nutizie

Riassuntu

L'induttori sò cumpunenti assai impurtanti in i cunvertitori di cunversione, cum'è l'almacenamiento d'energia è i filtri di putenza. Ci sò parechji tippi di induttori, cum'è per diverse applicazioni (da freccia freccia à freccia alta), o diversi materiali core chì affettanu e caratteristiche di l'inductor, etc. Induttori usati in i cunvertitori di cunversione sò cumpunenti magnetichi d'alta frequenza. Tuttavia, a causa di diversi fattori cum'è i materiali, e cundizioni di u funziunamentu (cum'è a tensione è l'attuali), è a temperatura di l'ambienti, e caratteristiche è e teorii presentati sò assai diffirenti. Dunque, in u disignu di u circuitu, in più di u paràmetru di basa di u valore di l'induttanza, a relazione trà l'impedenza di l'inductor è a resistenza è a frequenza AC, a perdita di u core è e caratteristiche di u currenti di saturazione, etc. Questu articulu introduverà parechji materiali di core induttori impurtanti è e so caratteristiche, è ancu guidanu l'ingegneri di putenza à sceglie induttori standard dispunibuli cummerciale.

Prefazione

L'induttore hè un cumpunente di induzione elettromagnetica, chì hè furmatu da avvolgimentu di un certu nùmeru di bobine (bobina) nantu à una bobina o core cù un filu insulatu. Questa bobina hè chjamata bobina d'induttanza o Inductor. Sicondu u principiu di l'induzione elettromagnetica, quandu a bobina è u campu magneticu si movenu in relazione l'una à l'altru, o a bobina genera un campu magneticu alternu attraversu un currente alternatu, una tensione indotta serà generata per resiste à u cambiamentu di u campu magneticu originale. è sta caratteristica di frenà u cambiamentu attuale hè chjamata induttanza.

A formula di u valore di l'induttanza hè cum'è a formula (1), chì hè proporzionale à a permeabilità magnetica, u quadru di l'avvolgimentu gira N, è l'area di sezione trasversale di u circuitu magneticu equivalente Ae, è hè inversamente proporzionale à a lunghezza di u circuitu magneticu equivalente le. . Ci sò parechji tipi di inductance, ognunu adattatu per diverse applicazioni; l'induttanza hè ligata à a forma, a dimensione, u metudu di avvolgimentu, u numeru di giri, è u tipu di materiale magneticu intermediu.

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Sicondu a forma di u core di ferru, l'inductance include toroidal, E core è tamburinu; in quantu à u materiale di u core di ferru, ci sò principarmenti core ceramica è dui tipi di magnetichi dolci. Sò ferrite è polvere metallica. Sicondu a struttura o u metudu di imballaggio, ci sò ferita di filu, multi-layer, è stampati, è a ferita di filu hà micca schermu è a mità di cola magnetica Shielded (semi-shielded) è shielded (shielded), etc.

L'inductor agisce cum'è un cortu circuitu in corrente diretta, è presenta una alta impedenza à u currente alternatu. L'usi basi in i circuiti include l'affucatu, u filtru, l'accordu è l'almacenamiento d'energia. In l'applicazione di u cunvertitore di commutazione, l'induttore hè u cumpunente di almacenamentu di energia più impurtante, è forma un filtru low-pass cù u condensatore di output per riduce l'ondulazione di tensione di output, per quessa ancu ghjucà un rolu impurtante in a funzione di filtrazione.

Questu articulu introduverà i diversi materiali core di induttori è e so caratteristiche, è ancu alcune di e caratteristiche elettriche di induttori, cum'è una riferenza di valutazione impurtante per a selezzione di induttori durante u disignu di circuiti. In l'esempiu di l'applicazione, cumu per calculà u valore di l'induttanza è cumu sceglie un induttore standard dispunibule in u cummerciu serà introduttu per esempi pratichi.

Tipu di materiale core

Induttori usati in i cunvertitori di cunversione sò cumpunenti magnetichi d'alta frequenza. U materiale core in u centru affetta a maiò parte di e caratteristiche di l'inductor, cum'è l'impedenza è a frequenza, u valore di l'induttanza è a frequenza, o e caratteristiche di saturazione di u core. U seguitu introduverà u paragone di parechji materiali di u core di ferru cumuni è e so caratteristiche di saturazione cum'è un riferimentu impurtante per a selezzione di induttori di putenza:

1. Core di ceramica

U core ceramicu hè unu di i materiali di induttanza cumuni. Hè principarmenti utilizatu per furnisce a struttura di supportu utilizata quandu si avvolge a bobina. Hè ancu chjamatu "inductor core di l'aria". Perchè u core di ferru utilizatu hè un materiale non magneticu cù un coefficient di temperatura assai bassu, u valore di l'induttanza hè assai stabile in u intervallu di temperatura operativa. Tuttavia, per via di u materiale non-magneticu cum'è u mediu, l'inductance hè assai bassu, chì ùn hè micca assai adattatu per l'applicazione di i cunvertitori di putenza.

2. Ferrite

U nucleu di ferrite utilizatu in induttori di alta frequenza generale hè un compostu di ferrite chì cuntene nickel zinc (NiZn) o manganese zinc (MnZn), chì hè un materiale ferromagneticu magneticu suave cù coercivity bassu. A figura 1 mostra a curva d'isteresi (circula BH) di un core magneticu generale. A forza coercive HC di un materiale magneticu hè ancu chjamatu forza coercive, chì significa chì quandu u materiale magneticu hè statu magnetizatu à a saturazione magnetica, a so magnetizazione (magnetizazione) hè ridutta à zero A forza di u campu magneticu necessariu à u mumentu. A coercitività più bassa significa una resistenza più bassa à a demagnetizazione è ancu significa una perdita di isteresi più bassa.

I ferriti di manganese-zinc è nickel-zinc anu una permeabilità relativa relativamente alta (μr), circa 1500-15000 è 100-1000, rispettivamente. A so alta permeabilità magnetica rende u core di ferru più altu in un certu voluminu. L'induttanza. Tuttavia, u svantaghju hè chì u so currente di saturazione tolerable hè bassu, è una volta chì u core di ferru hè saturatu, a permeabilità magnetica scenderà bruscamente. Vede a Figura 4 per a tendenza decrescente di a permeabilità magnetica di ferrite è nuclei di ferru in polvere quandu u core di ferru hè saturatu. Paraguni. Quandu s'utilice in induttori di putenza, un spaziu di l'aria serà lasciatu in u circuitu magneticu principale, chì pò riduce a permeabilità, evite a saturazione è almacenà più energia; quandu u spaziu di l'aria hè inclusu, a permeabilità parente equivalente pò esse circa 20- Trà 200. Dapoi l'alta resistività di u materiale stessu pò riduce a perdita causata da eddy current, a perdita hè più bassu à frequenze alte, è hè più adattatu per Trasformatori d'alta frequenza, induttori di filtri EMI è induttori di almacenamiento d'energia di convertitori di putenza. In termini di frequenza operativa, a ferrite di nickel-zinc hè adattata per l'usu (> 1 MHz), mentre chì a ferrite di manganese-zinc hè adattata per bande di frequenza più bassa (<2 MHz).

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Figura 1. A curva d'isteresi di u core magneticu (BR: remanence; BSAT: densità di flussu magneticu di saturazione)

3. Powder core di ferru

I nuclei di ferru in polvere sò ancu materiali ferromagnetici soft-magnetici. Sò fatti di ligami di polveri di ferru di diversi materiali o solu polveri di ferru. A formula cuntene materiali non magnetichi cù diverse dimensioni di particella, cusì a curva di saturazione hè relativamente dolce. U core di ferru in polvere hè soprattuttu toroidale. A Figura 2 mostra u core di ferru in polvere è a so vista in sezione trasversale.

I nuclei di ferru in pulveru cumuni includenu l'alea di ferru-nichel-molibdenu (MPP), sendust (Sendust), l'alia di ferru-nichel (altu flussu) è u core di polvera di ferru (polvere di ferru). A causa di i diversi cumpunenti, e so caratteristiche è i prezzi sò ancu diffirenti, chì afecta a scelta di induttori. I seguenti presentanu i tipi di core sopra citati è paragunà e so caratteristiche:

A. Alliazione di ferru-nichel-molibdenu (MPP)

A lega Fe-Ni-Mo hè abbreviata cum'è MPP, chì hè l'abbreviazione di molypermalloy powder. A permeabilità relative hè di circa 14-500, è a densità di flussu magneticu di saturazione hè di circa 7500 Gauss (Gauss), chì hè più altu ch'è a densità di flussu magneticu di saturazione di ferrite (circa 4000-5000 Gauss). Parechje fora. MPP hà a più chjuca perdita di ferru è hà a megliu stabilità di temperatura trà i nuclei di ferru in polvere. Quandu a corrente DC esterna righjunghji u currente di saturazione ISAT, u valore di l'induttanza diminuisce lentamente senza attenuazione brusca. MPP hà un rendimentu megliu, ma un costu più altu, è hè generalmente usatu cum'è induttore di putenza è filtrazione EMI per i convertitori di putenza.

B. Sendust

U nucleu di ferru in lega di ferru-silicu-aluminiu hè un core di ferru in lega cumpostu di ferru, silicuu è aluminiu, cù una permeabilità magnetica relativa di circa 26 à 125. A perdita di ferru hè trà u core di polvera di ferru è MPP è lega di ferru-nichel. . A densità di flussu magneticu di saturazione hè più altu ch'è MPP, circa 10500 Gauss. A stabilità di a temperatura è e caratteristiche attuali di saturazione sò ligeramente inferjuri à MPP è a lega di ferru-nichel, ma megliu cà u core di polvera di ferru è u core di ferrite, è u costu relative hè più prezzu di l'MPP è a lega di ferru-nichel. Hè soprattuttu utilizatu in filtri EMI, circuiti di correzione di fattore di putenza (PFC) è induttori di putenza di cunvertitori di putenza.

C. Lega di ferru-nichel (altu flussu)

U core di lega di ferru-nichel hè fattu di ferru è nichel. A permeabilità magnetica relative hè di circa 14-200. A perdita di ferru è a stabilità di a temperatura sò trà MPP è alliage ferru-silicu-aluminiu. U core di lega di ferru-nichel hà a più alta densità di flussu magneticu di saturazione, circa 15 000 Gauss, è pò sustene i currenti di bias DC più altu, è e so caratteristiche di bias DC sò ancu megliu. Scopu di l'applicazione: Correzione di fattore di putenza attiva, induttanza di almacenamiento d'energia, induttanza di filtru, trasformatore d'alta frequenza di convertitore flyback, etc.

D. Polvere di ferru

U core di polveri di ferru hè fattu di particelle di polveri di ferru d'alta purezza cù particelle assai chjuche chì sò insulate l'una di l'altru. U prucessu di fabricazione fa avè un spaziu di aria distribuitu. In più di a forma di l'anellu, i formi cumuni di u core di polvera di ferru anu ancu tippi E è stampati. A permeabilità magnetica relativa di u core di polvera di ferru hè di circa 10 à 75, è a densità di flussu magneticu di saturazione alta hè di circa 15000 Gauss. Trà i nuclei di ferru in polvere, u nucleu di polvera di ferru hà a più alta perdita di ferru ma u costu più bassu.

Figura 3 mostra i curve BH di PC47 manganese-zinc ferrite fabbricati da TDK è nuclei di ferru in polvere -52 è -2 fabbricati da MICROMETALS; a permeabilità magnetica relative di a ferrite manganese-zinc hè assai più altu ch'è quella di nuclei di ferru pulverulatu è hè saturata A densità di flussu magneticu hè ancu assai sfarente, a ferrite hè di circa 5000 Gauss è u core di polvera di ferru hè più di 10000 Gauss.

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Figura 3. Curve BH di ferrite manganese-zinc è nuclei di polveri di ferru di diversi materiali

In riassuntu, e caratteristiche di saturazione di u core di ferru sò diffirenti; una volta chì u currente di saturazione hè superatu, a permeabilità magnetica di u core di ferrite scenderà bruscamente, mentre chì u core di polvera di ferru pò diminuisce lentamente. A figura 4 mostra e caratteristiche di a goccia di permeabilità magnetica di un core di ferru in polvere cù a listessa permeabilità magnetica è una ferrite cù un intervallu d'aria sottu diverse forze di campu magneticu. Questu spiega ancu l'induttanza di u core di ferrite, perchè a permeabilità scende bruscamente quandu u core hè saturatu, cum'è si pò vede da l'equazione (1), ancu pruvucarà l'inductance à calà bruscamente; mentre chì u nucleu di polvera cù u spaziu di l'aria distribuitu, a permeabilità magnetica A tarifa diminuisce lentamente quandu u core di ferru hè saturatu, cusì l'induttanza diminuisce più dolcemente, vale à dì, hà megliu caratteristiche DC bias. In l'applicazione di cunvertitori di putenza, sta caratteristica hè assai impurtante; se a caratteristica di saturazione lenta di l'induttore ùn hè micca bona, u currente induttore s'alza à u currente di saturazione, è a caduta brusca di l'induttanza pruvucarà l'estressi attuale di u cristallu di commutazione per risurrezzione brusca, chì hè faciule per causà danni.

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Figura 4. Caratteristiche di goccia permeabilità magnetica di u core di ferru in polvere è u core di ferrite di ferrite cù u spaziu di l'aria sottu a forza di u campu magneticu diffirenti.

E caratteristiche elettriche di l'induttore è a struttura di u pacchettu

Quandu cuncepisce un convertitore di commutazione è selezziunate un induttore, u valore di induttanza L, impedenza Z, resistenza AC ACR è valore Q (fattore di qualità), corrente nominale IDC è ISAT, è perdita di core (perdita di core) è altre caratteristiche elettriche impurtanti sò tutti Must. esse cunsideratu. Inoltre, a struttura di imballaggio di l'induttore affettarà a magnitudine di a fuga magnetica, chì à u turnu affetta EMI. U seguitu discuterà e caratteristiche sopra citate separatamente cum'è considerazioni per a selezzione di induttori.

1. Valore di induttanza (L)

U valore di l'induttanza di un inductor hè u paràmetru di basa più impurtante in u disignu di u circuitu, ma deve esse verificatu se u valore di l'induttanza hè stabile à a frequenza operativa. U valore nominale di l'induttanza hè generalmente misuratu à 100 kHz o 1 MHz senza un bias DC esternu. È per assicurà a pussibilità di a pruduzzione di massa automatizata, a tolleranza di l'inductor hè di solitu ± 20% (M) è ± 30% (N). A Figura 5 hè u graficu di a caratteristica di l'induttanza-frequenza di l'induttore Taiyo Yuden NR4018T220M misurata cù u metru LCR di Wayne Kerr. Comu mostra in a figura, a curva di u valore di l'induttanza hè relativamente piatta prima di 5 MHz, è u valore di l'induttanza pò quasi esse cunsideratu cum'è una constante. In a banda d'alta frequenza per via di a risonanza generata da a capacità parassita è l'induttanza, u valore di l'induttanza aumenterà. Sta freccia di risonanza hè chjamata freccia d'autoresonante (SRF), chì di solitu deve esse assai più altu ch'è a frequenza operativa.

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Figura 5, Taiyo Yuden NR4018T220M diagramma di misura di caratteristiche di frequenza di induttanza

2. Impedenza (Z)

Comu mostra in a Figura 6, u diagramma di impedenza pò ancu esse vistu da a prestazione di l'induttanza à frequenze diverse. L'impedenza di l'inductor hè apprussimatamente proporzionale à a freccia (Z = 2πfL), cusì a più alta a frequenza, a reattanza serà assai più grande di a resistenza AC, cusì l'impedenza si comporta cum'è una inductance pura (fase hè 90˚). À frequenze elevate, per via di l'effettu di capacità parasita, si pò vede u puntu di freccia auto-resonante di l'impedenza. Dopu questu puntu, l'impedenza scende è diventa capacitiva, è a fase cambia gradualmente à -90 ˚.

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3. Valore Q è resistenza AC (ACR)

U valore Q in a definizione di l'induttanza hè u rapportu di a reattanza à a resistenza, vale à dì u rapportu di a parte imaginaria à a parte reale di l'impedenza, cum'è in a formula (2).

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Induve XL hè a reattanza di l'induttore, è RL hè a resistenza AC di l'induttore.

In a gamma di freccia bassa, a resistenza AC hè più grande di a reattanza causata da l'induttanza, cusì u so valore Q hè assai bassu; cum'è a frequenza aumenta, a reattanza (circa 2πfL) diventa più grande è più grande, ancu s'è a resistenza per l'effettu di a pelle (effettu di a pelle) è l'effettu di a prossimità (proximità)) L'effettu diventa più è più grande, è u valore Q cresce sempre cù a frequenza. ; quandu si avvicina SRF, a reactance induttiva hè gradualmente compensata da a reactance capacitiva, è u valore Q diventa gradualmente più chjucu; quandu u SRF diventa zeru, perchè a reactance inductive è a reactance capacitiva sò cumplettamente listessi Sparisce. A figura 7 mostra a relazione trà u valore Q è a frequenza di NR4018T220M, è a relazione hè in forma di campana invertita.

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Figura 7. A relazione trà u valore Q è a freccia di l'induttore Taiyo Yuden NR4018T220M

In a banda di frequenza di l'applicazione di l'induttanza, u più altu u valore Q, u megliu; significa chì a so reactance hè assai più grande di a resistenza AC. In generale, u megliu valore Q hè sopra à 40, chì significa chì a qualità di l'inductor hè bona. Tuttavia, in generale, cum'è u bias DC aumenta, u valore di induttanza diminuisce è u valore Q diminuisce ancu. Se u filu smaltatu flat o un filu smaltatu multi-strand hè utilizatu, l'effettu di a pelle, vale à dì, a resistenza AC, pò esse ridutta, è u valore Q di l'inductor pò ancu esse aumentatu.

A resistenza DC DCR hè generalmente cunsiderata cum'è a resistenza DC di u filu di ramu, è a resistenza pò esse calculata secondu u diametru è a lunghezza di u filu. Tuttavia, a maiò parte di l'induttori SMD di corrente bassa utilizanu a saldatura ultrasonica per fà a foglia di cobre di l'SMD à u terminal di bobina. In ogni casu, perchè u filu di ramu ùn hè micca longu è u valore di resistenza ùn hè micca altu, a resistenza di saldatura spessu cuntene una proporzione considerable di a resistenza DC generale. Pigliendu l'induttore SMD filatu di TDK CLF6045NIT-1R5N per esempiu, a resistenza DC misurata hè 14.6mΩ, è a resistenza DC calculata basatu annantu à u diametru è a lunghezza di u filu hè 12.1mΩ. I risultati mostranu chì sta resistenza di saldatura cuntene circa 17% di a resistenza generale DC.

A resistenza AC ACR hà effettu di a pelle è effettu di prossimità, chì pruvucarà l'ACR per aumentà cù a frequenza; in l'applicazione di l'induttanza generale, perchè u cumpunente AC hè assai più bassu di u cumpunente DC, l'influenza causata da ACR ùn hè micca evidenti; ma à carica ligera, Perchè u cumpunente DC hè ridutta, a perdita causata da ACR ùn pò esse ignorata. L'effettu di a pelle significa chì in e cundizioni AC, a distribuzione di corrente in u cunduttore hè irregolare è cuncentrata nantu à a superficia di u filu, risultatu in una riduzione di l'area di sezione trasversale di filu equivalente, chì à u turnu aumenta a resistenza equivalente di u filu cù frequenza. Inoltre, in una bobina di filu, i fili adiacenti pruvucanu l'aghjunzione è a sottrazione di campi magnetichi per via di u currente, cusì chì u currente hè cuncintratu nantu à a superficia adiacente à u filu (o a superficia più luntanu, secondu a direzzione di u currente). ), chì provoca ancu intercettazione di filu equivalente. U fenomenu chì l'area diminuite è a resistenza equivalente aumenta hè u chjamatu effettu di prossimità; in l'applicazione di induttanza di un avvolgimentu multilayer, l'effettu di prossimità hè ancu più evidenti.

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A Figura 8 mostra a relazione trà a resistenza AC è a frequenza di l'inductor SMD NR4018T220M. À una freccia di 1kHz, a resistenza hè di circa 360mΩ; à 100kHz, a resistenza s'arrizza à 775mΩ; à 10MHz, u valore di resistenza hè vicinu à 160Ω. Quandu si stima a perdita di cobre, u calculu deve cunsiderà l'ACR causatu da l'effetti di a pelle è di a vicinanza, è mudificà à a formula (3).

4. Corrente di saturazione (ISAT)

A corrente di saturazione ISAT hè generalmente a corrente di bias marcata quandu u valore di induttanza hè attenuatu cum'è 10%, 30%, o 40%. Per ferrite air-gap, perchè a so caratteristica attuale di saturazione hè assai rapida, ùn ci hè micca assai differenza trà 10% è 40%. Riferite à a Figura 4. In ogni casu, s'ellu hè un core di polvera di ferru (cum'è un induttore stampatu), a curva di saturazione hè relativamente gentile, cum'è mostra in Figura 9, a corrente di bias à 10% o 40% di l'attenuazione di l'induttanza hè assai. differente, cusì u valore attuale di saturazione serà discutitu separatamente per i dui tipi di nuclei di ferru cum'è seguita.

Per una ferrite d'aria, hè ragiunate aduprà ISAT cum'è u limitu superiore di a corrente massima di inductor per l'applicazioni di circuitu. In ogni casu, s'ellu hè un core di polvera di ferru, per via di a caratteristica di saturazione lenta, ùn ci sarà micca prublema ancu s'è a corrente massima di u circuitu di l'applicazione supera ISAT. Dunque, sta caratteristica di u core di ferru hè più adattata per l'applicazioni di cunvertitore di cambià. Sottu carica pesante, ancu s'è u valore di inductance di l'inductor hè bassu, cum'è mostra in a Figura 9, u fattore di ripple attuale hè altu, ma a tolleranza attuale di u condensatore hè alta, cusì ùn serà micca un prublema. Sottu a carica ligera, u valore di l'induttanza di l'induttore hè più grande, chì aiuta à riduce a corrente di ondulazione di l'induttore, riducendu cusì a perdita di ferru. A Figura 9 paraguna a curva di saturazione di a currente di a ferita ferita di TDK SLF7055T1R5N è l'induttore di core in polvere di ferru stampatu SPM6530T1R5M sottu u listessu valore nominale di induttanza.

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Figura 9. Curva di corrente di saturazione di ferrite ferita è core di polvera di ferru stampatu sottu u listessu valore nominale di induttanza

5. Corrente nominale (IDC)

U valore IDC hè u bias DC quandu a temperatura di l'induttore s'eleva à Tr˚C. E specificazioni indicanu ancu u so valore di resistenza DC RDC à 20˚C. Sicondu u coefficient di temperatura di u filu di ramu hè di circa 3.930 ppm, quandu a temperatura di Tr s'alza, u so valore di resistenza hè RDC_Tr = RDC (1 + 0,00393Tr), è u so cunsumu di energia hè PCU = I2DCxRDC. Sta perdita di cobre hè dissipata nantu à a superficia di l'inductor, è a resistenza termale ΘTH di l'inductor pò esse calculata:

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A Tabella 2 si riferisce à a scheda di dati di a serie TDK VLS6045EX (6,0 × 6,0 × 4,5 mm), è calculate a resistenza termica à una crescita di temperatura di 40˚C. Ovviamente, per induttori di a listessa serie è di grandezza, a resistenza termale calculata hè quasi a listessa per via di a stessa zona di dissipazione di u calore di a superficia; in altri palori, l'IDC attuale nominali di diversi induttori pò esse stimatu. Diverse serie (pacchetti) di induttori anu diverse resistenze termiche. Tabella 3 paraguna a resistenza termale di induttori di a serie TDK VLS6045EX (semi-shielded) è a serie SPM6530 (molded). A più grande hè a resistenza termale, u più altu hè a crescita di a temperatura generata quandu l'induttanza passa per u currente di carica; altrimenti, u più bassu.

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Tabella 2. Resistenza termale di l'induttori di serie VLS6045EX à una crescita di temperatura di 40˚C

Pò esse vistu da a Tabella 3 chì ancu s'è a dimensione di l'induttori hè simile, a resistenza termale di l'induttori stampati hè bassa, vale à dì, a dissipazione di u calore hè megliu.

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Table 3. Comparazione di resistenza termale di diversi induttori di pacchetti.

6. Core pèrdita

A perdita di u core, chjamata perdita di ferru, hè principalmente causata da a perdita di corrente eddy è a perdita di isteresi. A dimensione di a perdita di corrente eddy dipende principalmente da se u materiale di u core hè faciule da "cunduce"; se a conduttività hè alta, vale à dì, a resistività hè bassa, a perdita di corrente di Foucault hè alta, è se a resistività di a ferrite hè alta, a perdita di eddy current hè relativamente bassu. A perdita di corrente Eddy hè ancu ligata à a frequenza. A più alta a frequenza, più grande hè a perdita di corrente di Foucault. Per quessa, u materiale di u core determinarà a frequenza operativa propria di u core. In generale, a freccia di travagliu di u core di polvera di ferru pò ghjunghje à 1MHz, è a freccia di travagliu di ferrite pò ghjunghje à 10MHz. Se a frequenza di u funziunamentu supera sta frequenza, a perdita di corrente di Foucault aumenterà rapidamente è a temperatura di u core di ferru aumenterà ancu. In ogni casu, cù u rapidu sviluppu di i materiali di u core di ferru, i nuclei di ferru cù frequenze di u funziunamentu più altu deve esse ghjustu à u cantonu.

Una altra perdita di ferru hè a perdita di l'isteresi, chì hè proporzionale à l'area circundata da a curva di l'isteresi, chì hè ligata à l'amplitude di swing di u cumpunente AC di u currente; più grande hè u swing AC, più grande hè a perdita di isteresi.

In u circuitu equivalenti di un inductor, un resistore cunnessu in parallelu cù l'inductor hè spessu usatu per sprimà a perdita di ferru. Quandu a frequenza hè uguale à SRF, a reattanza induttiva è capacitiva annullanu, è a reattanza equivalente hè zero. À questu tempu, l'impedenza di l'induttore hè equivalente à a resistenza di perdita di ferru in serie cù a resistenza di l'avvolgimentu, è a resistenza di a perdita di ferru hè assai più grande di a resistenza di l'avvolgimentu, cusì L'impedenza à SRF hè apprussimatamente uguale à a resistenza di perdita di ferru. Pigliendu un inductor di bassa tensione per esempiu, a so resistenza di perdita di ferru hè di circa 20kΩ. Se a tensione di u valore efficau à i dui estremità di l'inductor hè stimata à 5V, a so perdita di ferru hè di circa 1,25 mW, chì mostra ancu chì a più grande a resistenza di perdita di ferru, u megliu.

7. Struttura di scudo

A struttura di imballaggio di l'induttori di ferrite includenu micca schermati, semi-schermati cù cola magnetica, è schermati, è ci hè un spaziu d'aria considerableu in unu di elli. Ovviamente, u spaziu di l'aria averà una fuga magnetica, è in u peghju casu, interferiscenu cù i circuiti di signali chjuchi circundante, o se ci hè un materiale magneticu vicinu, a so inductance serà ancu cambiata. Un'altra struttura di imballaggio hè un induttore di polvere di ferru stampatu. Siccomu ùn ci hè nisuna lacuna in l'induttore è a struttura di l'avvolgimentu hè solida, u prublema di dissipazione di u campu magneticu hè relativamente chjucu. A Figura 10 hè l'usu di a funzione FFT di l'oscilloscopiu RTO 1004 per misurà a magnitudine di u campu magneticu di fuga à 3mm sopra è à u latu di l'induttore stampatu. A Tabella 4 elenca a comparazione di u campu magneticu di fuga di diversi induttori di struttura di pacchettu. Pò esse vistu chì l'induttori non-shielded anu a fuga magnetica più seria; induttori stampati hannu a più chjuca fuga magnetica, chì mostra u megliu effettu schermu magnetichi. . A diferenza in a magnitudine di u campu magneticu di fuga di l'induttori di sti dui strutture hè di circa 14dB, chì hè quasi 5 volte.

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Figura 10. A magnitudine di u campu magneticu di fuga misurata à 3mm sopra è à u latu di l'inductor stampatu

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Table 4. Paragone di u campu magneticu di fuga di diversi induttori di struttura di pacchettu

8. accoppiamentu

In certi appiicazioni, qualchì volta ci sò parechje serie di cunvertitori DC nantu à u PCB, chì sò generalmente disposti vicinu à l'altri, è i so induttori currispondenti sò ancu disposti vicinu à l'altri. Sè vo aduprate un tipu non-shielded o semi-schermu cù cola magnetica Induttori pò esse accumpagnati cù l'altri per furmà interferenza EMI. Per quessa, quandu si mette l'inductor, hè cunsigliatu di marcà a polarità di l'induttore prima, è cunnette u puntu di partenza è di avvolgimentu di a strata più interna di l'induttore à a tensione di commutazione di u cunvertitore, cum'è u VSW di un convertitore buck. chì hè u puntu di muvimentu. U terminal d'outlet hè cunnessu à u condensatore di output, chì hè u puntu staticu; l'avvolgimentu di filu di ramu forma dunque un certu gradu di schermatura di u campu elettricu. In l'arrangiamentu di u cablaggio di u multiplexer, a fissazione di a polarità di l'induttanza aiuta à riparà a magnitudine di l'induttanza mutuale è evità alcuni prublemi EMI inespettati.

Applicazioni:

U capitulu precedente hà discututu u materiale core, a struttura di u pacchettu è e caratteristiche elettriche impurtanti di l'inductor. Stu capitulu spiegherà cumu sceglite u valore di induttanza adattatu di u convertitore buck è e cunsiderazioni per a scelta di un induttore dispunibule cummerciale.

Cum'è mostra in l'equazione (5), u valore di l'induttore è a frequenza di commutazione di u cunvertitore affettanu u currente di ondulazione di l'induttore (ΔiL). A corrente di ondulazione di l'induttore scorrerà à traversu u condensatore di output è affetta u currente di ondulazione di u condensatore di output. Dunque, affettarà a selezzione di u condensatore di output è ancu affetta a dimensione di l'ondulazione di a tensione di output. Inoltre, u valore di induttanza è u valore di capacità di output affettanu ancu u disignu di feedback di u sistema è a risposta dinamica di a carica. A scelta di un valore di induttanza più grande hà menu stress attuale nantu à u condensatore, è hè ancu benefica per riduce l'ondulazione di tensione di output è pò almacenà più energia. Tuttavia, un valore di induttanza più grande indica un voluminu più grande, vale à dì un costu più altu. Dunque, quandu si cuncepisce u cunvertitore, u disignu di u valore di induttanza hè assai impurtante.

(5)

Pò esse vistu da a formula (5) chì quandu a distanza trà a tensione di input è a tensione di output hè più grande, u currente di ondulazione di l'induttore serà più grande, chì hè a peghju cundizione di u disignu di l'induttore. Accoppiatu cù altre analisi induttive, u puntu di cuncepimentu di l'induttanza di u cunvertitore step-down deve esse di solitu esse sceltu in e cundizioni di tensione d'ingressu massima è carica piena.

Quandu si cuncepisce u valore di l'induttanza, hè necessariu di fà un scambiu trà a corrente di ondulazione di l'induttore è a dimensione di l'induttore, è u fattore di corrente di ondulazione (fattore di corrente d'ondulazione; γ) hè definitu quì, cum'è in a formula (6).

(6)

Sustituitu a formula (6) in a formula (5), u valore di l'induttanza pò esse spressione cum'è a formula (7).

(7)

Sicondu a formula (7), quandu a diffarenza trà a tensione di input è output hè più grande, u valore γ pò esse sceltu più grande; à u cuntrariu, se a tensione d'entrata è di output sò più vicinu, u disignu di u valore γ deve esse più chjucu. In ordine di sceglie trà u currenti ondulazione inductor è a taglia, secondu à u valore di sperienza di disignu tradiziunali, γ hè di solitu 0,2 à 0,5. U seguitu hè pigliatu RT7276 cum'è un esempiu per illustrà u calculu di l'induttanza è a selezzione di induttori dispunibili in u cummerciu.

Esempiu di disignu: Progettatu cun RT7276 avanzatu constantemente on-time (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) convertitore step-down di rettifica sincrona, a so frequenza di commutazione hè 700 kHz, a tensione d'ingressu hè 4.5V à 18V, è a tensione di output hè 1.05V . A corrente di carica piena hè 3A. Cumu l'esitatu sopra, u valore di l'induttanza deve esse cuncepitu in e cundizioni di a tensione d'ingressu massima di 18V è a piena carica di 3A, u valore di γ hè pigliatu cum'è 0,35, è u valore sopra hè sustituitu in l'equazione (7), l'induttanza. valore hè

Aduprate un induttore cun un valore di induttanza nominale convenzionale di 1,5 µH. Sustituite a formula (5) per calculà a corrente di ondulazione di l'induttore cum'è seguita.

Dunque, a corrente di punta di l'induttore hè

È u valore efficau di u currente induttore (IRMS) hè

Perchè u cumpunente ondulazione inductor hè chjuca, u valore efficau di u currente inductor hè principarmenti u so cumpunente DC, è stu valore efficace hè utilizatu com'è a basa per selezziunà u IDC currenti nominali inductor. Cù 80% di derating (declassamentu) di designu, i requisiti di induttanza sò:

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

A Tabella 5 elenca l'induttori dispunibuli di diverse serie di TDK, simili in dimensioni ma diverse in struttura di pacchettu. Pò esse vistu da a tavula chì u currente di saturazione è u currente nominale di l'induttore stampatu (SPM6530T-1R5M) sò grande, è a resistenza termale hè chjuca è a dissipazione di u calore hè bona. Inoltre, secondu a discussione in u capitulu precedente, u materiale di u core di l'induttore stampatu hè u core di polvera di ferru, cusì hè paragunatu cù u core di ferrite di l'induttori semi-schermati (VLS6045EX-1R5N) è schermati (SLF7055T-1R5N). cù cola magnetica. , Havi boni caratteristiche DC bias. A Figura 11 mostra a comparazione di l'efficienza di diversi induttori applicati à u cunvertitore step-down di rettifica sincrona in tempu avanzatu RT7276. I risultati mostranu chì a diferenza di efficienza trà i trè ùn hè micca significativu. Se cunsiderà a dissipazione di u calore, e caratteristiche di bias DC è prublemi di dissipazione di u campu magneticu, hè cunsigliatu d'utilizà induttori SPM6530T-1R5M.

(5)

Table 5. Comparazione di inductances di diverse serie di TDK

11

Figura 11. Comparazione di l'efficienza di u cunvertitore cù diversi induttori

Sè vo sceglite a stessa struttura di pacchettu è u valore inductance, ma induttori di dimensione più chjuca, cum'è SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), ancu s'è a so dimensione hè chjuca, ma a resistenza DC RDC (44,5 mΩ) è a resistenza termica ΘTH ( 51˚C) /W) Più grande. Per i cunvertitori di e stesse specificazioni, u valore efficau di u currente toleratu da l'inductor hè ancu u stessu. Ovviamente, a resistenza DC riducerà l'efficienza sottu a carica pesante. Inoltre, una grande resistenza termale significa una povira dissipazione di u calore. Dunque, quandu sceglite un induttore, ùn hè micca solu necessariu di cunsiderà i benefici di a dimensione ridutta, ma ancu di evaluà e so mancanze chì l'accumpagnanu.

In cunclusioni

L'induttanza hè unu di i cumpunenti passivi cumunimenti utilizati in i convertitori di putenza di commutazione, chì ponu esse aduprati per u almacenamentu di l'energia è u filtru. Tuttavia, in u disignu di u circuitu, ùn hè micca solu u valore di l'induttanza chì deve esse attentu, ma altri parametri cumpresi a resistenza AC è u valore Q, a tolleranza attuale, a saturazione di u core di ferru è a struttura di pacchettu, etc. esse cunsideratu quandu sceglite un inductor. . Sti paràmetri sò generalmente ligati à u materiale core, u prucessu di fabricazione, è a dimensione è u costu. Dunque, stu articulu presenta e caratteristiche di e diverse materiali di u core di ferru è cumu sceglie una induttanza adatta cum'è riferimentu per u disignu di l'alimentazione.