неабходна знайсці кампраміс паміж пульсацыйным токам індуктыўнасці і памерам індуктыўнасці, а каэфіцыент пульсацыйнага току (каэфіцыент пульсацыйнага току; γ) вызначаецца тут, як у формуле (6).

（6）

Падставіўшы формулу (6) у формулу (5), значэнне індуктыўнасці можна выказаць формулай (7).

（7）

Згодна з формулай (7), калі розніца паміж уваходным і выхадным напружаннем большая, значэнне γ можа быць выбрана большым; наадварот, калі ўваходнае і выходнае напружанне бліжэй, значэнне γ павінна быць меншым. Каб выбраць паміж пульсацыяй току індуктыўнасці і памерам, у адпаведнасці з традыцыйным вопытам праектавання γ звычайна складае ад 0,2 да 0,5. Ніжэй бярэцца RT7276 у якасці прыкладу для ілюстрацыі разліку індуктыўнасці і выбару камерцыйна даступных шпулек індуктыўнасці.

Прыклад канструкцыі: распрацаваны з удасканаленым паніжальным пераўтваральнікам пастаяннага ўключэння RT7276 (Advanced Constant On-Time; ACOTTM), яго частата пераключэння складае 700 кГц, уваходнае напружанне складае ад 4,5 да 18 В, а выходнае напружанне складае 1,05 В. . Ток поўнай нагрузкі складае 3А. Як згадвалася вышэй, значэнне індуктыўнасці павінна быць разлічана ва ўмовах максімальнага ўваходнага напружання 18 В і поўнай нагрузкі 3 А, значэнне γ прымаецца роўным 0,35, і прыведзенае вышэй значэнне падстаўляецца ва ўраўненне (7), індуктыўнасць значэнне ёсць

Выкарыстоўвайце шпульку індуктыўнасці са звычайным намінальным значэннем індуктыўнасці 1,5 мкГн. Падстаўце формулу (5) для разліку току пульсацый індуктара наступным чынам.

Такім чынам, пікавы ток індуктыўнасці роўны

А эфектыўнае значэнне току індуктыўнасці (IRMS) такое

Паколькі складнік пульсацый індуктара невялікі, эфектыўнае значэнне току індуктара ў асноўным з'яўляецца яго пастаяннай складнікам, і гэта эфектыўнае значэнне выкарыстоўваецца ў якасці асновы для выбару намінальнага току індуктара IDC. Пры канструкцыі зніжэння намінальных характарыстык на 80% патрабаванні да індуктыўнасці:

L = 1,5 мкГн (100 кГц), IDC = 3,77 A, ISAT = 4,34 A

У табліцы 5 пералічаны даступныя індуктары розных серый TDK, падобныя па памеры, але розныя па структуры корпуса. З табліцы відаць, што ток насычэння і намінальны ток штампаванай шпулькі індуктыўнасці (SPM6530T-1R5M) вялікія, цеплавое супраціўленне невялікае, а цеплаадвод добры. Акрамя таго, згодна з абмеркаваннем у папярэднім раздзеле, матэрыялам стрыжня штампаванага індуктара з'яўляецца жалезны парашок, таму яго параўноўваюць з ферытавым стрыжнем напаўэкранаваных (VLS6045EX-1R5N) і экранаваных (SLF7055T-1R5N) індуктараў. з магнітным клеем. , Мае добрыя характарыстыкі зрушэння пастаяннага току. На малюнку 11 паказана параўнанне эфектыўнасці розных шпулек індуктыўнасці, якія прымяняюцца да ўдасканаленага сінхроннага паніжальнага выпрамніцкага пераўтваральніка RT7276 з пастаянным уключэннем. Вынікі паказваюць, што розніца ў эфектыўнасці паміж трыма неістотная. Калі вы ўлічваеце праблемы з рассейваннем цяпла, характарыстыкамі зрушэння пастаяннага току і рассейваннем магнітнага поля, рэкамендуецца выкарыстоўваць шпулькі індуктыўнасці SPM6530T-1R5M.

（5）

Табліца 5. Параўнанне індуктыўнасцей розных серый ТДК

11

Малюнак 11. Параўнанне эфектыўнасці пераўтваральніка з рознымі шпулькамі індуктыўнасці

Калі вы выбіраеце тую ж структуру ўпакоўкі і значэнне індуктыўнасці, але меншага памеру шпулькі індуктыўнасці, такія як SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 мм), хаця яго памер невялікі, але супраціў пастаяннаму току RDC (44,5 мОм) і цеплавое супраціўленне ΘTH ( 51˚C) /W) Больш. Для пераўтваральнікаў аднолькавых спецыфікацый эфектыўнае значэнне току, якое вытрымлівае індуктар, таксама аднолькавае. Відавочна, што супраціў пастаяннага току знізіць эфектыўнасць пры вялікай нагрузцы. Акрамя таго, вялікі цеплавой супраціў азначае дрэнную цеплааддачу. Такім чынам, пры выбары індуктара неабходна не толькі ўлічваць перавагі паменшаных памераў, але і ацэньваць яго спадарожныя недахопы.

У заключэнне

Індуктыўнасць з'яўляецца адным з часта выкарыстоўваных пасіўных кампанентаў у пераўтваральніках энергіі, якія можна выкарыстоўваць для захоўвання энергіі і фільтрацыі. Аднак пры распрацоўцы схемы неабходна звяртаць увагу не толькі на значэнне індуктыўнасці, але і на іншыя параметры, у тым ліку супраціўленне пераменнага току і значэнне Q, допуск па току, насычэнне жалезнага стрыжня і структуру корпуса і г.д. ўлічваць пры выбары індуктара. . Гэтыя параметры звычайна звязаны з матэрыялам стрыжня, ​​працэсам вытворчасці, а таксама памерам і коштам. Такім чынам, гэты артыкул знаёміць з характарыстыкамі розных матэрыялаў жалезнага стрыжня і з тым, як выбраць адпаведную індуктыўнасць у якасці эталона для праектавання крыніцы харчавання.