124

Lajme

Përmbledhje

Induktorët janë komponentë shumë të rëndësishëm në ndërrimin e konvertuesve, siç janë ruajtja e energjisë dhe filtrat e energjisë. Ekzistojnë shumë lloje induktorësh, të tillë si për aplikime të ndryshme (nga frekuenca e ulët te frekuenca e lartë), ose materiale të ndryshme thelbësore që ndikojnë në karakteristikat e induktorit, etj. Induktorët e përdorur në konvertuesit e kalimit janë përbërës magnetikë me frekuencë të lartë. Sidoqoftë, për shkak të faktorëve të ndryshëm siç janë materialet, kushtet e funksionimit (siç janë voltazhi dhe rryma) dhe temperatura e ambientit, karakteristikat dhe teoritë e paraqitura janë mjaft të ndryshme. Prandaj, në projektin e qarkut, përveç parametrit bazë të vlerës së induktivitetit, duhet të merren parasysh edhe marrëdhëniet midis rezistencës së induksionit dhe rezistencës dhe frekuencës AC, humbjes thelbësore dhe karakteristikave të rrymës së ngopjes, etj. Ky artikull do të prezantojë disa materiale të rëndësishme të induksionit të rëndësishëm dhe karakteristikat e tyre, dhe gjithashtu udhëzon inxhinierët e energjisë për të zgjedhur induktorët standardë të disponueshëm në treg.

Parathënie

Induktori është një komponent i induksionit elektromagnetik, i cili formohet nga mbështjellja e një numri të caktuar mbështjelljesh (spirale) në një kobinë ose bërthamë me një tel të izoluar. Kjo spirale quhet spirale induktance ose Induktor. Sipas parimit të induksionit elektromagnetik, kur spiralja dhe fusha magnetike lëvizin relativisht me njëra-tjetrën, ose spiralja gjeneron një fushë magnetike alternative përmes një rryme alternative, do të gjenerohet një tension i induktuar për t'i rezistuar ndryshimit të fushës magnetike origjinale, dhe kjo karakteristikë e frenimit të ndryshimit aktual quhet induktancë.

Formula e vlerës së induktivitetit është si formula (1), e cila është proporcionale me përshkueshmërinë magnetike, katrorin e mbështjelljes kthehet N dhe zonën ekuivalente të qarkut magnetik Ae të qarkut magnetik, dhe është proporcionalisht i zhdrejtë me gjatësinë ekuivalente të qarkut magnetik le . Ekzistojnë shumë lloje të induktivitetit, secili i përshtatshëm për aplikime të ndryshme; induktanca lidhet me formën, madhësinë, metodën e mbështjelljes, numrin e kthesave dhe llojin e materialit të ndërmjetëm magnetik.

图片1

(1)

Në varësi të formës së bërthamës së hekurit, induktanca përfshin toroidale, bërthamë E dhe daulle; përsa i përket materialit të bërthamës së hekurit, ekzistojnë kryesisht bërthama qeramike dhe dy lloje të butë magnetikë. Ato janë pluhur ferrite dhe metalike. Në varësi të strukturës ose metodës së paketimit, ka plagë tela, me shumë shtresa dhe të formuar, dhe plaga e telit ka jo të mbrojtur dhe gjysmën e ngjitës magnetik të Mbrojtur (gjysmë të mbrojtur) dhe të mbrojtur (të mbrojtur), etj.

Induktori vepron si një qark i shkurtër në rrymë të drejtpërdrejtë, dhe paraqet rezistencë të lartë ndaj rrymës alternative. Përdorimet themelore në qarqet përfshijnë mbytjen, filtrimin, akordimin dhe ruajtjen e energjisë. Në zbatimin e konvertuesit të komutimit, induktori është komponenti më i rëndësishëm i ruajtjes së energjisë dhe formon një filtër me kalim të ulët me kondensatorin e daljes për të zvogëluar valëzimin e tensionit të daljes, kështu që gjithashtu luan një rol të rëndësishëm në funksionin e filtrimit.

Ky artikull do të prezantojë materialet e ndryshme thelbësore të induktorëve dhe karakteristikat e tyre, si dhe disa nga karakteristikat elektrike të induktorëve, si një referencë e rëndësishme vlerësimi për zgjedhjen e induktorëve gjatë dizajnit të qarkut. Në shembullin e aplikimit, si të llogaritet vlera e induktivitetit dhe si të zgjidhni një induktor standard të disponueshëm në treg do të prezantohet përmes shembujve praktikë.

Lloji i materialit thelbësor

Induktorët e përdorur në konvertuesit e kalimit janë përbërës magnetikë me frekuencë të lartë. Materiali thelbësor në qendër ndikon më shumë në karakteristikat e induktorit, siç janë rezistenca dhe frekuenca, vlera dhe frekuenca e induktivitetit, ose karakteristikat e ngopjes thelbësore. Më poshtë do të prezantojë krahasimin e disa materialeve të zakonshëm të bërthamës së hekurit dhe karakteristikat e ngopjes së tyre si një referencë e rëndësishme për zgjedhjen e induktorëve të energjisë:

1. Bërthama qeramike

Bërthama qeramike është një nga materialet e zakonshme të induktivitetit. Përdoret kryesisht për të siguruar strukturën mbështetëse të përdorur kur mbështjell spiralin. Quhet gjithashtu "induktor i bërthamës së ajrit". Për shkak se bërthama e hekurit e përdorur është një material jo-magnetik me një koeficient shumë të ulët të temperaturës, vlera e induktivitetit është shumë e qëndrueshme në intervalin e temperaturës së funksionimit. Sidoqoftë, për shkak të materialit jo-magnetik si medium, induktiviteti është shumë i ulët, gjë që nuk është shumë e përshtatshme për aplikimin e konvertuesve të energjisë.

2. Ferrite

Bërthama ferrite e përdorur në induktuesit e përgjithshëm me frekuencë të lartë është një përbërje ferrite që përmban zink nikel (NiZn) ose zink mangan (MnZn), i cili është një material ferromagnetik magnetik i butë me shtrëngim të ulët. Figura 1 tregon kurbën e histerezës (lak BH) të një bërthame magnetike të përgjithshme. Forca shtrënguese HC e një materiali magnetik quhet edhe forcë shtrënguese, që do të thotë se kur materiali magnetik është magnetizuar në ngopje magnetike, magnetizimi (magnetizimi) i tij zvogëlohet në zero Forca e kërkuar e fushës magnetike në atë kohë. Shtrëngimi më i ulët do të thotë rezistencë më e ulët ndaj demagnetizimit dhe gjithashtu do të thotë humbje më e ulët e histerezës.

Ferritet mangan-zink dhe nikel-zink kanë përshkueshmëri relativisht të lartë relative (μr), përkatësisht rreth 1500-15000 dhe 100-1000. Depërtueshmëria e tyre e lartë magnetike e bën bërthamën e hekurit më të lartë në një vëllim të caktuar. Induktiviteti. Sidoqoftë, disavantazhi është se rryma e ngopjes së saj të tolerueshme është e ulët, dhe sapo bërthama e hekurit të jetë e ngopur, depërtueshmëria magnetike do të bjerë ndjeshëm. Referojuni Figurës 4 për trendin në rënie të përshkueshmërisë magnetike të bërthamave të hekurit ferrite dhe pluhur kur bërthama e hekurit është e ngopur. Krahasimi. Kur përdoret në induktorët e energjisë, një boshllëk ajri do të lihet në qarkun magnetik kryesor, i cili mund të zvogëlojë përshkueshmërinë, të shmangë ngopjen dhe të ruajë më shumë energji; kur përfshihet hendeku i ajrit, përshkueshmëria relative ekuivalente mund të jetë rreth 20- Midis 200. Meqenëse rezistenca e lartë e vetë materialit mund të zvogëlojë humbjen e shkaktuar nga rryma e vorbullës, humbja është më e ulët në frekuencat e larta dhe është më e përshtatshme për transformatorë me frekuencë të lartë, induktorë të filtrit EMI dhe induktorë të ruajtjes së energjisë të konvertuesve të energjisë. Për sa i përket frekuencës së funksionimit, ferriti nikel-zink është i përshtatshëm për përdorim (> 1 MHz), ndërsa ferriti mangan-zink është i përshtatshëm për brezat me frekuencë më të ulët (<2 MHz).

图片2         1

Figura 1. Kurba e histerezës së bërthamës magnetike (BR: remanence; BSAT: dendësia e fluksit magnetik të ngopjes)

3. Thelbi i hekurit pluhur

Bërthamat e hekurit pluhur janë gjithashtu materiale ferromagnetike të buta-magnetike. Ato janë bërë prej lidhjeve pluhur hekuri nga materiale të ndryshme ose vetëm pluhur hekuri. Formula përmban materiale jo magnetike me madhësi të ndryshme grimcash, kështu që kurba e ngopjes është relativisht e butë. Bërthama e hekurit pluhur është kryesisht toroidale. Figura 2 tregon bërthamën e hekurit pluhur dhe pamjen e saj tërthore.

Bërthamat e zakonshme të hekurit me pluhur përfshijnë aliazh hekur-nikel-molibden (MPP), sendust (Sendust), aliazh hekuri-nikel (fluks i lartë) dhe bërthamë pluhur hekuri (pluhur hekuri). Për shkak të përbërësve të ndryshëm, karakteristikat dhe çmimet e tij janë gjithashtu të ndryshme, gjë që ndikon në zgjedhjen e induktorëve. Më poshtë do të prezantojë llojet thelbësore të lartpërmendura dhe krahason karakteristikat e tyre:

A. Aliazh hekuri-nikel-molibden (MPP)

Aliazhi Fe-Ni-Mo është shkurtuar si MPP, i cili është shkurtesa e pluhurit molipermalloy. Depërtueshmëria relative është rreth 14-500, dhe dendësia e fluksit magnetik të ngopjes është rreth 7500 Gauss (Gauss), e cila është më e lartë se dendësia e fluksit magnetik të ngopjes së ferriteve (rreth 4000-5000 Gauss). Shumë jashtë. MPP ka humbjen më të vogël të hekurit dhe ka qëndrueshmërinë më të mirë të temperaturës midis bërthamave të hekurit pluhur. Kur rryma e jashtme DC arrin rrymën e ngopjes ISAT, vlera e induktivitetit zvogëlohet ngadalë pa zbutje të beftë. MPP ka performancë më të mirë, por kosto më të lartë, dhe zakonisht përdoret si induktor i energjisë dhe filtrim EMI për konvertuesit e energjisë.

 

B. Sendust

Bërthama e hekurit aliazh hekuri-silic-alumini është një bërthamë hekuri aliazh e përbërë nga hekuri, silici dhe alumini, me një përshkueshmëri relativisht magnetike prej rreth 26 deri në 125. Humbja e hekurit është midis bërthamës së pluhurit të hekurit dhe MPP dhe aliazhit të hekurit-nikelit . Dendësia e fluksit magnetik të ngopjes është më e lartë se MPP, rreth 10500 Gaus. Stabiliteti i temperaturës dhe karakteristikat aktuale të ngopjes janë pak inferiore ndaj MPP dhe aliazh hekuri-nikeli, por më mirë se bërthama e pluhurit të hekurit dhe bërthama e ferriteve, dhe kostoja relative është më e lirë se MPP dhe aliazhi i hekurit-nikelit. Përdoret më së shumti në filtrimin EMI, qarqet e korrigjimit të faktorit të energjisë (PFC) dhe induktorët e fuqisë së konvertuesve të energjisë.

 

C. Aliazh hekuri-nikeli (fluks i lartë)

Bërthama e aliazhit të hekur-nikelit është bërë prej hekuri dhe nikeli. Permeabiliteti relativ magnetik është rreth 14-200. Humbja e hekurit dhe qëndrueshmëria e temperaturës janë midis MPP dhe aliazh hekuri-silic-alumini. Bërthama e aliazhit të hekur-nikelit ka dendësinë më të lartë të fluksit magnetik të ngopjes, rreth 15,000 Gaus dhe mund të përballojë rrymat më të larta të paragjykimit DC, dhe karakteristikat e tij të paragjykimit DC janë gjithashtu më të mira. Fusha e zbatimit: Korrigjimi i faktorit të fuqisë aktive, induktanca e ruajtjes së energjisë, induktanca e filtrit, transformatori me frekuencë të lartë të konvertuesit të kthimit, etj.

 

D. Pluhur hekuri

Bërthama e pluhurit të hekurit është bërë nga grimca pluhur hekuri me pastërti të lartë me grimca shumë të vogla që janë të izoluara nga njëra-tjetra. Procesi i prodhimit e bën atë të ketë një boshllëk ajri të shpërndarë. Përveç formës së unazës, format e zakonshme të pluhurit të hekurit kanë gjithashtu lloje E dhe lloje vulosjeje. Permeabiliteti relativ magnetik i bërthamës së pluhurit të hekurit është rreth 10 deri në 75, dhe dendësia e fluksit magnetik të ngopjes së lartë është rreth 15000 Gaus. Midis bërthamave të hekurit pluhur, bërthama e pluhurit të hekurit ka humbjen më të lartë të hekurit, por koston më të ulët.

Figura 3 tregon kthesat BH të feritit PC47 mangan-zink të prodhuar nga TDK dhe bërthamat e hekurit pluhur -52 dhe -2 të prodhuara nga MICROMETALS; përshkueshmëria magnetike relative e ferritit mangan-zink është shumë më e lartë se ajo e bërthamave të hekurit pluhur dhe është e ngopur Dendësia e fluksit magnetik është gjithashtu shumë e ndryshme, ferrite është rreth 5000 Gaus dhe bërthama e pluhurit të hekurit është më shumë se 10000 Gaus.

图片3   3

Figura 3. Kurba BH e ferriteve mangan-zink dhe pluhurit të hekurit nga materiale të ndryshme

 

Në përmbledhje, karakteristikat e ngopjes së bërthamës së hekurit janë të ndryshme; sapo të tejkalohet rryma e ngopjes, përshkueshmëria magnetike e bërthamës ferrite do të bjerë ndjeshëm, ndërsa bërthama e pluhurit të hekurit mund të ulet ngadalë. Figura 4 tregon karakteristikat e rënies së përshkueshmërisë magnetike të një bërthame hekuri pluhur me të njëjtën përshkueshmëri magnetike dhe një ferrite me një boshllëk ajri nën forca të ndryshme të fushës magnetike. Kjo gjithashtu shpjegon induktivitetin e bërthamës ferrite, sepse përshkueshmëria bie ndjeshëm kur bërthama është e ngopur, siç mund të shihet nga ekuacioni (1), kjo gjithashtu bën që induktanca të bjerë ndjeshëm; ndërsa bërthama e pluhurit me boshllëk ajri të shpërndarë, përshkueshmëria magnetike Shkalla zvogëlohet ngadalë kur bërthama e hekurit është e ngopur, kështu që induktanca zvogëlohet më butësisht, domethënë, ka karakteristika më të mira të paragjykimit DC. Në aplikimin e konvertuesve të energjisë, kjo karakteristikë është shumë e rëndësishme; nëse karakteristika e ngopjes së ngadaltë të induktorit nuk është e mirë, rryma e induktorit rritet në rrymën e ngopjes dhe rënia e papritur e induktivitetit do të bëjë që stresi aktual i kristalit të komutimit të rritet ndjeshëm, gjë që është e lehtë të shkaktojë dëme.

图片3    4

Figura 4. Karakteristikat e rënies së përshkueshmërisë magnetike të bërthamës së hekurit pluhur dhe bërthamës hekuri ferrite me hendek ajri nën forcë të fushës magnetike të ndryshme.

 

Karakteristikat elektrike të induktorit dhe struktura e paketës

Kur dizajnoni një konvertues kalimi dhe zgjedhni një induktor, vlera e induktivitetit L, rezistenca e plotë Z, rezistenca AC ACR dhe vlera Q (faktori i cilësisë), IDC dhe ISAT i vlerësuar i rrymës, dhe humbja e bërthamës (humbja thelbësore) dhe karakteristikat e tjera të rëndësishme elektrike janë të gjitha Duhet të konsiderohet. Përveç kësaj, struktura e paketimit të induktorit do të ndikojë në madhësinë e rrjedhjes magnetike, e cila nga ana tjetër ndikon në EMI. Më poshtë do të diskutojë karakteristikat e lartpërmendura veçmas si konsiderata për zgjedhjen e induktorëve.

1. Vlera e induktancës (L)

Vlera e induktivitetit të një induktori është parametri themelor më i rëndësishëm në hartimin e qarkut, por duhet të kontrollohet nëse vlera e induktivitetit është e qëndrueshme në frekuencën e funksionimit. Vlera nominale e induktivitetit zakonisht matet në 100 kHz ose 1 MHz pa një paragjykim të jashtëm DC. Dhe për të siguruar mundësinë e prodhimit në masë të automatizuar, toleranca e induktorit është zakonisht ± 20% (M) dhe ± 30% (N). Figura 5 është grafiku karakteristik i induktancës-frekuencës së induktorit Taiyo Yuden NR4018T220M i matur me njehsorin LCR të Wayne Kerr. Siç tregohet në figurë, lakorja e vlerës së induktivitetit është relativisht e sheshtë para 5 MHz, dhe vlera e induktivitetit pothuajse mund të konsiderohet si një konstante. Në brezin me frekuencë të lartë për shkak të rezonancës së gjeneruar nga kapaciteti parazitar dhe induktiviteti, vlera e induktivitetit do të rritet. Kjo frekuencë e rezonancës quhet frekuencë vetë-rezonante (SRF), e cila zakonisht duhet të jetë shumë më e lartë se frekuenca e funksionimit.

图片5  5

Figura 5, Taiyo Yuden NR4018T220M diagrami i matjes karakteristike të frekuencës induktive

 

2. Impedanca (Z)

Siç tregohet në Figurën 6, diagrami i rezistencës mund të shihet gjithashtu nga performanca e induktivitetit në frekuenca të ndryshme. Impedanca e induktorit është përafërsisht proporcionale me frekuencën (Z = 2πfL), kështu që sa më e lartë të jetë frekuenca, reaktanca do të jetë shumë më e madhe se rezistenca AC, kështu që rezistenca e plotë sillet si një induktancë e pastër (faza është 90˚). Në frekuenca të larta, për shkak të efektit të kapacitetit parazitar, mund të shihet pika e frekuencës vetë-rezonante të rezistencës. Pas kësaj pike, rezistenca e plotë bie dhe bëhet kapacitive, dhe faza gradualisht ndryshon në -90.

图片6  6

3. Vlera Q dhe rezistenca AC (ACR)

Vlera Q në përkufizimin e induktivitetit është raporti i reaktancës ndaj rezistencës, domethënë raporti i pjesës imagjinare me pjesën reale të rezistencës, si në formulën (2).

图片7

(2)

Ku XL është reaktanca e induktorit, dhe RL është rezistenca AC e induktorit.

Në intervalin e frekuencës së ulët, rezistenca AC është më e madhe se reaktanca e shkaktuar nga induktanca, kështu që vlera e saj Q është shumë e ulët; ndërsa frekuenca rritet, reaktanca (rreth 2πfL) bëhet më e madhe dhe më e madhe, edhe nëse rezistenca për shkak të efektit të lëkurës (efekti i lëkurës) dhe afërsisë (afërsisë) efekti bëhet gjithnjë e më i madh, dhe vlera Q rritet akoma me frekuencën ; kur i afrohemi SRF, reaktanca induktive gradualisht kompensohet nga reaksioni kapacitiv dhe vlera Q gradualisht bëhet më e vogël; kur SRF bëhet zero, sepse reaktanca induktive dhe reaktanca kapacitive janë plotësisht të njëjtat Zhduken. Figura 7 tregon lidhjen midis vlerës Q dhe frekuencës së NR4018T220M, dhe marrëdhënia është në formën e një zile të përmbysur.

图片8  7

Figura 7. Lidhja midis vlerës Q dhe frekuencës së induktorit Taiyo Yuden NR4018T220M

Në intervalin e induktivitetit të frekuencës së aplikimit, sa më e lartë të jetë vlera Q, aq më mirë; do të thotë që reagimi i tij është shumë më i madh se rezistenca AC. Në përgjithësi, vlera më e mirë Q është mbi 40, që do të thotë se cilësia e induktorit është e mirë. Sidoqoftë, përgjithësisht ndërsa paragjykimi DC rritet, vlera e induktivitetit do të ulet dhe vlera Q gjithashtu do të ulet. Nëse përdoret tela e smaltuar e sheshtë ose tela e emaluar me shumë fije, efekti i lëkurës, domethënë rezistenca AC, mund të zvogëlohet dhe vlera Q e induktorit gjithashtu mund të rritet.

Rezistenca DC DCR zakonisht konsiderohet si rezistencë DC e telit të bakrit, dhe rezistenca mund të llogaritet në përputhje me diametrin dhe gjatësinë e telit. Sidoqoftë, shumica e induktorëve SMD me rrymë të ulët do të përdorin saldimin tejzanor për të bërë fletën e bakrit të SMD në terminalin e mbështjelljes. Sidoqoftë, për shkak se tela bakri nuk është e gjatë në gjatësi dhe vlera e rezistencës nuk është e lartë, rezistenca e saldimit shpesh përbën një pjesë të konsiderueshme të rezistencës së përgjithshme DC. Duke marrë si shembull një induktor SMD të mbështjellë me tela të TDK-së CLF6045NIT-1R5N, rezistenca e matur DC është 14.6mΩ, dhe rezistenca DC e llogaritur bazuar në diametrin dhe gjatësinë e telit është 12.1mΩ. Rezultatet tregojnë se kjo rezistencë e saldimit përbën rreth 17% të rezistencës së përgjithshme të DC.

Rezistenca AC ACR ka efekt lëkure dhe afërsi, gjë që do të bëjë që ACR të rritet me frekuencë; në zbatimin e induktivitetit të përgjithshëm, sepse përbërësi AC është shumë më i ulët se komponenti DC, ndikimi i shkaktuar nga ACR nuk është i dukshëm; por në ngarkesë të lehtë, Për shkak se përbërësi DC zvogëlohet, humbja e shkaktuar nga ACR nuk mund të injorohet. Efekti i lëkurës do të thotë që në kushte AC, shpërndarja e rrymës brenda përcjellësit është e pabarabartë dhe përqendrohet në sipërfaqen e telit, duke rezultuar në një zvogëlim të zonës ekuivalente të prerjes tërthore të telit, e cila nga ana tjetër rrit rezistencën ekuivalente të telit me frekuenca Përveç kësaj, në një mbështjellje tela, telat ngjitur do të shkaktojnë shtimin dhe zbritjen e fushave magnetike për shkak të rrymës, në mënyrë që rryma të përqendrohet në sipërfaqen ngjitur me telin (ose sipërfaqen më të largët, në varësi të drejtimit të rrymës ), e cila gjithashtu shkakton përgjim ekuivalent të telit. Fenomeni që zona zvogëlohet dhe rezistenca ekuivalente rritet është i ashtuquajturi efekt i afërsisë; në zbatimin e induktivitetit të një mbështjellje me shumë shtresa, efekti i afërsisë është edhe më i dukshëm.

图片9  8

Figura 8 tregon lidhjen midis rezistencës AC dhe frekuencës së induktorit SMD të mbështjellur me tela NR4018T220M. Në një frekuencë prej 1kHz, rezistenca është rreth 360mΩ; në 100kHz, rezistenca rritet në 775mΩ; në 10MHz, vlera e rezistencës është afër 160Ω. Kur vlerësohet humbja e bakrit, llogaritja duhet të marrë parasysh ACR të shkaktuar nga lëkura dhe efektet e afërsisë dhe ta modifikojë atë në formulën (3).

4. Rryma e ngopjes (ISAT)

Rryma e ngopjes ISAT është përgjithësisht rryma e paragjykimit e shënuar kur vlera e induktivitetit zbutet si 10%, 30% ose 40%. Për ferritin me boshllëk ajri, sepse karakteristika e tij e ngopjes aktuale është shumë e shpejtë, nuk ka shumë ndryshim midis 10% dhe 40%. Referojuni Figurës 4. Sidoqoftë, nëse është një bërthamë pluhuri hekuri (siç është një induktor i stampuar), lakorja e ngopjes është relativisht e butë, siç tregohet në Figurën 9, rryma e paragjykimit në 10% ose 40% e zbutjes së induktivitetit është shumë të ndryshme, kështu që vlera aktuale e ngopjes do të diskutohet veçmas për dy llojet e bërthamave të hekurit si më poshtë.

Për një ferrite me boshllëk ajri, është e arsyeshme të përdoret ISAT si kufiri i sipërm i rrymës maksimale të induktit për aplikimet e qarqeve. Sidoqoftë, nëse është një bërthamë pluhuri hekuri, për shkak të karakteristikës së ngopjes së ngadaltë, nuk do të ketë problem edhe nëse rryma maksimale e qarkut të aplikimit tejkalon ISAT. Prandaj, kjo karakteristikë e bërthamës së hekurit është më e përshtatshme për ndërrimin e aplikacioneve të konvertuesve. Nën ngarkesë të rëndë, megjithëse vlera e induktivitetit të induktorit është e ulët, siç tregohet në Figurën 9, faktori aktual i valëzimit është i lartë, por toleranca aktuale e kondensatorit aktual është e lartë, kështu që nuk do të jetë problem. Nën ngarkesë të lehtë, vlera e induktivitetit të induktorit është më e madhe, gjë që ndihmon në zvogëlimin e rrymës së valëzimit të induktorit, duke zvogëluar kështu humbjen e hekurit. Figura 9 krahason kurbën e rrymës së ngopjes së ferritit të plagës së TDK-së SLF7055T1R5N dhe induktorit thelbësor të pluhurit të hekurit të stampuar SPM6530T1R5M nën të njëjtën vlerë nominale të induktivitetit.

图片9   9

Figura 9. Kurba aktuale e ngopjes së ferritit të plagës dhe bërthamës së pluhurit të hekurit të stampuar nën të njëjtën vlerë nominale të induktivitetit

5. Rryma e vlerësuar (IDC)

Vlera IDC është paragjykimi DC kur temperatura e induktorit rritet në Tr˚C. Specifikimet gjithashtu tregojnë vlerën e saj të rezistencës DC RDC në 20˚C. Sipas koeficientit të temperaturës së telit të bakrit është rreth 3,930 ppm, kur temperatura e Tr rritet, vlera e rezistencës së tij është RDC_Tr = RDC (1 + 0,00393Tr), dhe konsumi i tij i energjisë është PCU = I2DCxRDC. Kjo humbje bakri shpërndahet në sipërfaqen e induktorit dhe rezistenca termike ΘTH e induktorit mund të llogaritet:

图片13(2)

Tabela 2 i referohet fletës së të dhënave të serisë TDK VLS6045EX (6.0 × 6.0 × 4.5 mm), dhe llogarit rezistencën termike në një rritje të temperaturës prej 40˚C. Natyrisht, për induktorët e së njëjtës seri dhe madhësi, rezistenca termike e llogaritur është pothuajse e njëjtë për shkak të së njëjtës zonë të shpërndarjes së nxehtësisë sipërfaqësore; me fjalë të tjera, IDC i vlerësuar aktual i induktorëve të ndryshëm mund të vlerësohet. Seritë (paketat) e ndryshme të induktorëve kanë rezistencë të ndryshme termike. Tabela 3 krahason rezistencën termike të induktorëve të serive TDK VLS6045EX (gjysmë të mbrojtura) dhe serive SPM6530 (të formuara). Sa më e madhe të jetë rezistenca termike, aq më e lartë rritet temperatura e gjeneruar kur induktanca rrjedh përmes rrymës së ngarkesës; përndryshe, më e ulët.

图片14  (2)

Tabela 2. Rezistenca termike e induktorëve të serive VLS6045EX në një rritje të temperaturës prej 40˚C

Mund të shihet nga Tabela 3 që edhe nëse madhësia e induktorëve është e ngjashme, rezistenca termike e induktorëve të stampuar është e ulët, domethënë shpërndarja e nxehtësisë është më e mirë.

图片15  (3)

Tabela 3. Krahasimi i rezistencës termike të induktorëve të ndryshëm të paketave.

 

6. Humbja thelbësore

Humbja thelbësore, e referuar si humbje hekuri, shkaktohet kryesisht nga humbja e rrymës së vrullshme dhe humbja e histerezës. Madhësia e humbjes së rrymës së vorbullës kryesisht varet nga fakti nëse materiali kryesor është i lehtë për t'u "kryer"; nëse përçueshmëria është e lartë, domethënë rezistenca është e ulët, humbja e rrymës së vorbullës është e lartë dhe nëse rezistenca e ferritit është e lartë, humbja e rrymës së vorbullës është relativisht e ulët. Humbja e rrymës së vorbullës lidhet gjithashtu me frekuencën. Sa më e lartë të jetë frekuenca, aq më e madhe është humbja e rrymës së vorbullës. Prandaj, materiali bazë do të përcaktojë frekuencën e duhur të funksionimit të bërthamës. Në përgjithësi, frekuenca e punës së bërthamës së pluhurit të hekurit mund të arrijë 1MHz, dhe frekuenca e punës së ferriteve mund të arrijë 10MHz. Nëse frekuenca e funksionimit e tejkalon këtë frekuencë, humbja e rrymës së vorbullës do të rritet me shpejtësi dhe temperatura e bërthamës së hekurit gjithashtu do të rritet. Sidoqoftë, me zhvillimin e shpejtë të materialeve thelbësore të hekurit, bërthamat e hekurit me frekuenca më të larta të funksionimit duhet të jenë afër cepit.

Një humbje tjetër e hekurit është humbja e histerezës, e cila është proporcionale me zonën e mbyllur nga lakorja e histerezës, e cila lidhet me amplitudën e ritmit të përbërësit AC të rrymës; sa më e madhe të jetë swing AC, aq më e madhe është humbja e histerezës.

Në qarkun ekuivalent të një induktori, një rezistencë e lidhur paralelisht me induktorin shpesh përdoret për të shprehur humbjen e hekurit. Kur frekuenca është e barabartë me SRF, reaktanca reaktive induktive dhe reagimi kapacitiv anulohen, dhe reaktanca ekuivalente është zero. Në këtë kohë, rezistenca e plotë e induktorit është e barabartë me rezistencën e humbjes së hekurit në seri me rezistencën e mbështjelljes, dhe rezistenca e humbjes së hekurit është shumë më e madhe se rezistenca e mbështjelljes, kështu që rezistenca e plotë në SRF është afërsisht e barabartë me rezistencën e humbjes së hekurit. Duke marrë si shembull një induktor të tensionit të ulët, rezistenca e tij e humbjes së hekurit është rreth 20kΩ. Nëse voltazhi i vlerës efektive në të dy skajet e induktorit vlerësohet të jetë 5V, humbja e tij e hekurit është rreth 1.25mW, gjë që tregon gjithashtu se sa më e madhe të jetë rezistenca e humbjes së hekurit, aq më mirë.

7. Struktura e mburojës

Struktura e paketimit të induktorëve ferrite përfshin jo të mbrojtur, gjysmë të mbrojtur me ngjitës magnetik dhe të mbrojtur, dhe ka një hendek të konsiderueshëm të ajrit në secilën prej tyre. Natyrisht, hendeku i ajrit do të ketë rrjedhje magnetike, dhe në rastin më të keq, ai do të ndërhyjë në qarqet e sinjalit të vogël përreth, ose nëse ka një material magnetik afër, induktiviteti i tij gjithashtu do të ndryshohet. Një strukturë tjetër paketimi është një induktor pluhur hekuri i stampuar. Meqenëse nuk ka hendek brenda induktorit dhe struktura e mbështjelljes është e fortë, problemi i shpërndarjes së fushës magnetike është relativisht i vogël. Figura 10 është përdorimi i funksionit FFT të osciloskopit RTO 1004 për të matur madhësinë e fushës magnetike të rrjedhjes në 3 mm sipër dhe në anën e induktorit të stampuar. Tabela 4 rendit krahasimin e fushës magnetike të rrjedhjes së induktorëve të ndryshëm të strukturës së paketës. Mund të shihet se induktorët jo të mbrojtur kanë rrjedhjet më serioze magnetike; induktorët e stampuar kanë rrjedhjen më të vogël magnetike, duke treguar efektin më të mirë mbrojtës magnetik. . Dallimi në madhësinë e fushës magnetike të rrjedhjes së induktorëve të këtyre dy strukturave është rreth 14dB, që është gati 5 herë.

10图片16

Figura 10. Madhësia e fushës magnetike të rrjedhjes matur në 3 mm sipër dhe në anën e induktorit të stampuar

图片17 (4)

Tabela 4. Krahasimi i fushës magnetike të rrjedhjes së induktorëve të ndryshëm të strukturës së paketës

8. bashkimi

Në disa aplikacione, nganjëherë ka grupe të shumta të konvertuesve DC në PCB, të cilat zakonisht rregullohen pranë njëra-tjetrës dhe induktorët e tyre përkatës janë rregulluar gjithashtu pranë njëri-tjetrit. Nëse përdorni një tip jo të mbrojtur ose gjysëm të mbrojtur me ngjitës magnetik Induktorët mund të bashkohen me njëri-tjetrin për të formuar ndërhyrje EMI. Prandaj, kur vendosni induktorin, rekomandohet që së pari të shënoni polaritetin e induktorit dhe të lidhni pikën fillestare dhe dredha-dredha të shtresës më të brendshme të induktorit me tensionin e kalimit të konvertuesit, të tilla si VSW e një konvertuesi buck, e cila është pika lëvizëse. Terminali i daljes është i lidhur me kondensatorin e daljes, i cili është pika statike; dredha-dredha e telit të bakrit formon një shkallë të caktuar të mbrojtjes së fushës elektrike. Në rregullimin e instalimeve elektrike të multiplekserit, rregullimi i polaritetit të induktivitetit ndihmon për të rregulluar madhësinë e induktancës reciproke dhe për të shmangur disa probleme të papritura të EMI.

Aplikimet:

Kapitulli i mëparshëm diskutoi materialin kryesor, strukturën e paketës dhe karakteristikat e rëndësishme elektrike të induktorit. Ky kapitull do të shpjegojë se si të zgjidhni vlerën e duhur të induktivitetit të konvertuesit të buck dhe konsideratat për zgjedhjen e një induktori të disponueshëm tregtar.

Siç tregohet në ekuacionin (5), vlera e induktorit dhe frekuenca e kalimit të konvertuesit do të ndikojnë në rrymën e gypave induktorë (ΔiL). Rryma e valëzimit të induktorit do të rrjedhë përmes kondensatorit të daljes dhe do të ndikojë në rrymën e valëzimit të kondensatorit të daljes. Prandaj, kjo do të ndikojë në zgjedhjen e kondensatorit të daljes dhe do të ndikojë më tej në madhësinë e valëzimit të tensionit të daljes. Për më tepër, vlera e induktivitetit dhe vlera e kapacitetit të daljes do të ndikojnë gjithashtu në modelin e feedback-ut të sistemit dhe reagimin dinamik të ngarkesës. Zgjedhja e një vlere më të madhe induktance ka më pak stres aktual në kondensator, dhe është gjithashtu e dobishme për të zvogëluar valëzimin e tensionit të daljes dhe mund të ruajë më shumë energji. Sidoqoftë, një vlerë më e madhe e induktivitetit tregon një vëllim më të madh, domethënë një kosto më të lartë. Prandaj, gjatë dizajnimit të konvertuesit, dizajni i vlerës së induktivitetit është shumë i rëndësishëm.

图片18        (5)

Mund të shihet nga formula (5) se kur hendeku midis tensionit të hyrjes dhe tensionit të daljes është më i madh, rryma e valëzimit të induktorit do të jetë më e madhe, e cila është gjendja më e keqe e modelit të induktorit. Bashkuar me analizat e tjera induktive, pika e dizajnit të induktivitetit të konvertuesit zbritës zakonisht duhet të zgjidhet në kushtet e tensionit maksimal të hyrjes dhe ngarkesës së plotë.

Kur projektohet vlera e induktivitetit, është e nevojshme të bëhet një shkëmbim midis rrymës së gypit të induktorit dhe madhësisë së induktorit, dhe faktori aktual i valëzimit (faktori i tanishëm i valëzimit; γ) përcaktohet këtu, si në formulën (6).

图片196)

Duke zëvendësuar formulën (6) në formulën (5), vlera e induktivitetit mund të shprehet si formula (7).

图片20  7)

Sipas formulës (7), kur ndryshimi midis tensionit hyrës dhe dalës është më i madh, vlera γ mund të zgjidhet më e madhe; përkundrazi, nëse voltazhi i hyrjes dhe daljes janë më afër, projekti i vlerës γ duhet të jetë më i vogël. Në mënyrë që të zgjidhni midis rrymës së valëzimit të induktit dhe madhësisë, sipas vlerës së përvojës tradicionale të dizajnit, γ është zakonisht 0.2 deri në 0.5. Më poshtë është marrë RT7276 si një shembull për të ilustruar llogaritjen e induktivitetit dhe zgjedhjen e induktorëve të disponueshëm tregtar.

Shembull i dizenjimit: Projektuar me konvertues hap-poshtë korrigjimi sinkron i rregulluar sinkron me kohë të avancuar në kohë (Advanced Advanced On-Time; ACOTTM), frekuenca e tij e kalimit është 700 kHz, voltazhi i hyrjes është 4.5V në 18V dhe voltazhi i daljes është 1.05V . Rryma e plotë e ngarkesës është 3A. Siç u përmend më lart, vlera e induktivitetit duhet të projektohet në kushtet e tensionit maksimal të hyrjes prej 18V dhe ngarkesës së plotë të 3A, vlera e γ merret si 0.35, dhe vlera e mësipërme zëvendësohet në ekuacionin (7), induktiviteti vlera është

图片21

 

Përdorni një induktor me një vlerë konvencionale nominale të induktivitetit prej 1.5 μH. Zëvendësoni formulën (5) për të llogaritur rrymën e valëzimit të induktorit si më poshtë.

图片22

Prandaj, rryma kulmore e induktorit është

图片23

Dhe vlera efektive e rrymës induktive (IRMS) është

图片24

Për shkak se përbërësi i valëzimit të induktorit është i vogël, vlera efektive e rrymës së induktorit është kryesisht përbërësi i tij DC, dhe kjo vlerë efektive përdoret si bazë për zgjedhjen e rrymës së vlerësuar të induktorit IDC. Me 80% dizajn derating (derating), kërkesat e induktancës janë:

 

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

 

Tabela 5 rendit induktorët e disponueshëm të serive të ndryshme të TDK-së, të përmasave të ngjashme, por të ndryshëm në strukturën e paketës. Mund të shihet nga tabela që rryma e ngopjes dhe rryma e vlerësuar e induktorit të stampuar (SPM6530T-1R5M) janë të mëdha, dhe rezistenca termike është e vogël dhe shpërndarja e nxehtësisë është e mirë. Përveç kësaj, sipas diskutimit në kapitullin e mëparshëm, materiali kryesor i induktorit të stampuar është bërthama e pluhurit të hekurit, kështu që krahasohet me bërthamën ferrite të induktorëve gjysmë të mbrojtur (VLS6045EX-1R5N) dhe të mbrojtur (SLF7055T-1R5N) me ngjitës magnetik. , Ka karakteristika të mira të paragjykimit DC. Figura 11 tregon krahasimin e efikasitetit të induktorëve të ndryshëm të aplikuar në konvertorin hap-poshtë të korrigjimit sinkron të rregulluar në kohë të përparuar RT7276. Rezultatet tregojnë se ndryshimi i efikasitetit midis të treve nuk është i rëndësishëm. Nëse merrni parasysh shpërndarjen e nxehtësisë, karakteristikat e paragjykimit DC dhe çështjet e shpërndarjes së fushës magnetike, rekomandohet të përdorni induktorë SPM6530T-1R5M.

图片255)

Tabela 5. Krahasimi i induktancave të serive të ndryshme të TDK-së

图片26 11

Figura 11. Krahasimi i efikasitetit të konvertuesit me induktorë të ndryshëm

Nëse zgjidhni të njëjtën strukturë pakete dhe vlerën e induktivitetit, por induktorë me madhësi më të vogël, të tilla si SPM4015T-1R5M (4.4 × 4.1 × 1.5 mm), megjithëse madhësia e tij është e vogël, por rezistenca DC RDC (44.5mΩ) dhe rezistenca termike ΘTH ( 51˚C) / W) Më e madhe. Për konvertuesit e specifikimeve të njëjta, vlera efektive e rrymës së toleruar nga induktori është gjithashtu e njëjtë. Natyrisht, rezistenca DC do të zvogëlojë efikasitetin nën ngarkesë të rëndë. Përveç kësaj, një rezistencë e madhe termike do të thotë shpërndarje e dobët e nxehtësisë. Prandaj, kur zgjidhni një induktor, nuk është e nevojshme vetëm të merren parasysh përfitimet e madhësisë së zvogëluar, por edhe të vlerësoni mangësitë shoqëruese të tij.

 

Në përfundim

Induktanca është një nga përbërësit pasivë të zakonshëm që përdoret në kalimin e konvertuesve të energjisë, i cili mund të përdoret për ruajtjen dhe filtrimin e energjisë. Sidoqoftë, në projektin e qarkut, nuk është vetëm vlera e induktivitetit që duhet kushtuar vëmendje, por parametrat e tjerë duke përfshirë rezistencën AC dhe vlera Q, toleranca aktuale, ngopja e bërthamës së hekurit dhe struktura e paketës, etj., Janë të gjithë parametrat që duhet të merren parasysh kur zgjedhni një induktor. . Këto parametra zakonisht lidhen me materialin kryesor, procesin e prodhimit dhe madhësinë dhe koston. Prandaj, ky artikull prezanton karakteristikat e materialeve të ndryshme thelbësore të hekurit dhe si të zgjidhni një induktancë të përshtatshme si referencë për projektin e furnizimit me energji elektrike.

 


Koha e postimit: Qershor-15-2021