balita

Buod

Ang mga inductor ay napakahalagang bahagi sa pagpapalit ng mga converter, tulad ng pag-iimbak ng enerhiya at mga filter ng kuryente. Mayroong maraming mga uri ng mga inductor, tulad ng para sa iba't ibang mga aplikasyon (mula sa mababang dalas hanggang sa mataas na dalas), o iba't ibang mga pangunahing materyales na nakakaapekto sa mga katangian ng inductor, at iba pa. Ang mga inductor na ginagamit sa pagpapalit ng mga converter ay mga high-frequency na magnetic component. Gayunpaman, dahil sa iba't ibang mga kadahilanan tulad ng mga materyales, mga kondisyon ng pagpapatakbo (tulad ng boltahe at kasalukuyang), at temperatura ng kapaligiran, ang mga katangian at teoryang ipinakita ay medyo naiiba. Samakatuwid, sa disenyo ng circuit, bilang karagdagan sa pangunahing parameter ng halaga ng inductance, ang ugnayan sa pagitan ng impedance ng inductor at ang AC resistance at frequency, ang pagkawala ng core at ang kasalukuyang mga katangian ng saturation, atbp. Ipakikilala ng artikulong ito ang ilang mahahalagang materyales sa core ng inductor at ang kanilang mga katangian, at gagabay din sa mga inhinyero ng kapangyarihan na pumili ng mga karaniwang inductor na magagamit sa komersyo.

Paunang Salita

Ang inductor ay isang bahagi ng electromagnetic induction, na nabuo sa pamamagitan ng pag-ikot ng isang tiyak na bilang ng mga coils (coil) sa isang bobbin o core na may insulated wire. Ang coil na ito ay tinatawag na inductance coil o Inductor. Ayon sa prinsipyo ng electromagnetic induction, kapag ang coil at ang magnetic field ay lumipat na may kaugnayan sa isa't isa, o ang coil ay bumubuo ng isang alternating magnetic field sa pamamagitan ng isang alternating current, isang sapilitan na boltahe ay bubuo upang labanan ang pagbabago ng orihinal na magnetic field, at ang katangiang ito ng pagpigil sa kasalukuyang pagbabago ay tinatawag na inductance.

Ang formula ng inductance value ay bilang formula (1), na proporsyonal sa magnetic permeability, ang square ng winding turns N, at ang katumbas na magnetic circuit cross-sectional area Ae, at inversely proportional sa katumbas na magnetic circuit length le . Mayroong maraming mga uri ng inductance, bawat isa ay angkop para sa iba't ibang mga aplikasyon; ang inductance ay nauugnay sa hugis, sukat, paraan ng paikot-ikot, bilang ng mga pagliko, at ang uri ng intermediate magnetic material.

(1)

Depende sa hugis ng iron core, ang inductance ay kinabibilangan ng toroidal, E core at drum; sa mga tuntunin ng materyal na iron core, mayroong pangunahing ceramic core at dalawang soft magnetic na uri. Ang mga ito ay ferrite at metallic powder. Depende sa istraktura o paraan ng packaging, may wire wound, multi-layer, at molded, at ang wire wound ay may non-shielded at kalahati ng magnetic glue Shielded (semi-shielded) at shielded (shielded), atbp.

Ang inductor ay kumikilos tulad ng isang maikling circuit sa direktang kasalukuyang, at nagpapakita ng mataas na impedance sa alternating current. Kasama sa mga pangunahing gamit sa mga circuit ang pagsasakal, pagsala, pag-tune, at pag-iimbak ng enerhiya. Sa aplikasyon ng switching converter, ang inductor ay ang pinakamahalagang bahagi ng imbakan ng enerhiya, at bumubuo ng isang low-pass na filter na may output capacitor upang bawasan ang output boltahe ripple, kaya ito rin ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-filter function.

Ipakikilala ng artikulong ito ang iba't ibang mga pangunahing materyales ng inductors at ang kanilang mga katangian, pati na rin ang ilan sa mga de-koryenteng katangian ng inductors, bilang isang mahalagang sanggunian sa pagsusuri para sa pagpili ng mga inductors sa panahon ng disenyo ng circuit. Sa halimbawa ng aplikasyon, kung paano kalkulahin ang halaga ng inductance at kung paano pumili ng isang karaniwang magagamit na komersyal na inductor ay ipakikilala sa pamamagitan ng mga praktikal na halimbawa.

Uri ng pangunahing materyal

Ang mga inductor na ginagamit sa pagpapalit ng mga converter ay mga high-frequency na magnetic component. Ang pangunahing materyal sa gitna ay higit na nakakaapekto sa mga katangian ng inductor, tulad ng impedance at frequency, inductance value at frequency, o mga core saturation na katangian. Ipakikilala ng mga sumusunod ang paghahambing ng ilang karaniwang mga materyal na pangunahing bakal at ang kanilang mga katangian ng saturation bilang isang mahalagang sanggunian para sa pagpili ng mga power inductors:

1. Ceramic core

Ang ceramic core ay isa sa mga karaniwang inductance na materyales. Ito ay pangunahing ginagamit upang magbigay ng sumusuportang istraktura na ginagamit kapag paikot-ikot ang likid. Tinatawag din itong "air core inductor". Dahil ang iron core na ginamit ay isang non-magnetic na materyal na may napakababang temperatura coefficient, ang inductance value ay napaka-stable sa operating temperature range. Gayunpaman, dahil sa di-magnetic na materyal bilang daluyan, ang inductance ay napakababa, na hindi masyadong angkop para sa aplikasyon ng mga power converter.

2. Ferrite

Ang ferrite core na ginagamit sa pangkalahatang high frequency inductors ay isang ferrite compound na naglalaman ng nickel zinc (NiZn) o manganese zinc (MnZn), na isang malambot na magnetic ferromagnetic na materyal na may mababang coercivity. Ipinapakita ng Figure 1 ang hysteresis curve (BH loop) ng isang pangkalahatang magnetic core. Ang coercive force HC ng isang magnetic material ay tinatawag ding coercive force, na nangangahulugan na kapag ang magnetic material ay na-magnetize sa magnetic saturation, ang magnetization nito (magnetization) ay nabawasan sa zero Ang kinakailangang lakas ng magnetic field sa panahong iyon. Ang mas mababang coercivity ay nangangahulugan ng mas mababang resistensya sa demagnetization at nangangahulugan din ng mas mababang pagkawala ng hysteresis.

Ang Manganese-zinc at nickel-zinc ferrites ay may medyo mataas na relative permeability (μr), mga 1500-15000 at 100-1000, ayon sa pagkakabanggit. Ang kanilang mataas na magnetic permeability ay ginagawang mas mataas ang core ng bakal sa isang tiyak na dami. Ang inductance. Gayunpaman, ang kawalan ay ang matitiis na saturation current nito ay mababa, at kapag ang iron core ay puspos, ang magnetic permeability ay bumaba nang husto. Sumangguni sa Figure 4 para sa bumababang trend ng magnetic permeability ng ferrite at powder iron core kapag ang iron core ay saturated. Paghahambing. Kapag ginamit sa mga power inductors, isang air gap ang maiiwan sa pangunahing magnetic circuit, na maaaring mabawasan ang permeability, maiwasan ang saturation at mag-imbak ng mas maraming enerhiya; kapag isinama ang air gap, ang katumbas na relative permeability ay maaaring humigit-kumulang 20- Sa pagitan ng 200. Dahil ang mataas na resistivity ng materyal mismo ay maaaring mabawasan ang pagkawala na dulot ng eddy current, ang pagkawala ay mas mababa sa mataas na frequency, at ito ay mas angkop para sa high-frequency transformer, EMI filter inductors at energy storage inductors ng power converters. Sa mga tuntunin ng dalas ng pagpapatakbo, ang nickel-zinc ferrite ay angkop para sa paggamit (>1 MHz), habang ang manganese-zinc ferrite ay angkop para sa mas mababang frequency band (<2 MHz).

1

Figure 1. Ang hysteresis curve ng magnetic core (BR: remanence; BSAT: saturation magnetic flux density)

3. Powder iron core

Ang mga powder iron core ay soft-magnetic ferromagnetic material din. Ang mga ito ay gawa sa iron powder alloys ng iba't ibang materyales o iron powder lamang. Ang formula ay naglalaman ng mga non-magnetic na materyales na may iba't ibang laki ng particle, kaya ang saturation curve ay medyo banayad. Ang pulbos na bakal na core ay halos toroidal. Ipinapakita ng Figure 2 ang powder iron core at ang cross-sectional view nito.

Kasama sa mga karaniwang powdered iron core ang iron-nickel-molybdenum alloy (MPP), sendust (Sendust), iron-nickel alloy (high flux) at iron powder core (iron powder). Dahil sa iba't ibang mga bahagi, ang mga katangian at presyo nito ay magkakaiba din, na nakakaapekto sa pagpili ng mga inductor. Ang mga sumusunod ay magpapakilala sa nabanggit na mga pangunahing uri at ihahambing ang kanilang mga katangian:

A. Iron-nickel-molybdenum alloy (MPP)

Ang Fe-Ni-Mo alloy ay dinaglat bilang MPP, na kung saan ay ang pagdadaglat ng molypermalloy powder. Ang kamag-anak na pagkamatagusin ay tungkol sa 14-500, at ang saturation magnetic flux density ay tungkol sa 7500 Gauss (Gauss), na mas mataas kaysa sa saturation magnetic flux density ng ferrite (tungkol sa 4000-5000 Gauss). Maraming lumabas. Ang MPP ay may pinakamaliit na pagkawala ng bakal at may pinakamahusay na katatagan ng temperatura sa pagitan ng mga powder iron core. Kapag ang panlabas na DC kasalukuyang umabot sa saturation kasalukuyang ISAT, ang inductance halaga ay bumababa nang dahan-dahan nang walang biglang pagpapalambing. Ang MPP ay may mas mahusay na pagganap ngunit mas mataas ang gastos, at kadalasang ginagamit bilang power inductor at EMI filtering para sa mga power converter.

B. Sendust

Ang iron-silicon-aluminum alloy iron core ay isang haluang metal na iron core na binubuo ng iron, silicon, at aluminum, na may relatibong magnetic permeability na humigit-kumulang 26 hanggang 125. Ang pagkawala ng bakal ay nasa pagitan ng iron powder core at MPP at iron-nickel alloy . Ang saturation magnetic flux density ay mas mataas kaysa sa MPP, mga 10500 Gauss. Ang katatagan ng temperatura at kasalukuyang mga katangian ng saturation ay bahagyang mas mababa sa MPP at iron-nickel alloy, ngunit mas mahusay kaysa sa iron powder core at ferrite core, at ang kamag-anak na gastos ay mas mura kaysa sa MPP at iron-nickel alloy. Ito ay kadalasang ginagamit sa EMI filtering, power factor correction (PFC) circuits at power inductors ng switching power converters.

C. Iron-nickel alloy (high flux)

Ang iron-nickel alloy core ay gawa sa bakal at nickel. Ang kamag-anak na magnetic permeability ay tungkol sa 14-200. Ang pagkawala ng bakal at katatagan ng temperatura ay nasa pagitan ng MPP at iron-silicon-aluminum alloy. Ang iron-nickel alloy core ay may pinakamataas na saturation magnetic flux density, humigit-kumulang 15,000 Gauss, at makatiis ng mas mataas na DC bias currents, at ang mga DC bias na katangian nito ay mas mahusay din. Saklaw ng aplikasyon: Active power factor correction, energy storage inductance, filter inductance, high frequency transformer ng flyback converter, atbp.

D. Pulbos na bakal

Ang iron powder core ay gawa sa high-purity iron powder particle na may napakaliit na particle na insulated mula sa isa't isa. Ang proseso ng pagmamanupaktura ay ginagawa itong magkaroon ng isang distributed air gap. Bilang karagdagan sa hugis ng singsing, ang mga karaniwang hugis ng iron powder core ay mayroon ding mga uri ng E-type at panlililak. Ang kamag-anak na magnetic permeability ng iron powder core ay tungkol sa 10 hanggang 75, at ang mataas na saturation magnetic flux density ay tungkol sa 15000 Gauss. Kabilang sa mga pulbos na bakal na core, ang iron powder core ay may pinakamataas na pagkawala ng bakal ngunit ang pinakamababang halaga.

Ipinapakita ng Figure 3 ang BH curves ng PC47 manganese-zinc ferrite na ginawa ng TDK at powdered iron core -52 at -2 na ginawa ng MICROMETALS; ang relatibong magnetic permeability ng manganese-zinc ferrite ay mas mataas kaysa sa powdered iron core at puspos Ang magnetic flux density ay ibang-iba rin, ang ferrite ay humigit-kumulang 5000 Gauss at ang iron powder core ay higit sa 10000 Gauss.

3

Figure 3. BH curve ng manganese-zinc ferrite at iron powder core ng iba't ibang materyales

Sa buod, ang mga katangian ng saturation ng core ng bakal ay iba; sa sandaling lumampas ang saturation current, ang magnetic permeability ng ferrite core ay bababa nang husto, habang ang iron powder core ay maaaring dahan-dahang bumaba. Ipinapakita ng Figure 4 ang magnetic permeability drop na katangian ng isang powder iron core na may parehong magnetic permeability at isang ferrite na may air gap sa ilalim ng magkakaibang lakas ng magnetic field. Ipinapaliwanag din nito ang inductance ng ferrite core, dahil ang permeability ay bumaba nang husto kapag ang core ay puspos, tulad ng makikita sa equation (1), nagiging sanhi din ito ng pagbaba ng inductance; habang ang powder core na may distributed air gap, ang magnetic permeability Ang rate ay bumababa nang dahan-dahan kapag ang iron core ay puspos, kaya ang inductance ay bumaba nang mas malumanay, iyon ay, ito ay may mas mahusay na DC bias na mga katangian. Sa paggamit ng mga power converter, ang katangiang ito ay napakahalaga; kung ang mabagal na saturation na katangian ng inductor ay hindi maganda, ang inductor current ay tumataas sa saturation current, at ang biglaang pagbaba ng inductance ay magiging sanhi ng kasalukuyang stress ng switching crystal na tumaas nang husto, na madaling magdulot ng pinsala.

4

Figure 4. Magnetic permeability drop na mga katangian ng powder iron core at ferrite iron core na may air gap sa ilalim ng magkaibang lakas ng magnetic field.

Mga katangian ng elektrikal na inductor at istraktura ng pakete

Kapag nagdidisenyo ng switching converter at pumipili ng inductor, ang inductance value L, impedance Z, AC resistance ACR at Q value (quality factor), rated current IDC at ISAT, at core loss (core loss) at iba pang mahahalagang electrical na katangian ay dapat isaalang-alang. Bilang karagdagan, ang istraktura ng packaging ng inductor ay makakaapekto sa magnitude ng magnetic leakage, na nakakaapekto naman sa EMI. Tatalakayin ng mga sumusunod ang mga nabanggit na katangian nang hiwalay bilang mga pagsasaalang-alang sa pagpili ng mga inductors.

1. Halaga ng inductance (L)

Ang halaga ng inductance ng isang inductor ay ang pinakamahalagang pangunahing parameter sa disenyo ng circuit, ngunit dapat itong suriin kung ang halaga ng inductance ay matatag sa dalas ng pagpapatakbo. Ang nominal na halaga ng inductance ay karaniwang sinusukat sa 100 kHz o 1 MHz nang walang panlabas na DC bias. At upang matiyak ang posibilidad ng mass automated production, ang tolerance ng inductor ay karaniwang ±20% (M) at ±30% (N). Ang Figure 5 ay ang inductance-frequency characteristic graph ng Taiyo Yuden inductor NR4018T220M na sinusukat gamit ang LCR meter ni Wayne Kerr. Tulad ng ipinapakita sa figure, ang inductance value curve ay medyo flat bago ang 5 MHz, at ang inductance value ay halos maituturing na pare-pareho. Sa high frequency band dahil sa resonance na nabuo ng parasitic capacitance at inductance, tataas ang inductance value. Ang resonance frequency na ito ay tinatawag na self-resonant frequency (SRF), na karaniwang kailangang mas mataas kaysa sa operating frequency.

5

Figure 5, Taiyo Yuden NR4018T220M inductance-frequency characteristic measurement diagram

2. Impedance (Z)

Tulad ng ipinapakita sa Figure 6, ang impedance diagram ay makikita rin mula sa pagganap ng inductance sa iba't ibang frequency. Ang impedance ng inductor ay humigit-kumulang proporsyonal sa dalas (Z=2πfL), kaya mas mataas ang dalas, ang reactance ay magiging mas malaki kaysa sa AC resistance, kaya ang impedance ay kumikilos tulad ng isang purong inductance (phase ay 90˚). Sa mataas na frequency, dahil sa parasitic capacitance effect, makikita ang self-resonant frequency point ng impedance. Pagkatapos ng puntong ito, bumababa ang impedance at nagiging capacitive, at unti-unting nagbabago ang phase sa -90 ˚.

6

3. Q value at AC resistance (ACR)

Ang halaga ng Q sa kahulugan ng inductance ay ang ratio ng reactance sa paglaban, iyon ay, ang ratio ng haka-haka na bahagi sa tunay na bahagi ng impedance, tulad ng sa formula (2).

(2)

Kung saan ang XL ay ang reactance ng inductor, at ang RL ay ang AC resistance ng inductor.

Sa mababang frequency range, ang AC resistance ay mas malaki kaysa sa reactance na dulot ng inductance, kaya ang Q value nito ay napakababa; habang tumataas ang frequency, ang reactance (tungkol sa 2πfL) ay nagiging mas malaki at mas malaki, kahit na ang resistensya dahil sa epekto ng balat (skin effect) at proximity (proximity) effect) Ang epekto ay nagiging mas malaki at mas malaki, at ang Q value ay tumataas pa rin sa dalas ; kapag papalapit sa SRF, ang inductive reactance ay unti-unting na-offset ng capacitive reactance, at ang halaga ng Q ay unti-unting nagiging mas maliit; kapag ang SRF ay naging zero, dahil ang inductive reactance at ang capacitive reactance ay ganap na pareho. Ipinapakita ng Figure 7 ang relasyon sa pagitan ng Q value at frequency ng NR4018T220M, at ang relasyon ay nasa hugis ng isang baligtad na kampanilya.

7

Figure 7. Ang relasyon sa pagitan ng Q value at frequency ng Taiyo Yuden inductor NR4018T220M

Sa application frequency band ng inductance, mas mataas ang halaga ng Q, mas mabuti; nangangahulugan ito na ang reactance nito ay mas malaki kaysa sa AC resistance. Sa pangkalahatan, ang pinakamahusay na halaga ng Q ay higit sa 40, na nangangahulugan na ang kalidad ng inductor ay mabuti. Gayunpaman, sa pangkalahatan habang tumataas ang bias ng DC, bababa ang halaga ng inductance at bababa din ang halaga ng Q. Kung ang flat enameled wire o multi-strand enameled wire ay ginagamit, ang epekto sa balat, iyon ay, AC resistance, ay maaaring mabawasan, at ang Q value ng inductor ay maaari ding tumaas.

Ang DC resistance DCR ay karaniwang itinuturing na DC resistance ng tansong wire, at ang paglaban ay maaaring kalkulahin ayon sa diameter at haba ng wire. Gayunpaman, karamihan sa mga mababang kasalukuyang SMD inductors ay gagamit ng ultrasonic welding upang gawin ang copper sheet ng SMD sa winding terminal. Gayunpaman, dahil ang tansong wire ay hindi mahaba ang haba at ang halaga ng paglaban ay hindi mataas, ang welding resistance ay madalas na account para sa isang malaking proporsyon ng pangkalahatang DC resistance. Ang pagkuha ng wire-wound SMD inductor ng TDK na CLF6045NIT-1R5N bilang isang halimbawa, ang sinusukat na DC resistance ay 14.6mΩ, at ang DC resistance na kinakalkula batay sa wire diameter at haba ay 12.1mΩ. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang welding resistance na ito ay humigit-kumulang 17% ng kabuuang DC resistance.

AC resistance Ang ACR ay may epekto sa balat at epekto ng kalapitan, na magiging sanhi ng pagtaas ng ACR nang may dalas; sa aplikasyon ng pangkalahatang inductance, dahil ang bahagi ng AC ay mas mababa kaysa sa bahagi ng DC, ang impluwensyang dulot ng ACR ay hindi halata; ngunit sa magaan na pagkarga, Dahil ang DC component ay nabawasan, ang pagkawala na dulot ng ACR ay hindi maaaring balewalain. Ang epekto sa balat ay nangangahulugan na sa ilalim ng mga kondisyon ng AC, ang kasalukuyang distribusyon sa loob ng konduktor ay hindi pantay at puro sa ibabaw ng wire, na nagreresulta sa pagbawas sa katumbas na wire cross-sectional area, na nagpapataas naman ng katumbas na resistensya ng wire na may dalas. Bilang karagdagan, sa isang wire winding, ang mga katabing wire ay magiging sanhi ng pagdaragdag at pagbabawas ng mga magnetic field dahil sa kasalukuyang, upang ang kasalukuyang ay puro sa ibabaw na katabi ng wire (o ang pinakamalayong ibabaw, depende sa direksyon ng kasalukuyang ), na nagdudulot din ng katumbas na wire interception. Ang phenomenon na bumababa ang lugar at tumataas ang katumbas na resistensya ay ang tinatawag na proximity effect; sa inductance application ng isang multilayer winding, ang proximity effect ay mas halata.

8

Ipinapakita ng Figure 8 ang relasyon sa pagitan ng AC resistance at frequency ng wire-wound SMD inductor NR4018T220M. Sa dalas ng 1kHz, ang paglaban ay tungkol sa 360mΩ; sa 100kHz, ang paglaban ay tumataas sa 775mΩ; sa 10MHz, ang halaga ng paglaban ay malapit sa 160Ω. Kapag tinatantya ang pagkawala ng tanso, dapat isaalang-alang ng kalkulasyon ang ACR na dulot ng balat at mga epekto sa malapit, at baguhin ito sa formula (3).

4. Saturation current (ISAT)

Ang saturation current ISAT ay karaniwang ang bias current na minarkahan kapag ang inductance value ay pinahina gaya ng 10%, 30%, o 40%. Para sa air-gap ferrite, dahil ang saturation current na katangian nito ay napakabilis, walang gaanong pagkakaiba sa pagitan ng 10% at 40%. Sumangguni sa Figure 4. Gayunpaman, kung ito ay isang iron powder core (tulad ng isang naselyohang inductor), ang saturation curve ay medyo banayad, tulad ng ipinapakita sa Figure 9, ang bias kasalukuyang sa 10% o 40% ng inductance attenuation ay marami. naiiba, kaya ang kasalukuyang halaga ng saturation ay tatalakayin nang hiwalay para sa dalawang uri ng mga core ng bakal tulad ng sumusunod .

Para sa isang air-gap ferrite, makatwirang gamitin ang ISAT bilang pinakamataas na limitasyon ng pinakamataas na kasalukuyang inductor para sa mga aplikasyon ng circuit. Gayunpaman, kung ito ay isang iron powder core, dahil sa mabagal na saturation na katangian, walang magiging problema kahit na ang maximum na kasalukuyang ng application circuit ay lumampas sa ISAT. Samakatuwid, ang katangian ng iron core na ito ay pinakaangkop para sa paglipat ng mga application ng converter. Sa ilalim ng mabigat na pagkarga, kahit na ang inductance value ng inductor ay mababa, tulad ng ipinapakita sa Figure 9, ang kasalukuyang ripple factor ay mataas, ngunit ang kasalukuyang capacitor current tolerance ay mataas, kaya hindi ito magiging problema. Sa ilalim ng magaan na pag-load, ang halaga ng inductance ng inductor ay mas malaki, na tumutulong upang mabawasan ang ripple current ng inductor, at sa gayon ay binabawasan ang pagkawala ng bakal. Inihahambing ng Figure 9 ang saturation current curve ng TDK's wound ferrite SLF7055T1R5N at stamped iron powder core inductor SPM6530T1R5M sa ilalim ng parehong nominal na halaga ng inductance.

9

Figure 9. Saturation current curve ng wound ferrite at stamped iron powder core sa ilalim ng parehong nominal na halaga ng inductance

5. Rated current (IDC)

Ang halaga ng IDC ay ang bias ng DC kapag ang temperatura ng inductor ay tumaas sa Tr˚C. Ipinapahiwatig din ng mga pagtutukoy ang halaga ng resistensya ng DC nito na RDC sa 20˚C. Ayon sa koepisyent ng temperatura ng tansong kawad ay humigit-kumulang 3,930 ppm, kapag tumaas ang temperatura ng Tr, ang halaga ng paglaban nito ay RDC_Tr = RDC (1+0.00393Tr), at ang pagkonsumo ng kuryente nito ay PCU = I2DCxRDC. Ang pagkawala ng tanso na ito ay nawala sa ibabaw ng inductor, at ang thermal resistance ΘTH ng inductor ay maaaring kalkulahin:

(2)

Ang talahanayan 2 ay tumutukoy sa data sheet ng serye ng TDK VLS6045EX (6.0×6.0×4.5mm), at kinakalkula ang thermal resistance sa pagtaas ng temperatura na 40˚C. Malinaw, para sa mga inductors ng parehong serye at laki, ang kinakalkula na thermal resistance ay halos pareho dahil sa parehong ibabaw na lugar ng pagwawaldas ng init; sa madaling salita, ang kasalukuyang na-rate na IDC ng iba't ibang mga inductor ay maaaring matantya. Ang iba't ibang serye (mga pakete) ng mga inductors ay may iba't ibang mga thermal resistance. Inihahambing ng Talahanayan 3 ang thermal resistance ng mga inductors ng TDK VLS6045EX series (semi-shielded) at SPM6530 series (molded). Kung mas malaki ang thermal resistance, mas mataas ang pagtaas ng temperatura na nabuo kapag ang inductance ay dumadaloy sa kasalukuyang load; kung hindi, mas mababa.

(2)

Talahanayan 2. Thermal resistance ng VLS6045EX series inductors sa pagtaas ng temperatura na 40˚C

Makikita mula sa Talahanayan 3 na kahit na ang laki ng mga inductor ay magkatulad, ang thermal resistance ng mga naselyohang inductor ay mababa, iyon ay, ang pagwawaldas ng init ay mas mahusay.

(3)

Talahanayan 3. Paghahambing ng thermal resistance ng iba't ibang package inductors.

6. Core pagkawala

Ang core loss, na tinutukoy bilang iron loss, ay pangunahing sanhi ng eddy current loss at hysteresis loss. Ang laki ng kasalukuyang pagkawala ng eddy ay higit sa lahat ay nakasalalay sa kung ang pangunahing materyal ay madaling "isagawa"; kung ang conductivity ay mataas, iyon ay, ang resistivity ay mababa, ang eddy kasalukuyang pagkawala ay mataas, at kung ang resistivity ng ferrite ay mataas, ang eddy kasalukuyang pagkawala ay medyo mababa. Ang pagkawala ng kasalukuyang Eddy ay nauugnay din sa dalas. Kung mas mataas ang dalas, mas malaki ang pagkawala ng kasalukuyang eddy. Samakatuwid, matutukoy ng pangunahing materyal ang wastong dalas ng pagpapatakbo ng core. Sa pangkalahatan, ang working frequency ng iron powder core ay maaaring umabot sa 1MHz, at ang working frequency ng ferrite ay maaaring umabot sa 10MHz. Kung ang operating frequency ay lumampas sa frequency na ito, ang eddy current loss ay tataas nang mabilis at ang iron core temperature ay tataas din. Gayunpaman, sa mabilis na pag-unlad ng mga materyales sa iron core, ang mga iron core na may mas mataas na operating frequency ay dapat na malapit lang.

Ang isa pang pagkawala ng bakal ay ang pagkawala ng hysteresis, na proporsyonal sa lugar na nakapaloob sa curve ng hysteresis, na nauugnay sa swing amplitude ng AC component ng kasalukuyang; mas malaki ang AC swing, mas malaki ang pagkawala ng hysteresis.

Sa katumbas na circuit ng isang inductor, ang isang risistor na konektado sa parallel sa inductor ay kadalasang ginagamit upang ipahayag ang pagkawala ng bakal. Kapag ang frequency ay katumbas ng SRF, ang inductive reactance at capacitive reactance ay kanselahin, at ang katumbas na reactance ay zero. Sa oras na ito, ang impedance ng inductor ay katumbas ng iron loss resistance sa serye na may winding resistance, at ang iron loss resistance ay mas malaki kaysa sa winding resistance, kaya Ang impedance sa SRF ay humigit-kumulang katumbas ng iron loss resistance. Ang pagkuha ng isang mababang-boltahe na inductor bilang isang halimbawa, ang resistensya ng pagkawala ng bakal nito ay halos 20kΩ. Kung ang epektibong halaga ng boltahe sa magkabilang dulo ng inductor ay tinatantya na 5V, ang pagkawala ng bakal nito ay humigit-kumulang 1.25mW, na nagpapakita rin na mas malaki ang paglaban sa pagkawala ng bakal, mas mabuti.

7. istraktura ng kalasag

Ang istraktura ng packaging ng mga ferrite inductors ay kinabibilangan ng non-shielded, semi-shielded na may magnetic glue, at shielded, at may malaking air gap sa alinman sa mga ito. Malinaw, ang puwang ng hangin ay magkakaroon ng magnetic leakage, at sa pinakamasamang kaso, ito ay makagambala sa nakapaligid na maliliit na circuits ng signal, o kung mayroong isang magnetic na materyal sa malapit, ang inductance nito ay mababago din. Ang isa pang istraktura ng packaging ay isang naselyohang bakal na pulbos na inductor. Dahil walang puwang sa loob ng inductor at ang paikot-ikot na istraktura ay solid, ang problema ng magnetic field dissipation ay medyo maliit. Ang Figure 10 ay ang paggamit ng FFT function ng RTO 1004 oscilloscope upang sukatin ang magnitude ng leakage magnetic field sa 3mm sa itaas at sa gilid ng naselyohang inductor. Inililista ng talahanayan 4 ang paghahambing ng leakage magnetic field ng iba't ibang mga inductors ng istraktura ng pakete. Ito ay makikita na ang mga non-shielded inductors ay may pinaka-seryosong magnetic leakage; Ang mga naselyohang inductor ay may pinakamaliit na magnetic leakage, na nagpapakita ng pinakamahusay na magnetic shielding effect. . Ang pagkakaiba sa magnitude ng leakage magnetic field ng mga inductors ng dalawang istrukturang ito ay halos 14dB, na halos 5 beses.

10

Figure 10. Ang magnitude ng leakage magnetic field na sinusukat sa 3mm sa itaas at sa gilid ng naselyohang inductor

(4)

Talahanayan 4. Paghahambing ng leakage magnetic field ng iba't ibang mga inductors ng istraktura ng pakete

8. pagkabit

Sa ilang mga aplikasyon, kung minsan mayroong maraming mga hanay ng mga DC converter sa PCB, na karaniwang nakaayos sa tabi ng bawat isa, at ang kanilang mga kaukulang inductors ay nakaayos din sa tabi ng bawat isa. Kung gagamit ka ng isang non-shielded o semi-shielded na uri na may magnetic glue Ang mga inductor ay maaaring pagsamahin sa isa't isa upang bumuo ng EMI interference. Samakatuwid, kapag inilalagay ang inductor, inirerekomenda na markahan muna ang polarity ng inductor, at ikonekta ang panimulang at paikot-ikot na punto ng pinakaloob na layer ng inductor sa switching boltahe ng converter, tulad ng VSW ng buck converter, na siyang gumagalaw na punto. Ang outlet terminal ay konektado sa output capacitor, na siyang static point; ang copper wire winding samakatuwid ay bumubuo ng isang tiyak na antas ng electric field shielding. Sa pag-aayos ng mga kable ng multiplexer, ang pag-aayos ng polarity ng inductance ay nakakatulong upang ayusin ang magnitude ng mutual inductance at maiwasan ang ilang hindi inaasahang mga problema sa EMI.

Mga Application:

Tinalakay ng nakaraang kabanata ang pangunahing materyal, istraktura ng pakete, at mahahalagang katangian ng elektrikal ng inductor. Ipapaliwanag ng kabanatang ito kung paano pipiliin ang naaangkop na halaga ng inductance ng buck converter at ang mga pagsasaalang-alang para sa pagpili ng inductor na magagamit sa komersyo.

Tulad ng ipinapakita sa equation (5), ang halaga ng inductor at ang dalas ng paglipat ng converter ay makakaapekto sa kasalukuyang inductor ripple (ΔiL). Ang inductor ripple current ay dadaloy sa output capacitor at makakaapekto sa ripple current ng output capacitor. Samakatuwid, makakaapekto ito sa pagpili ng output capacitor at higit na makakaapekto sa laki ng ripple ng output boltahe. Higit pa rito, ang halaga ng inductance at ang halaga ng output capacitance ay makakaapekto rin sa disenyo ng feedback ng system at ang dynamic na tugon ng load. Ang pagpili ng isang mas malaking halaga ng inductance ay may mas kaunting kasalukuyang stress sa kapasitor, at ito rin ay kapaki-pakinabang upang mabawasan ang output boltahe ripple at maaaring mag-imbak ng mas maraming enerhiya. Gayunpaman, ang isang mas malaking halaga ng inductance ay nagpapahiwatig ng isang mas malaking volume, iyon ay, isang mas mataas na gastos. Samakatuwid, kapag nagdidisenyo ng converter, ang disenyo ng halaga ng inductance ay napakahalaga.

(5)

Makikita mula sa formula (5) na kapag ang agwat sa pagitan ng input boltahe at output boltahe ay mas malaki, ang inductor ripple kasalukuyang ay magiging mas malaki, na kung saan ay ang pinakamasama-case na kondisyon ng inductor na disenyo. Kasama ng iba pang inductive analysis, ang inductance design point ng step-down converter ay karaniwang dapat piliin sa ilalim ng mga kondisyon ng maximum na input voltage at full load.

Kapag nagdidisenyo ng halaga ng inductance, kinakailangan na gumawa ng isang trade-off sa pagitan ng kasalukuyang inductor ripple at ang laki ng inductor, at ang ripple current factor (ripple current factor; γ) ay tinukoy dito, tulad ng sa formula (6).

（6）

Ang pagpapalit ng formula (6) sa formula (5), ang halaga ng inductance ay maaaring ipahayag bilang formula (7).

（7）

Ayon sa formula (7), kapag ang pagkakaiba sa pagitan ng input at output boltahe ay mas malaki, ang γ halaga ay maaaring mapili ng mas malaki; sa kabaligtaran, kung ang input at output boltahe ay mas malapit, ang γ halaga ng disenyo ay dapat na mas maliit. Upang pumili sa pagitan ng kasalukuyang inductor ripple at ang laki, ayon sa tradisyonal na halaga ng karanasan sa disenyo, ang γ ay karaniwang 0.2 hanggang 0.5. Ang sumusunod ay kumukuha ng RT7276 bilang isang halimbawa upang ilarawan ang pagkalkula ng inductance at ang pagpili ng mga komersyal na magagamit na inductors.

Halimbawa ng disenyo: Dinisenyo gamit ang RT7276 advanced constant on-time (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sabaysabay na rectification step-down converter, ang switching frequency nito ay 700 kHz, ang input voltage ay 4.5V hanggang 18V, at ang output voltage ay 1.05V . Ang buong kasalukuyang pagkarga ay 3A. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang halaga ng inductance ay dapat na idinisenyo sa ilalim ng mga kondisyon ng maximum na boltahe ng input na 18V at ang buong pagkarga ng 3A, ang halaga ng γ ay kinuha bilang 0.35, at ang halaga sa itaas ay pinapalitan sa equation (7), ang inductance ang halaga ay

Gumamit ng inductor na may conventional nominal inductance value na 1.5 µH. Palitan ang formula (5) upang kalkulahin ang inductor ripple current gaya ng sumusunod.

Samakatuwid, ang peak kasalukuyang ng inductor ay

At ang epektibong halaga ng kasalukuyang inductor (IRMS) ay

Dahil ang bahagi ng inductor ripple ay maliit, ang epektibong halaga ng kasalukuyang inductor ay higit sa lahat ang bahagi ng DC nito, at ang epektibong halaga na ito ay ginagamit bilang batayan para sa pagpili ng kasalukuyang na-rate na inductor na IDC. Sa 80% derating (derating) na disenyo, ang mga kinakailangan sa inductance ay:

L = 1.5 µH (100 kHz), IDC = 3.77 A, ISAT = 4.34 A

Inililista ng Talahanayan 5 ang mga magagamit na inductor ng iba't ibang serye ng TDK, magkatulad sa laki ngunit magkaiba sa istraktura ng pakete. Makikita mula sa talahanayan na ang saturation current at rated current ng stamped inductor (SPM6530T-1R5M) ay malaki, at ang thermal resistance ay maliit at ang heat dissipation ay mabuti. Bilang karagdagan, ayon sa talakayan sa nakaraang kabanata, ang pangunahing materyal ng naselyohang inductor ay iron powder core, kaya't ito ay inihambing sa ferrite core ng semi-shielded (VLS6045EX-1R5N) at shielded (SLF7055T-1R5N) inductors may magnetic glue. , May magandang katangian ng DC bias. Ipinapakita ng Figure 11 ang paghahambing ng kahusayan ng iba't ibang inductors na inilapat sa RT7276 advanced constant on-time synchronous rectification step-down converter. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang pagkakaiba ng kahusayan sa pagitan ng tatlo ay hindi makabuluhan. Kung isasaalang-alang mo ang pagwawaldas ng init, mga katangian ng bias ng DC at mga isyu sa pagwawaldas ng magnetic field, inirerekumenda na gumamit ng SPM6530T-1R5M inductors.

（5）

Talahanayan 5. Paghahambing ng mga inductance ng iba't ibang serye ng TDK

11

Figure 11. Paghahambing ng kahusayan ng converter sa iba't ibang inductors

Kung pinili mo ang parehong istraktura ng pakete at halaga ng inductance, ngunit mas maliit na laki ng mga inductors, tulad ng SPM4015T-1R5M (4.4 × 4.1 × 1.5mm), kahit na ang laki nito ay maliit, ngunit ang DC resistance RDC (44.5mΩ) at thermal resistance ΘTH ( 51˚C) /W) Mas malaki. Para sa mga nagko-convert ng parehong mga pagtutukoy, ang epektibong halaga ng kasalukuyang pinahihintulutan ng inductor ay pareho din. Malinaw, ang DC resistance ay magbabawas sa kahusayan sa ilalim ng mabigat na pagkarga. Bilang karagdagan, ang isang malaking thermal resistance ay nangangahulugan ng mahinang pagwawaldas ng init. Samakatuwid, kapag pumipili ng isang inductor, hindi lamang kinakailangan na isaalang-alang ang mga benepisyo ng pinababang laki, kundi pati na rin upang suriin ang mga kasamang pagkukulang nito.

Sa konklusyon

Ang inductance ay isa sa mga karaniwang ginagamit na passive na bahagi sa pagpapalit ng mga power converter, na maaaring gamitin para sa pag-iimbak at pag-filter ng enerhiya. Gayunpaman, sa disenyo ng circuit, hindi lamang ang inductance value ang kailangang bigyang pansin, ngunit ang iba pang mga parameter kabilang ang AC resistance at Q value, kasalukuyang tolerance, iron core saturation, at package structure, atbp., ay lahat ng mga parameter na dapat isaalang-alang kapag pumipili ng isang inductor. . Ang mga parameter na ito ay karaniwang nauugnay sa pangunahing materyal, ang proseso ng pagmamanupaktura, at ang laki at gastos. Samakatuwid, ipinakilala ng artikulong ito ang mga katangian ng iba't ibang mga materyales sa pangunahing bakal at kung paano pumili ng naaangkop na inductance bilang isang sanggunian para sa disenyo ng power supply.