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 stampata, 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 putere, 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 particelle, 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 misurata 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 esse cunsideratu cum'è una constante.In a banda d'alta frequenza per via di a risonanza generata da a capacità parasitica 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'inductor hè equivalente à a resistenza di perdita di ferru in serie cù a resistenza di l'avvolgimentu, è a resistenza di perdita di ferru hè assai più grande di a resistenza di u bobina, 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 micca spaziu 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 d'ondulazione di l'induttore scorrerà à traversu u condensatore di output è influenza 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.