nyheter

Sammendrag

Induktorer er svært viktige komponenter i bytte omformere, for eksempel energilagring og strømfiltre.Det finnes mange typer induktorer, for eksempel for forskjellige bruksområder (fra lavfrekvent til høyfrekvent), eller forskjellige kjernematerialer som påvirker egenskapene til induktoren, og så videre.Induktorer som brukes i bytteomformere er høyfrekvente magnetiske komponenter.Men på grunn av ulike faktorer som materialer, driftsforhold (som spenning og strøm) og omgivelsestemperatur, er egenskapene og teoriene som presenteres ganske forskjellige.Derfor, i kretsdesignet, i tillegg til den grunnleggende parameteren for induktansverdien, må forholdet mellom impedansen til induktoren og AC-motstanden og frekvensen, kjernetapet og metningsstrømkarakteristikkene, etc. fortsatt vurderes.Denne artikkelen vil introdusere flere viktige induktorkjernematerialer og deres egenskaper, og også veilede kraftingeniører til å velge kommersielt tilgjengelige standardinduktorer.

Forord

Induktor er en elektromagnetisk induksjonskomponent, som dannes ved å vikle et visst antall spoler (spole) på en spole eller kjerne med en isolert ledning.Denne spolen kalles en induktansspole eller induktor.I henhold til prinsippet om elektromagnetisk induksjon, når spolen og magnetfeltet beveger seg i forhold til hverandre, eller spolen genererer et vekselmagnetisk felt gjennom en vekselstrøm, vil en indusert spenning genereres for å motstå endringen av det opprinnelige magnetfeltet, og denne egenskapen for å begrense strømendringen kalles induktans.

Formelen for induktansverdien er som formel (1), som er proporsjonal med den magnetiske permeabiliteten, kvadratet på viklingen N, og den ekvivalente magnetiske kretsen tverrsnittsareal Ae, og er omvendt proporsjonal med den ekvivalente magnetiske kretslengden le .Det finnes mange typer induktans, hver egnet for forskjellige bruksområder;induktansen er relatert til form, størrelse, viklingsmetode, antall omdreininger og typen mellommagnetisk materiale.

(1)

Avhengig av formen på jernkjernen inkluderer induktansen toroidal, E-kjerne og trommel;når det gjelder jernkjernemateriale, er det hovedsakelig keramiske kjerne og to myke magnetiske typer.De er ferritt og metallisk pulver.Avhengig av strukturen eller emballasjemetoden er det trådviklet, flerlags og støpt, og trådviklet har ikke-skjermet og halvparten av magnetisk lim Skjermet (halvskjermet) og skjermet (skjermet), etc.

Induktoren fungerer som en kortslutning i likestrøm, og har høy impedans til vekselstrøm.De grunnleggende bruksområdene i kretser inkluderer choking, filtrering, tuning og energilagring.Ved bruk av svitsjingsomformeren er induktoren den viktigste energilagringskomponenten, og danner et lavpassfilter med utgangskondensatoren for å redusere utgangsspenningsrippelen, så den spiller også en viktig rolle i filtreringsfunksjonen.

Denne artikkelen vil introdusere de ulike kjernematerialene til induktorer og deres egenskaper, samt noen av de elektriske egenskapene til induktorer, som en viktig evalueringsreferanse for valg av induktorer under kretsdesign.I applikasjonseksemplet vil hvordan man beregner induktansverdien og hvordan man velger en kommersielt tilgjengelig standard induktor bli introdusert gjennom praktiske eksempler.

Type kjernemateriale

Induktorer som brukes i bytteomformere er høyfrekvente magnetiske komponenter.Kjernematerialet i sentrum påvirker mest egenskapene til induktoren, slik som impedans og frekvens, induktansverdi og frekvens, eller kjernemetningskarakteristikk.Følgende vil introdusere sammenligningen av flere vanlige jernkjernematerialer og deres metningsegenskaper som en viktig referanse for valg av kraftinduktorer:

1. Keramisk kjerne

Keramisk kjerne er et av de vanlige induktansmaterialene.Den brukes hovedsakelig for å gi støttestrukturen som brukes ved vikling av spolen.Det kalles også "luftkjerneinduktor".Fordi jernkjernen som brukes er et ikke-magnetisk materiale med en veldig lav temperaturkoeffisient, er induktansverdien veldig stabil i driftstemperaturområdet.Men på grunn av det ikke-magnetiske materialet som medium, er induktansen veldig lav, noe som ikke er veldig egnet for bruk av kraftomformere.

2. Ferritt

Ferrittkjernen som brukes i høyfrekvente induktorer er en ferrittforbindelse som inneholder nikkelsink (NiZn) eller mangansink (MnZn), som er et mykt magnetisk ferromagnetisk materiale med lav koersivitet.Figur 1 viser hysteresekurven (BH-sløyfe) til en generell magnetisk kjerne.Tvangskraften HC til et magnetisk materiale kalles også tvangskraft, som betyr at når det magnetiske materialet har blitt magnetisert til magnetisk metning, reduseres dets magnetisering (magnetisering) til null. Den nødvendige magnetiske feltstyrken på det tidspunktet.Lavere koersivitet betyr lavere motstand mot demagnetisering og betyr også lavere hysterese tap.

Mangan-sink og nikkel-sink ferritter har relativt høy relativ permeabilitet (μr), henholdsvis ca. 1500-15000 og 100-1000.Deres høye magnetiske permeabilitet gjør jernkjernen høyere i et visst volum.Induktansen.Ulempen er imidlertid at dens tolerable metningsstrøm er lav, og når jernkjernen er mettet, vil den magnetiske permeabiliteten synke kraftig.Se figur 4 for den avtagende trenden for magnetisk permeabilitet for ferritt- og pulverjernkjerner når jernkjernen er mettet.Sammenligning.Når det brukes i kraftinduktorer, vil det bli igjen et luftgap i den magnetiske hovedkretsen, som kan redusere permeabiliteten, unngå metning og lagre mer energi;når luftgapet er inkludert, kan den ekvivalente relative permeabiliteten være ca. 20- Mellom 200. Siden den høye resistiviteten til selve materialet kan redusere tapet forårsaket av virvelstrøm, er tapet lavere ved høye frekvenser, og det er mer egnet for høyfrekvente transformatorer, EMI-filterinduktorer og energilagringsinduktorer til kraftomformere.Når det gjelder driftsfrekvens er nikkel-sinkferritt egnet for bruk (>1 MHz), mens mangan-sinkferritt egner seg for lavere frekvensbånd (<2 MHz).

1

Figur 1. Hysteresekurven til den magnetiske kjernen (BR: remanens; BSAT: metningsmagnetisk flukstetthet)

3. Pulverjernkjerne

Pulverjernkjerner er også mykmagnetiske ferromagnetiske materialer.De er laget av jernpulverlegeringer av forskjellige materialer eller bare jernpulver.Formelen inneholder ikke-magnetiske materialer med forskjellige partikkelstørrelser, så metningskurven er relativt skånsom.Pulverjernkjernen er for det meste ringformet.Figur 2 viser pulverjernkjernen og dens tverrsnitt.

Vanlige pulveriserte jernkjerner inkluderer jern-nikkel-molybden-legering (MPP), sendust (Sendust), jern-nikkel-legering (høy fluks) og jernpulverkjerne (jernpulver).På grunn av de forskjellige komponentene er egenskapene og prisene også forskjellige, noe som påvirker valget av induktorer.Følgende vil introdusere de nevnte kjernetypene og sammenligne deres egenskaper:

A. Jern-nikkel-molybden-legering (MPP)

Fe-Ni-Mo-legering er forkortet til MPP, som er forkortelsen for molypermalloy-pulver.Den relative permeabiliteten er ca. 14-500, og metningsmagnetisk flukstetthet er ca. 7500 Gauss (Gauss), som er høyere enn metningsmagnetisk flukstetthet for ferritt (ca. 4000-5000 Gauss).Mange ute.MPP har det minste jerntapet og har den beste temperaturstabiliteten blant pulverjernkjerner.Når den eksterne likestrømmen når metningsstrømmen ISAT, synker induktansverdien sakte uten brå demping.MPP har bedre ytelse, men høyere kostnader, og brukes vanligvis som strøminduktor og EMI-filtrering for strømomformere.

B. Sendust

Jern-silisium-aluminiumslegering jernkjernen er en legert jernkjerne sammensatt av jern, silisium og aluminium, med en relativ magnetisk permeabilitet på ca. 26 til 125. Jerntapet er mellom jernpulverkjernen og MPP og jern-nikkellegering .Den magnetiske metningstettheten er høyere enn MPP, omtrent 10500 Gauss.Temperaturstabilitet og metningsstrømegenskaper er litt dårligere enn MPP og jern-nikkellegering, men bedre enn jernpulverkjerne og ferrittkjerne, og den relative kostnaden er billigere enn MPP og jern-nikkellegering.Det brukes mest i EMI-filtrering, PFC-kretser (power factor correction) og strøminduktorer til svitsjestrømomformere.

C. Jern-nikkel-legering (høy fluks)

Jern-nikkellegeringskjernen er laget av jern og nikkel.Den relative magnetiske permeabiliteten er omtrent 14-200.Jerntapet og temperaturstabiliteten ligger mellom MPP og jern-silisium-aluminiumslegering.Jern-nikkellegeringskjernen har den høyeste metningsmagnetiske flukstettheten, omtrent 15 000 Gauss, og tåler høyere DC-forspenningsstrømmer, og DC-forspenningsegenskapene er også bedre.Anvendelsesomfang: Aktiv effektfaktorkorreksjon, energilagringsinduktans, filterinduktans, høyfrekvent transformator til flyback-omformer, etc.

D. Jernpulver

Jernpulverkjernen er laget av jernpulverpartikler med høy renhet med svært små partikler som er isolert fra hverandre.Produksjonsprosessen gjør at den har en fordelt luftspalte.I tillegg til ringformen har de vanlige kjerneformene av jernpulver også E-type og stemplingstyper.Den relative magnetiske permeabiliteten til jernpulverkjernen er omtrent 10 til 75, og den høye metningsmagnetiske flukstettheten er omtrent 15000 Gauss.Blant pulverjernkjernene har jernpulverkjernen det høyeste jerntapet, men den laveste kostnaden.

Figur 3 viser BH-kurvene for PC47 mangan-sinkferritt produsert av TDK og pulveriserte jernkjerner -52 og -2 produsert av MICROMETALS;den relative magnetiske permeabiliteten til mangan-sinkferritt er mye høyere enn for pulveriserte jernkjerner og er mettet. Den magnetiske flukstettheten er også veldig forskjellig, ferritten er omtrent 5000 Gauss og jernpulverkjernen er mer enn 10000 Gauss.

3

Figur 3. BH-kurve for mangan-sinkferritt og jernpulverkjerner av forskjellige materialer

Oppsummert er metningsegenskapene til jernkjernen forskjellige;når metningsstrømmen er overskredet, vil den magnetiske permeabiliteten til ferrittkjernen synke kraftig, mens jernpulverkjernen sakte kan avta.Figur 4 viser de magnetiske permeabilitetsfallkarakteristikkene til en pulverjernkjerne med samme magnetiske permeabilitet og en ferritt med luftgap under forskjellige magnetiske feltstyrker.Dette forklarer også induktansen til ferrittkjernen, fordi permeabiliteten synker kraftig når kjernen er mettet, som man kan se av ligning (1), det fører også til at induktansen synker kraftig;mens pulverkjernen med fordelt luftgap, den magnetiske permeabiliteten. Hastigheten avtar sakte når jernkjernen er mettet, så induktansen avtar mer skånsomt, det vil si at den har bedre DC-forspenningsegenskaper.Ved bruk av strømomformere er denne egenskapen svært viktig;hvis den langsomme metningskarakteristikken til induktoren ikke er god, stiger induktorstrømmen til metningsstrømmen, og det plutselige fallet i induktansen vil føre til at strømspenningen til bryterkrystallen øker kraftig, noe som er lett å forårsake skade.

4

Figur 4. Magnetisk permeabilitetsfallsegenskaper for pulverjernkjerne og ferrittjernkjerne med luftgap under ulik magnetfeltstyrke.

Induktor elektriske egenskaper og pakkestruktur

Når du designer en svitsjingsomformer og velger en induktor, må induktansverdien L, impedansen Z, AC-motstanden ACR og Q-verdien (kvalitetsfaktor), merkestrøm IDC og ISAT, og kjernetap (kjernetap) og andre viktige elektriske egenskaper. bli vurdert.I tillegg vil emballasjestrukturen til induktoren påvirke størrelsen på den magnetiske lekkasjen, som igjen påvirker EMI.Det følgende vil diskutere de ovennevnte egenskapene separat som hensyn ved valg av induktorer.

1. Induktansverdi (L)

Induktansverdien til en induktor er den viktigste grunnparameteren i kretsdesign, men det må kontrolleres om induktansverdien er stabil ved driftsfrekvensen.Den nominelle verdien av induktansen måles vanligvis ved 100 kHz eller 1 MHz uten en ekstern DC-forspenning.Og for å sikre muligheten for masseautomatisert produksjon, er toleransen til induktoren vanligvis ±20% (M) og ±30% (N).Figur 5 er induktans-frekvenskarakteristisk graf for Taiyo Yuden-induktoren NR4018T220M målt med Wayne Kerrs LCR-måler.Som vist i figuren er induktansverdikurven relativt flat før 5 MHz, og induktansverdien kan nærmest betraktes som en konstant.I høyfrekvensbåndet på grunn av resonansen generert av den parasittiske kapasitansen og induktansen, vil induktansverdien øke.Denne resonansfrekvensen kalles selvresonansfrekvensen (SRF), som vanligvis må være mye høyere enn driftsfrekvensen.

5

Figur 5, Taiyo Yuden NR4018T220M induktans-frekvenskarakteristisk målediagram

2. Impedans (Z)

Som vist i figur 6 kan impedansdiagrammet også sees fra ytelsen til induktansen ved forskjellige frekvenser.Impedansen til induktoren er omtrent proporsjonal med frekvensen (Z=2πfL), så jo høyere frekvensen er, vil reaktansen være mye større enn AC-motstanden, så impedansen oppfører seg som en ren induktans (fasen er 90˚).Ved høye frekvenser, på grunn av den parasittiske kapasitanseffekten, kan impedansens selvresonante frekvenspunkt sees.Etter dette punktet synker impedansen og blir kapasitiv, og fasen endres gradvis til -90 ˚.

6

3. Q-verdi og AC-motstand (ACR)

Q-verdi i definisjonen av induktans er forholdet mellom reaktans og motstand, det vil si forholdet mellom den imaginære delen og den reelle delen av impedansen, som i formel (2).

(2)

Der XL er reaktansen til induktoren, og RL er AC-motstanden til induktoren.

I lavfrekvensområdet er AC-motstanden større enn reaktansen forårsaket av induktansen, så Q-verdien er veldig lav;når frekvensen øker, blir reaktansen (ca. 2πfL) større og større, selv om motstanden på grunn av hudeffekt (hudeffekt) og nærhetseffekt (nærhetseffekt) Effekten blir større og større, og Q-verdien øker fortsatt med frekvensen ;når man nærmer seg SRF, blir den induktive reaktansen gradvis forskjøvet av den kapasitive reaktansen, og Q-verdien blir gradvis mindre;når SRF blir null, fordi den induktive reaktansen og den kapasitive reaktansen er helt like forsvinner.Figur 7 viser forholdet mellom Q-verdi og frekvens til NR4018T220M, og forholdet er i form av en omvendt klokke.

7

Figur 7. Forholdet mellom Q-verdi og frekvens til Taiyo Yuden-induktor NR4018T220M

I applikasjonsfrekvensbåndet for induktans, jo høyere Q-verdi, jo bedre;det betyr at dens reaktans er mye større enn AC-motstanden.Generelt sett er den beste Q-verdien over 40, noe som betyr at kvaliteten på induktoren er god.Men generelt når DC-forspenningen øker, vil induktansverdien synke og Q-verdien vil også avta.Hvis det brukes flat emaljert ledning eller flertrådet emaljert ledning, kan hudeffekten, det vil si AC-motstanden, reduseres, og Q-verdien til induktoren kan også økes.

DC-motstanden DCR blir generelt sett på som DC-motstanden til kobbertråden, og motstanden kan beregnes i henhold til trådens diameter og lengde.Imidlertid vil de fleste av SMD-induktorene med lav strøm bruke ultralydsveising for å lage kobberplaten til SMD ved viklingsterminalen.Men fordi kobbertråden ikke er lang i lengde og motstandsverdien ikke er høy, utgjør sveisemotstanden ofte en betydelig andel av den totale DC-motstanden.Tar vi TDKs ledningsviklede SMD-induktor CLF6045NIT-1R5N som et eksempel, er den målte DC-motstanden 14,6 mΩ, og DC-motstanden beregnet basert på ledningsdiameteren og -lengden er 12,1 mΩ.Resultatene viser at denne sveisemotstanden utgjør ca. 17 % av den totale DC-motstanden.

AC-motstand ACR har hudeffekt og nærhetseffekt, noe som vil føre til at ACR øker med frekvensen;ved anvendelse av generell induktans, fordi AC-komponenten er mye lavere enn DC-komponenten, er påvirkningen forårsaket av ACR ikke åpenbar;men ved lett belastning, Fordi DC-komponenten er redusert, kan tapet forårsaket av ACR ikke ignoreres.Hudeffekten betyr at under AC-forhold er strømfordelingen inne i lederen ujevn og konsentrert på overflaten av ledningen, noe som resulterer i en reduksjon i ekvivalent ledningstverrsnittsareal, som igjen øker den ekvivalente motstanden til ledningen med Frekvens.I tillegg, i en ledningsvikling, vil tilstøtende ledninger forårsake addisjon og subtraksjon av magnetiske felt på grunn av strømmen, slik at strømmen konsentreres på overflaten ved siden av ledningen (eller den fjerneste overflaten, avhengig av strømmens retning ), som også forårsaker tilsvarende ledningsavskjæring.Fenomenet at arealet avtar og den ekvivalente motstanden øker er den såkalte nærhetseffekten;ved induktanspåføring av en flerlagsvikling er nærhetseffekten enda mer åpenbar.

8

Figur 8 viser forholdet mellom AC-motstand og frekvens til den trådviklede SMD-induktoren NR4018T220M.Ved en frekvens på 1kHz er motstanden omtrent 360mΩ;ved 100kHz stiger motstanden til 775mΩ;ved 10MHz er motstandsverdien nær 160Ω.Når man estimerer kobbertapet, må beregningen vurdere ACR forårsaket av hud- og nærhetseffekter, og modifisere den til formel (3).

4. Metningsstrøm (ISAT)

Metningsstrøm ISAT er vanligvis forspenningsstrømmen merket når induktansverdien er dempet, slik som 10 %, 30 % eller 40 %.For air-gap ferritt, fordi dens metningsstrømkarakteristikk er veldig rask, er det ikke mye forskjell mellom 10% og 40%.Se figur 4. Men hvis det er en jernpulverkjerne (som en stemplet induktor), er metningskurven relativt svak, som vist i figur 9, er forspenningsstrømmen ved 10 % eller 40 % av induktansdempningen mye forskjellige, så metningsstrømverdien vil bli diskutert separat for de to typene jernkjerner som følger.

For en air-gap ferritt er det rimelig å bruke ISAT som øvre grense for maksimal induktorstrøm for kretsapplikasjoner.Imidlertid, hvis det er en jernpulverkjerne, på grunn av den langsomme metningskarakteristikken, vil det ikke være noe problem selv om den maksimale strømmen til applikasjonskretsen overskrider ISAT.Derfor er denne jernkjernekarakteristikken mest egnet for å bytte omformerapplikasjoner.Under stor belastning, selv om induktansverdien til induktoren er lav, som vist i figur 9, er strømbølgefaktoren høy, men strømtoleransen for strømkondensatoren er høy, så det vil ikke være et problem.Under lett belastning er induktansverdien til induktoren større, noe som bidrar til å redusere krusningsstrømmen til induktoren, og dermed redusere jerntapet.Figur 9 sammenligner metningsstrømkurven til TDKs viklede ferritt SLF7055T1R5N og stemplet jernpulverkjerneinduktor SPM6530T1R5M under samme nominelle induktansverdi.

9

Figur 9. Metningsstrømkurve for viklet ferritt og stemplet jernpulverkjerne under samme nominelle induktansverdi

5. Merkestrøm (IDC)

IDC-verdien er DC-forspenningen når induktortemperaturen stiger til Tr˚C.Spesifikasjonene indikerer også DC-motstandsverdien RDC ved 20˚C.I henhold til temperaturkoeffisienten til kobbertråden er omtrent 3 930 ppm, når temperaturen til Tr stiger, er motstandsverdien RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), og strømforbruket er PCU = I2DCxRDC.Dette kobbertapet forsvinner på overflaten av induktoren, og den termiske motstanden ΘTH til induktoren kan beregnes:

(2)

Tabell 2 viser til databladet for TDK VLS6045EX-serien (6,0×6,0×4,5 mm), og beregner den termiske motstanden ved en temperaturøkning på 40˚C.Åpenbart, for induktorer av samme serie og størrelse, er den beregnede termiske motstanden nesten den samme på grunn av det samme overflatevarmeavledningsområdet;med andre ord kan merkestrømmen IDC for forskjellige induktorer estimeres.Ulike serier (pakker) av induktorer har forskjellige termiske motstander.Tabell 3 sammenligner den termiske motstanden til induktorer i TDK VLS6045EX-serien (halvskjermet) og SPM6530-serien (støpt).Jo større termisk motstand, jo høyere temperaturstigning genereres når induktansen flyter gjennom laststrømmen;ellers, jo lavere.

(2)

Tabell 2. Termisk motstand for induktorer i VLS6045EX-serien ved en temperaturøkning på 40˚C

Det kan ses av tabell 3 at selv om størrelsen på induktorene er lik, er den termiske motstanden til de stemplede induktorene lav, det vil si at varmeavledningen er bedre.

(3)

Tabell 3. Sammenligning av termisk motstand til forskjellige pakkeinduktorer.

6. Kjernetap

Kjernetap, referert til som jerntap, er hovedsakelig forårsaket av virvelstrømstap og hysteresetap.Størrelsen på virvelstrømtapet avhenger i hovedsak av om kjernematerialet er lett å "lede";hvis ledningsevnen er høy, det vil si at resistiviteten er lav, er virvelstrømtapet høyt, og hvis resistiviteten til ferritten er høy, er virvelstrømtapet relativt lavt.Virvelstrømstap er også relatert til frekvens.Jo høyere frekvens, jo større tap av virvelstrøm.Derfor vil kjernematerialet bestemme den riktige driftsfrekvensen til kjernen.Generelt sett kan arbeidsfrekvensen til jernpulverkjernen nå 1MHz, og arbeidsfrekvensen til ferritt kan nå 10MHz.Hvis driftsfrekvensen overstiger denne frekvensen, vil virvelstrømtapet øke raskt og jernkjernetemperaturen vil også øke.Men med den raske utviklingen av jernkjernematerialer bør jernkjerner med høyere driftsfrekvenser være rett rundt hjørnet.

Et annet jerntap er hysteresetapet, som er proporsjonalt med arealet som er omsluttet av hysteresekurven, som er relatert til svingamplituden til AC-komponenten til strømmen;jo større AC swing, jo større hysterese tap.

I den ekvivalente kretsen til en induktor brukes ofte en motstand koblet parallelt med induktoren for å uttrykke jerntapet.Når frekvensen er lik SRF, kansellerer den induktive reaktansen og den kapasitive reaktansen ut, og den ekvivalente reaktansen er null.På dette tidspunktet er impedansen til induktoren ekvivalent med jerntapsmotstanden i serie med viklingsmotstanden, og jerntapsmotstanden er mye større enn viklingsmotstanden, så impedansen ved SRF er omtrent lik jerntapsmotstanden.Ta en lavspentinduktor som et eksempel, dens jerntapsmotstand er omtrent 20kΩ.Hvis den effektive verdispenningen i begge ender av induktoren estimeres til å være 5V, er jerntapet omtrent 1,25 mW, noe som også viser at jo større motstand mot jerntap, jo bedre.

7. Skjoldstruktur

Emballasjestrukturen til ferrittinduktorer inkluderer ikke-skjermede, halvskjermede med magnetisk lim og skjermede, og det er et betydelig luftgap i begge.Åpenbart vil luftgapet ha magnetisk lekkasje, og i verste fall vil det forstyrre de omkringliggende små signalkretsene, eller hvis det er et magnetisk materiale i nærheten, vil også induktansen endres.En annen emballasjestruktur er en stemplet jernpulverinduktor.Siden det ikke er noe gap inne i induktoren og viklingsstrukturen er solid, er problemet med magnetfeltspredning relativt lite.Figur 10 er bruken av FFT-funksjonen til RTO 1004-oscilloskopet for å måle størrelsen på lekkasjemagnetfeltet ved 3 mm over og på siden av den stemplede induktoren.Tabell 4 viser sammenligningen av lekkasjemagnetfeltet til forskjellige pakkestrukturinduktorer.Det kan sees at ikke-skjermede induktorer har den mest alvorlige magnetiske lekkasjen;Stemplede induktorer har den minste magnetiske lekkasjen, og viser den beste magnetiske skjermingseffekten..Forskjellen i størrelsen på lekkasjemagnetfeltet til induktorene til disse to strukturene er omtrent 14dB, som er nesten 5 ganger.

10

Figur 10. Størrelsen på lekkasjemagnetfeltet målt ved 3 mm over og på siden av den stemplede induktoren

(4)

Tabell 4. Sammenligning av lekkasjemagnetfeltet til forskjellige pakkestrukturspoler

8. kobling

I noen applikasjoner er det noen ganger flere sett med DC-omformere på kretskortet, som vanligvis er plassert ved siden av hverandre, og deres tilsvarende induktorer er også arrangert ved siden av hverandre.Hvis du bruker en ikke-skjermet eller en halvskjermet type med magnetisk lim Induktorer kan kobles til hverandre for å danne EMI-interferens.Derfor, når du plasserer induktoren, anbefales det å merke polariteten til induktoren først, og koble start- og viklingspunktet til det innerste laget av induktoren til svitsjespenningen til omformeren, for eksempel VSW til en buck-omformer, som er bevegelsespunktet.Utgangsterminalen er koblet til utgangskondensatoren, som er det statiske punktet;kobbertrådviklingen danner derfor en viss grad av elektrisk feltskjerming.I ledningsarrangementet til multiplekseren hjelper det å fikse polariteten til induktansen til å fikse størrelsen på den gjensidige induktansen og unngå noen uventede EMI-problemer.

Applikasjoner:

Det forrige kapittelet diskuterte kjernematerialet, pakkestrukturen og viktige elektriske egenskaper til induktoren.Dette kapittelet vil forklare hvordan du velger riktig induktansverdi for buck-omformeren og vurderingene for å velge en kommersielt tilgjengelig induktor.

Som vist i ligning (5), vil induktorverdien og svitsjefrekvensen til omformeren påvirke induktor-rippelstrømmen (ΔiL).Induktor-rippelstrømmen vil flyte gjennom utgangskondensatoren og påvirke rippelstrømmen til utgangskondensatoren.Derfor vil det påvirke valget av utgangskondensator og ytterligere påvirke krusningsstørrelsen på utgangsspenningen.Videre vil induktansverdien og utgangskapasitansverdien også påvirke tilbakekoblingsdesignet til systemet og den dynamiske responsen til lasten.Å velge en større induktansverdi har mindre strømbelastning på kondensatoren, og er også fordelaktig for å redusere utgangsspenningsrippel og kan lagre mer energi.En større induktansverdi indikerer imidlertid et større volum, det vil si en høyere kostnad.Derfor, når du designer omformeren, er utformingen av induktansverdien veldig viktig.

(5)

Det kan sees fra formel (5) at når gapet mellom inngangsspenningen og utgangsspenningen er større, vil induktorbølgestrømmen være større, som er den verste tilstanden til induktordesignet.Sammen med annen induktiv analyse, bør induktansdesignpunktet til nedtrappingsomformeren vanligvis velges under betingelsene for maksimal inngangsspenning og full belastning.

Ved utforming av induktansverdien er det nødvendig å gjøre en avveining mellom induktor-rippelstrømmen og induktorstørrelsen, og rippelstrømfaktoren (rippelstrømfaktor; γ) er definert her, som i formel (6).

（6）

Ved å erstatte formel (6) med formel (5), kan induktansverdien uttrykkes som formel (7).

（7）

I henhold til formel (7), når forskjellen mellom inngangs- og utgangsspenningen er større, kan γ-verdien velges større;tvert imot, hvis inngangs- og utgangsspenningen er nærmere, må γ-verdidesignet være mindre.For å velge mellom induktor-rippelstrømmen og størrelsen, i henhold til den tradisjonelle designopplevelsesverdien, er γ vanligvis 0,2 til 0,5.Det følgende tar RT7276 som et eksempel for å illustrere beregningen av induktans og valg av kommersielt tilgjengelige induktorer.

Designeksempel: Designet med RT7276 avansert konstant på-tid (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) synkron likeretting nedtrappingsomformer, dens svitsjefrekvens er 700 kHz, inngangsspenningen er 4,5V til 18V, og utgangsspenningen er 1,05V .Fulllaststrømmen er 3A.Som nevnt ovenfor, må induktansverdien utformes under betingelsene for maksimal inngangsspenning på 18V og full belastning på 3A, verdien av γ tas som 0,35, og verdien ovenfor erstattes med ligning (7), induktansen verdien er

Bruk en induktor med en konvensjonell nominell induktansverdi på 1,5 µH.Erstatt formel (5) for å beregne induktor-rippelstrømmen som følger.

Derfor er toppstrømmen til induktoren

Og den effektive verdien av induktorstrømmen (IRMS) er

Fordi induktor-rippelkomponenten er liten, er den effektive verdien av induktorstrømmen hovedsakelig dens DC-komponent, og denne effektive verdien brukes som grunnlag for å velge induktorens merkestrøm IDC.Med 80 % reduksjonsdesign (derating) er induktanskravene:

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

Tabell 5 viser tilgjengelige induktorer for forskjellige serier av TDK, like i størrelse, men forskjellige i pakkestruktur.Det kan sees fra tabellen at metningsstrømmen og merkestrømmen til den stemplede induktoren (SPM6530T-1R5M) er store, og den termiske motstanden er liten og varmeavledningen er god.I tillegg, i henhold til diskusjonen i forrige kapittel, er kjernematerialet til den stemplede induktoren jernpulverkjerne, så det sammenlignes med ferrittkjernen til de halvskjermede (VLS6045EX-1R5N) og skjermede (SLF7055T-1R5N) induktorene med magnetisk lim., Har gode DC bias egenskaper.Figur 11 viser effektivitetssammenligningen av forskjellige induktorer brukt på RT7276 avansert konstant på-tid synkron likeretting nedtrappingsomformer.Resultatene viser at effektivitetsforskjellen mellom de tre ikke er signifikant.Hvis du vurderer varmespredning, DC-forspenningsegenskaper og problemer med magnetfeltspredning, anbefales det å bruke SPM6530T-1R5M induktorer.

（5）

Tabell 5. Sammenligning av induktanser for forskjellige serier av TDK

11

Figur 11. Sammenligning av omformereffektivitet med forskjellige induktorer

Hvis du velger samme pakkestruktur og induktansverdi, men induktorer av mindre størrelse, for eksempel SPM4015T-1R5M (4,4×4,1×1,5 mm), selv om størrelsen er liten, men DC-motstanden RDC (44,5mΩ) og termisk motstand ΘTH ( 51˚C) /W) Større.For omformere med samme spesifikasjoner er den effektive verdien av strømmen som tolereres av induktoren også den samme.Åpenbart vil DC-motstanden redusere effektiviteten under tung belastning.I tillegg betyr en stor termisk motstand dårlig varmeavledning.Derfor, når du velger en induktor, er det ikke bare nødvendig å vurdere fordelene med redusert størrelse, men også å evaluere dens medfølgende mangler.

For å konkludere

Induktans er en av de ofte brukte passive komponentene i svitsjeffektomformere, som kan brukes til energilagring og filtrering.I kretsdesign er det imidlertid ikke bare induktansverdien som må tas hensyn til, men andre parametere, inkludert AC-motstand og Q-verdi, strømtoleranse, jernkjernemetning og pakkestruktur, etc., er alle parametere som må vurderes ved valg av induktor..Disse parameterne er vanligvis relatert til kjernematerialet, produksjonsprosessen og størrelsen og kostnadene.Derfor introduserer denne artikkelen egenskapene til forskjellige jernkjernematerialer og hvordan du velger en passende induktans som referanse for strømforsyningsdesign.