albisteak

Laburpena

Induktoreak oso osagai garrantzitsuak dira kommutazio bihurgailuetan, hala nola energia biltegiratzea eta potentzia-iragazkiak. Induzigailu mota asko daude, hala nola, aplikazio ezberdinetarako (maiztasun baxutik maiztasun altukoetara), edo induktorearen ezaugarrietan eragina duten nukleo-material desberdinak, eta abar. Kommutazio bihurgailuetan erabiltzen diren induktoreak maiztasun handiko osagai magnetikoak dira. Hala ere, hainbat faktoreren ondorioz, hala nola, materialak, funtzionamendu-baldintzak (esaterako, tentsioa eta korrontea) eta giro-tenperatura, aurkeztutako ezaugarriak eta teoriak nahiko desberdinak dira. Hori dela eta, zirkuituaren diseinuan, induktantzia-balioaren oinarrizko parametroaz gain, oraindik ere kontuan hartu behar dira induktorearen inpedantziaren eta AC erresistentziaren eta maiztasunaren arteko erlazioa, nukleoaren galera eta saturazio-korrontearen ezaugarriak, etab. Artikulu honek indukzio-nukleoko material garrantzitsu batzuk eta haien ezaugarriak aurkeztuko ditu, eta potentzia-ingeniariak ere gidatuko ditu komertzialki eskuragarri dauden induzigailu estandarrak aukeratzera.

Hitzaurrea

Induktorea indukzio elektromagnetikoko osagai bat da, bobina edo nukleo baten gainean bobina (bobina) kopuru jakin bat hari isolatu batekin harilkatuz eratzen dena. Bobina honi induktantzia bobina edo Induktorea deitzen zaio. Indukzio elektromagnetikoaren printzipioaren arabera, bobina eta eremu magnetikoa elkarren artean mugitzen direnean, edo bobinak korronte alterno baten bidez eremu magnetiko alternoa sortzen duenean, induzitutako tentsio bat sortuko da jatorrizko eremu magnetikoaren aldaketari aurre egiteko, eta korronte-aldaketa murrizteko ezaugarri horri induktantzia deritzo.

Induktantzia-balioaren formula (1) formula bezalakoa da, hau da, iragazkortasun magnetikoaren proportzionala, N harilaren bira karratuaren eta zirkuitu magnetiko baliokidearen ebakidura-eremuaren Ae, eta alderantziz proportzionala da zirkuitu magnetiko baliokidearen luzera le. . Induktantzia mota asko daude, bakoitza aplikazio ezberdinetarako egokia; induktantzia formarekin, tamainarekin, harilkatzeko metodoarekin, bira kopuruarekin eta tarteko material magnetiko motarekin dago lotuta.

(1)

Burdinaren nukleoaren formaren arabera, induktantziak toroidala, E nukleoa eta danborra barne hartzen ditu; burdinazko nukleoaren materialari dagokionez, zeramikazko nukleoa eta bi mota magnetiko bigun daude batez ere. Ferrita eta hauts metalikoa dira. Egituraren edo ontziratzeko metodoaren arabera, alanbre-zauriak, geruza anitzekoak eta moldatuak daude, eta alanbre-zauriak ez-blindatua eta kola magnetikoaren erdia ditu.

Induktoreak zirkuitu labur baten antzera jokatzen du korronte zuzenean, eta korronte alternoarekiko inpedantzia handia aurkezten du. Zirkuituetan oinarrizko erabilerak itotzea, iragaztea, sintonizatzea eta energia biltegiratzea dira. Kommutazio bihurgailuaren aplikazioan, indukzioa energia biltegiratzeko osagai garrantzitsuena da, eta irteerako kondentsadorearekin pasabide baxuko iragazkia osatzen du irteerako tentsioaren uhindura murrizteko, beraz, iragazketa-funtzioan ere zeregin garrantzitsua du.

Artikulu honek induzigailuen oinarrizko materialak eta haien ezaugarriak aurkeztuko ditu, baita induzitzaileen ezaugarri elektriko batzuk ere, zirkuituaren diseinuan induktoreak hautatzeko ebaluazio-erreferentzia garrantzitsu gisa. Aplikazio-adibidean, induktantzia-balioa nola kalkulatu eta komertzialki eskuragarri dagoen induktore estandar bat nola aukeratu azalduko da adibide praktikoen bidez.

Nukleo-material mota

Kommutazio bihurgailuetan erabiltzen diren induktoreak maiztasun handiko osagai magnetikoak dira. Erdiguneko nukleoko materialak induktorearen ezaugarrietan eragiten du gehien, hala nola inpedantzia eta maiztasuna, induktantzia-balioa eta maiztasuna edo nukleoaren saturazio-ezaugarrietan. Jarraian, burdina-nukleoko material arrunten eta haien saturazio-ezaugarrien konparaketa aurkeztuko da potentzia-induzitzaileak hautatzeko erreferentzia garrantzitsu gisa:

1. Zeramikazko nukleoa

Zeramikazko nukleoa induktantzia material arruntetako bat da. Batez ere bobina harilkatzeko erabiltzen den euskarria emateko erabiltzen da. "Aire nukleoaren induktorea" ere deitzen zaio. Erabiltzen den burdinazko nukleoa oso tenperatura koefiziente baxua duen material ez-magnetikoa denez, induktantzia-balioa oso egonkorra da funtzionamendu-tenperatura tartean. Hala ere, ertain gisa material ez magnetikoa dela eta, induktantzia oso baxua da, eta hori ez da oso egokia potentzia-bihurgailuak aplikatzeko.

2. Ferrita

Maiztasun handiko induktoreetan erabiltzen den ferrita-nukleoa nikel-zinka (NiZn) edo manganeso-zinka (MnZn) duen ferrita konposatua da, hau da, koertzitibotasun txikiko material ferromagnetiko magnetiko bigun bat da. 1. irudiak nukleo magnetiko orokor baten histeresi kurba (BH begizta) erakusten du. Material magnetiko baten HC indar hertsatzaileari indar hertsatzailea ere deitzen zaio, hau da, material magnetikoa saturazio magnetikora magnetizatu denean, bere magnetizazioa (imanizazioa) zerora murrizten da. Behar den eremu magnetikoaren indarra momentuan. Koertzibitate txikiagoak desmagnetizazioarekiko erresistentzia txikiagoa dakar eta histeresi galera txikiagoa ere esan nahi du.

Manganeso-zink eta nikel-zink ferritek iragazkortasun erlatibo nahiko altua dute (μr), 1500-15000 eta 100-1000 ingurukoa, hurrenez hurren. Haien iragazkortasun magnetiko handiak burdinazko nukleoa bolumen jakin batean gora egiten du. Induktantzia. Hala ere, desabantaila da bere saturazio-korronte jasangarria baxua dela, eta burdinaren nukleoa saturatuta dagoenean, iragazkortasun magnetikoa nabarmen jaitsiko da. Ikus 4. irudira ferrita eta hautsezko burdina nukleoen iragazkortasun magnetikoaren beheranzko joera ikusteko, burdin nukleoa saturatuta dagoenean. Konparaketa. Potentzia-induzigailuetan erabiltzen denean, zirkuitu magnetiko nagusian aire hutsune bat utziko da, eta horrek iragazkortasuna murriztu dezake, saturazioa saihestu eta energia gehiago gorde dezake; aire tartea sartzen denean, iragazkortasun erlatibo baliokidea 20 ingurukoa izan daiteke- 200 artekoa. Materialaren beraren erresistentzia handiak korronte ertainek eragindako galera murriztu dezakeenez, galera txikiagoa da maiztasun altuetan, eta egokiagoa da. maiztasun handiko transformadoreak, EMI iragazki-induzigailuak eta potentzia-bihurgailuen energia biltegiratzeko induktoreak. Funtzionamendu-maiztasunari dagokionez, nikel-zink ferrita erabiltzeko egokia da (> 1 MHz), eta manganeso-zink ferrita maiztasun baxuagoko bandetan (<2 MHz) egokia da.

1

1. Irudia. Nukleo magnetikoaren histeresi-kurba (BR: erremanentzia; BSAT: saturazio-fluxu magnetikoaren dentsitatea)

3. Hautsa burdina nukleoa

Hauts-burdina nukleoak ere material ferromagnetiko bigunak dira. Material ezberdinetako burdina-hautsez edo soilik burdin-hautsez eginda daude. Formulak partikula tamaina ezberdineko material ez-magnetikoak ditu, beraz, saturazio-kurba nahiko leuna da. Hautsaren burdinaren nukleoa toroidala da gehienbat. 2. irudiak hautsaren burdinaren nukleoa eta bere zeharkako ikuspegia erakusten ditu.

Burdin hauts arrunten nukleoen artean honako hauek daude: burdin-nikel-molibdeno aleazioa (MPP), sendust (Sendust), burdin-nikel aleazioa (fluxu handikoa) eta burdin hautsaren nukleoa (burdin hautsa). Osagai desberdinak direla eta, bere ezaugarriak eta prezioak ere desberdinak dira, eta horrek induktoreen aukeraketan eragiten du. Jarraian aipatutako oinarrizko motak aurkeztuko dira eta haien ezaugarriak alderatuko dira:

A. Burdina-nikel-molibdeno aleazioa (MPP)

Fe-Ni-Mo aleazioa MPP gisa laburtzen da, hau da, molypermalloy hautsaren laburdura. Iragazkortasun erlatiboa 14-500 ingurukoa da, eta saturazio-fluxu magnetikoaren dentsitatea 7500 Gauss (Gauss) ingurukoa da, hau da, ferritaren saturazio-fluxu magnetikoaren dentsitatea (4000-5000 Gauss inguru) baino handiagoa. Asko kanpoan. MPP-k burdina-galera txikiena du eta tenperatura-egonkortasunik onena du hautsezko burdin-nukleoen artean. Kanpoko DC korrontea saturazio korronte ISATra iristen denean, induktantzia-balioa gutxitzen da poliki-poliki atenuazio bapateko gabe. MPP-k errendimendu hobea du baina kostu handiagoa du, eta potentzia-bihurgailuetarako potentzia-induzitzaile eta EMI iragazketa gisa erabiltzen da normalean.

B. Sendust

Burdin-silizio-aluminio aleazioko burdin nukleoa burdin, silizio eta aluminioz osatutako aleaziozko burdin nukleoa da, 26 eta 125 inguruko iragazkortasun magnetiko erlatiboa duena. Burdinaren galera burdin hautsaren nukleoaren eta MPP eta burdin-nikel aleazioen artean dago. . Saturazio-fluxu magnetikoaren dentsitatea MPP baino handiagoa da, 10500 Gauss ingurukoa. Tenperatura-egonkortasuna eta saturazio-korrontearen ezaugarriak MPP eta burdina-nikel aleazioa baino apur bat txikiagoak dira, baina burdin-hautsaren nukleoa eta ferrita-nukleoa baino hobeak dira, eta kostu erlatiboa MPP eta burdin-nikel aleazioa baino merkeagoa da. EMI iragazketan, potentzia-faktorea zuzentzeko (PFC) zirkuituetan eta potentzia-bihurgailuen potentzia-induzigailuetan erabiltzen da batez ere.

C. Burdina-nikel aleazioa (fluxu handikoa)

Burdin-nikel aleazio nukleoa burdinez eta nikelez egina dago. Iragazkortasun magnetiko erlatiboa 14-200 ingurukoa da. Burdin-galera eta tenperatura-egonkortasuna MPP eta burdina-silizio-aluminio aleazioen artean daude. Burdina-nikel aleazio nukleoak saturazio-fluxu magnetiko-dentsitate handiena du, 15.000 Gauss inguru, eta DC alborapen korronte handiagoak jasan ditzake, eta DC alborapenaren ezaugarriak ere hobeak dira. Aplikazio-esparrua: potentzia-faktore aktiboaren zuzenketa, energia biltegiratzeko induktantzia, iragazki-induktantzia, flyback bihurgailuaren maiztasun handiko transformatzailea, etab.

D. Burdina-hautsa

Burdina-hautsaren nukleoa purutasun handiko burdina-hauts partikulaz osatuta dago, elkarrengandik isolatuta dauden oso partikula txikiekin. Fabrikazio-prozesuak aire-hutsune bat du banatuta. Eraztun formaz gain, burdina-hautsaren nukleoen forma arruntek E-mota eta estanpazio motak ere baditu. Burdin hautsaren nukleoaren iragazkortasun magnetiko erlatiboa 10 eta 75 ingurukoa da, eta saturazio handiko fluxu magnetikoaren dentsitatea 15000 Gauss ingurukoa da. Hauts-burdina nukleoen artean, burdina-hautsaren nukleoak burdin-galera handiena du baina kostu txikiena.

3. irudian TDK-k fabrikatutako PC47 manganeso-zink ferritaren BH kurbak eta MICROMETALSek fabrikatutako -52 eta -2 hautsezko burdin-nukleoak erakusten dira; manganeso-zink ferritaren iragazkortasun magnetiko erlatiboa burdin hautsezko nukleoena baino askoz handiagoa da eta saturatua da Fluxu magnetikoaren dentsitatea ere oso desberdina da, ferrita 5000 Gauss ingurukoa da eta burdin hautsaren nukleoa 10000 Gauss baino gehiagokoa da.

3

3. Irudia. Material ezberdinetako manganeso-zink ferrita eta burdin hautsaren nukleoen BH kurba

Laburbilduz, burdin nukleoaren saturazio-ezaugarriak desberdinak dira; saturazio-korrontea gainditzen denean, ferrita-nukleoaren iragazkortasun magnetikoa nabarmen jaitsiko da, burdina-hautsaren nukleoa poliki-poliki jaitsi daitekeen bitartean. 4. irudiak iragazkortasun magnetikoko erorketa-ezaugarriak erakusten ditu iragazkortasun magnetiko bera duen burdina-hautsaren nukleo baten eta eremu magnetikoko indar desberdinen azpian aire hutsunea duen ferrita batena. Honek ferrita nukleoaren induktantzia ere azaltzen du, nukleoa saturatuta dagoenean iragazkortasuna nabarmen jaisten delako, (1) ekuazioan ikus daitekeen bezala, induktantzia ere nabarmen jaisten baita; hauts-nukleoa aire-hutsune banatua duen bitartean, iragazkortasun magnetikoa Tasa poliki-poliki murrizten da burdin-nukleoa saturatuta dagoenean, beraz, induktantzia astiroago jaisten da, hau da, DC alborapenaren ezaugarri hobeak ditu. Potentzia-bihurgailuen aplikazioan, ezaugarri hori oso garrantzitsua da; induktorearen saturazio-ezaugarri motela ona ez bada, induktore-korrontea saturazio-korronteraino igotzen da, eta induktantziaren bat-bateko jaitsierak aldaketa-kristalaren egungo tentsioa nabarmen igoko du, eta hori erraza da kalteak eragitea.

4

4. Irudia. Hautsaren burdinaren nukleoaren eta ferrita burdinaren nukleoaren iragazkortasun magnetikoaren jaitsieraren ezaugarriak eremu magnetikoko indar desberdinaren azpian aire hutsunearekin.

Indukzioen ezaugarri elektrikoak eta paketearen egitura

Kommutazio bihurgailu bat diseinatzean eta induktore bat hautatzean, L induktantzia-balioa, inpedantzia Z, AC erresistentzia ACR eta Q balioa (kalitate-faktorea), korronte nominala IDC eta ISAT eta nukleo-galera (nukleo-galera) eta beste ezaugarri elektriko garrantzitsu batzuk behar dira. kontuan izan. Horrez gain, induzigailuaren ontziratze-egiturak ihes magnetikoaren magnitudean eragingo du, eta horrek EMI eragiten du. Jarraian aipatutako ezaugarriak bereizita aztertuko dira induktoreak hautatzeko gogoeta gisa.

1. Induktantzia balioa (L)

Induktantzia-balioa zirkuituaren diseinuan oinarrizko parametro garrantzitsuena da, baina egiaztatu egin behar da induktantzia-balioa egonkorra den funtzionamendu-maiztasunean. Induktantziaren balio nominala 100 kHz edo 1 MHz-tan neurtu ohi da kanpoko DC alborapenik gabe. Eta masa-ekoizpen automatizatua egiteko aukera ziurtatzeko, induzitzailearen tolerantzia ±% 20 (M) eta ±% 30 (N) izan ohi da. 5. irudia Wayne Kerr-en LCR neurgailuarekin neurtutako Taiyo Yuden NR4018T220M indukzio-maiztasunaren ezaugarri grafikoa da. Irudian ikusten den bezala, induktantzia-balioaren kurba nahiko laua da 5 MHz baino lehen, eta induktantzia-balioa ia konstante gisa har daiteke. Maiztasun handiko bandan kapazitantzia parasitoak eta induktantziak sortutako erresonantzia dela eta, induktantzia balioa handituko da. Erresonantzia-maiztasun horri auto-ersonantzia-maiztasuna (SRF) deitzen zaio, normalean funtzionamendu-maiztasuna baino askoz handiagoa izan behar duena.

5

5. irudia, Taiyo Yuden NR4018T220M induktantzia-maiztasun ezaugarrien neurketa diagrama

2. Inpedantzia (Z)

6. Irudian ikusten den bezala, inpedantzia-diagrama ere ikus daiteke maiztasun desberdinetan induktantziaren errendimendutik. Induzitzailearen inpedantzia maiztasunarekiko proportzionala da gutxi gorabehera (Z=2πfL), beraz, zenbat eta maiztasun handiagoa izan, erreaktantzia AC erresistentzia baino askoz handiagoa izango da, beraz, inpedantziak induktantzia huts baten antzera jokatzen du (fasea 90˚ da). Maiztasun handietan, kapazitate parasitoaren efektuaren ondorioz, inpedantziaren maiztasun-puntua auto-ersonantea ikus daiteke. Puntu honen ondoren, inpedantzia jaitsi eta kapazitibo bihurtzen da, eta fasea pixkanaka -90 ˚-ra aldatzen da.

6

3. Q balioa eta AC erresistentzia (ACR)

Induktantziaren definizioan Q balioa erreaktantzia eta erresistentziaren arteko erlazioa da, hau da, irudimenezko zatiaren eta inpedantziaren zati errealaren arteko erlazioa, (2) formulan bezala.

(2)

Non XL induzitzailearen erreaktantzia den eta RL induzitzailearen AC erresistentzia den.

Maiztasun baxuko tartean, AC erresistentzia induktantziak eragindako erreaktantzia baino handiagoa da, beraz, bere Q balioa oso baxua da; maiztasuna handitzen den heinean, erreaktantzia (2πfL inguru) gero eta handiagoa da, nahiz eta larruazaleko efektuaren (azalaren efektuaren) eta hurbiltasunaren (hurbiltasunaren) efektuaren ondoriozko erresistentzia) Efektua gero eta handiagoa da, eta Q balioa oraindik ere handitzen da maiztasunarekin. ; SRFra hurbiltzen denean, erreaktantzia induktiboa pixkanaka konpentsatzen da erreaktantzia kapazitiboarekin, eta Q balioa pixkanaka txikiagotzen da; SRF zero bihurtzen denean, erreaktantzia induktiboa eta erreaktantzia kapazitiboa guztiz berdinak direlako Desagertzen. 7. irudiak NR4018T220M-ren Q balioaren eta maiztasunaren arteko erlazioa erakusten du, eta alderantzizko kanpai baten forma da erlazioa.

7

7. Irudia Taiyo Yuden NR4018T220M induzitzailearen Q balioaren eta maiztasunaren arteko erlazioa

Induktantziaren aplikazio-maiztasun-bandan, zenbat eta Q balio handiagoa izan, orduan eta hobeto; esan nahi du bere erreaktantzia AC erresistentzia baino askoz handiagoa dela. Oro har, Q balio onena 40tik gorakoa da, eta horrek esan nahi du induzitzailearen kalitatea ona dela. Hala ere, oro har, DC alborapena handitzen den heinean, induktantzia-balioa txikiagotu egingo da eta Q-a ere jaitsiko da. Alanbre esmaltatu laua edo hari anitzeko alanbre esmaltatua erabiltzen bada, azalaren efektua, hau da, AC erresistentzia, murriztu daiteke eta induzitzailearen Q balioa ere handitu daiteke.

DC erresistentzia DCR kobrezko hariaren DC erresistentzia gisa hartzen da, eta erresistentzia hariaren diametroaren eta luzeraren arabera kalkula daiteke. Hala eta guztiz ere, korronte baxuko SMD induzigailu gehienek ultrasoinu bidezko soldadura erabiliko dute SMDaren kobrezko xafla bihurtzeko terminalean. Hala ere, kobre-haria luzera ez denez eta erresistentzia-balioa handia ez denez, soldadura-erresistentzia DC erresistentzia orokorraren proportzio handia da askotan. TDK-ren haridun SMD induktorea CLF6045NIT-1R5N adibide gisa hartuta, neurtutako DC erresistentzia 14,6 mΩ da, eta DC erresistentzia hariaren diametroan eta luzeran oinarrituta kalkulatzen da 12,1 mΩ. Emaitzek erakusten dute soldadura-erresistentzia hori DC erresistentzia orokorraren %17 inguru dela.

AC erresistentzia ACR-k larruazaleko efektua eta hurbiltasun efektua ditu, eta horrek maiztasunarekin ACR handitzea eragingo du; Induktantzia orokorraren aplikazioan, AC osagaia DC osagaia baino askoz txikiagoa denez, ACR-k eragindako eragina ez da nabaria; baina karga arinean, DC osagaia murrizten denez, ACR-k eragindako galera ezin da alde batera utzi. Azalaren efektuak esan nahi du AC baldintzetan, eroalearen barruko korrontearen banaketa irregularra dela eta hariaren gainazalean kontzentratuta dagoela, eta ondorioz hariaren ebakidura-eremu baliokidea murrizten da, eta horrek, aldi berean, hariaren erresistentzia baliokidea areagotzen du. maiztasuna. Horrez gain, hari-harildu batean, aldameneko hariak korrontearen ondorioz eremu magnetikoen batuketa eta kenketa eragingo du, korrontea hariaren ondoan dagoen gainazalean (edo urrunen dagoen gainazalean, korrontearen noranzkoaren arabera, kontzentratzen da). ), eta horrek hari atzemate baliokidea ere eragiten du. Eremua txikiagotu eta erresistentzia baliokidea handitzen den fenomenoa hurbiltasun efektua deritzona da; geruza anitzeko harilkatu baten induktantzia aplikazioan, hurbiltasun-efektua are nabariagoa da.

8

8. Irudiak NR4018T220M alanbre-zauritutako SMD induktorearen AC erresistentziaren eta maiztasunaren arteko erlazioa erakusten du. 1kHz-ko maiztasunean, erresistentzia 360mΩ ingurukoa da; 100kHz-en, erresistentzia 775mΩ-ra igotzen da; 10MHz-en, erresistentzia-balioa 160Ω-tik hurbil dago. Kobre-galera kalkulatzerakoan, kalkuluak azalaren eta hurbiltasun-efektuek eragindako ACR kontuan hartu behar dute, eta (3) formulara aldatu.

4. Saturazio-korrontea (ISAT)

Saturazio-korrontea ISAT, orokorrean, induktantzia-balioa atenuatzen denean, % 10, % 30 edo % 40 bezalako markatzen den polarizazio-korrontea da. Air-gap ferritarako, bere saturazio-korrontearen ezaugarria oso azkarra denez, ez dago alde handirik %10 eta %40 artean. Ikusi 4. irudira. Hala ere, burdin hautsaren nukleoa bada (esaterako induktore estanpatua), saturazio-kurba nahiko leuna da, 9. irudian ikusten den bezala, induktantzia atenuazioaren % 10 edo % 40ko polarizazio-korrontea asko da. desberdina, beraz, saturazio-korrontearen balioa bereizita aztertuko da bi burdin-nukleo motetarako, honela.

Aire-hutsuneko ferrita baterako, arrazoizkoa da ISAT erabiltzea zirkuitu-aplikazioetarako indukzio-korronte maximoaren goiko muga gisa. Hala ere, burdina-hautsaren nukleoa bada, saturazio motelaren ezaugarria dela eta, ez da arazorik izango aplikazio-zirkuituaren korronte maximoa ISAT gainditzen badu ere. Hori dela eta, burdinazko nukleoaren ezaugarri hau bihurgailuen aplikazioak aldatzeko egokiena da. Karga astunean, induktorearen induktantzia-balioa baxua den arren, 9. irudian erakusten den bezala, korronte uhin-faktorea handia da, baina egungo kondentsadorearen korronte-perdoia handia da, beraz, ez da arazorik izango. Karga arinean, induktorearen induktantzia-balioa handiagoa da, eta horrek induktorearen uhin-korrontea murrizten laguntzen du, eta horrela burdinaren galera murrizten du. 9. irudiak TDK-ren SLF7055T1R5N ferrita zaurituaren eta SPM6530T1R5M burdina hautsaren nukleoaren induktorearen induktantzia balio nominal beraren pean alderatzen ditu.

9

9. Irudia. Zauriaren ferrita eta estanpatutako burdina hautsaren nukleoaren saturazio-korrontearen kurba induktantziaren balio nominal berdinean

5. Korronte nominala (IDC)

IDC balioa DC alborapena da induzituaren tenperatura Tr˚C-ra igotzen denean. Zehaztapenek DC erresistentzia-balioa ere adierazten dute 20˚C-tan. Kobre-hariaren tenperatura-koefizientearen arabera 3.930 ppm ingurukoa da, Tr-ren tenperatura igotzen denean, bere erresistentzia-balioa RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr) da eta bere energia-kontsumoa PCU = I2DCxRDC da. Kobre-galera hori induzigailuaren gainazalean xahutzen da, eta induktorearen ΘTH erresistentzia termikoa kalkula daiteke:

(2)

2. taulak TDK VLS6045EX seriearen datu-orriari egiten dio erreferentzia (6,0×6,0×4,5 mm), eta erresistentzia termikoa kalkulatzen du 40˚C-ko tenperatura igoeran. Jakina, serie eta tamaina bereko indukzioetarako, kalkulatutako erresistentzia termikoa ia berdina da gainazaleko beroa xahutzeko eremu bera dela eta; bestela esanda, induzigailu ezberdinen korronte nominala IDC estima daiteke. Induktoreen serie (pakete) ezberdinek erresistentzia termiko desberdinak dituzte. 3. taulan TDK VLS6045EX serieko (erdi blindatua) eta SPM6530 serieko (moldeatutako) induzitzaileen erresistentzia termikoa alderatzen da. Zenbat eta erresistentzia termikoa handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da induktantzia karga-korrontetik igarotzean sortzen den tenperatura igoera; bestela, behekoa.

(2)

2. taula. VLS6045EX serieko induktoreen erresistentzia termikoa 40˚C-ko tenperatura igoeran

3. taulan ikus daiteke induzigailuen tamaina antzekoa bada ere, estanpatutako induktoreen erresistentzia termikoa baxua dela, hau da, beroaren xahupena hobea dela.

(3)

3. taula. Pakete-induktore desberdinen erresistentzia termikoaren konparazioa.

6. Nukleoaren galera

Nukleoaren galera, burdinaren galera deritzona, korronte ertainen galerak eta histeresi galerak eragiten du batez ere. Korronte ertainaren galeraren tamaina, batez ere, nukleoaren materiala erraza den ala ez "eramateko" araberakoa da; eroankortasuna handia bada, hau da, erresistibitatea baxua, korronte ertainen galera handia da, eta ferritaren erresistentzia handia bada, korronte ertainen galera nahiko baxua da. Korronte ertainen galera maiztasunarekin ere lotuta dago. Zenbat eta maiztasun handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da korronte ertainen galera. Hori dela eta, nukleoaren materialak nukleoaren funtzionamendu-maiztasun egokia zehaztuko du. Oro har, burdin hautsaren nukleoaren lan-maiztasuna 1MHz-ra irits daiteke eta ferrita-ren lan-maiztasuna 10MHz-ra irits daiteke. Funtzionamendu-maiztasunak maiztasun hori gainditzen badu, korronte ertainen galera azkar handituko da eta burdinaren nukleoaren tenperatura ere handituko da. Hala ere, burdinazko nukleoen materialen garapen azkarrarekin, funtzionamendu-maiztasun handiagoak dituzten burdin nukleoak izkinan egon beharko lirateke.

Beste burdina-galera bat histeresi-galera da, histeresi-kurbak inguratzen duen eremuarekiko proportzionala dena, korrontearen AC osagaiaren swing-anplitudearekin erlazionatuta dagoena; zenbat eta handiagoa izan AC swing, orduan eta handiagoa da histeresi-galera.

Induzigailu baten zirkuitu baliokidean, induzigailuarekin paraleloan konektatutako erresistentzia bat erabili ohi da burdinaren galera adierazteko. Maiztasuna SRFren berdina denean, erreaktantzia induktiboa eta erreaktantzia kapazitiboa baliogabetzen dira, eta erreaktantzia baliokidea zero da. Une honetan, induzigailuaren inpedantzia harilaren erresistentziarekin serieko burdina-galeren erresistentziaren baliokidea da, eta burdina-galeren erresistentzia harilaren erresistentzia baino askoz handiagoa da, beraz, SRF-n inpedantzia burdina-galeren erresistentziaren berdina da gutxi gorabehera. Behe-tentsioko induktore bat adibide gisa hartuta, bere burdina-galeren erresistentzia 20kΩ ingurukoa da. Induzitzailearen bi muturretako balio eraginkorra 5V-koa dela kalkulatzen bada, bere burdina-galera 1,25 mW ingurukoa da, eta horrek erakusten du zenbat eta handiagoa izan burdina-galera erresistentzia, orduan eta hobea dela.

7. Ezkutuaren egitura

Ferrita-induktoreen ontzi-egiturak ez-blindatuak, erdi-blindatuak kola magnetikoarekin eta blindatuak ditu, eta bietako batean aire hutsune handia dago. Jakina, aire-hutsuneak ihes magnetikoa izango du, eta kasurik txarrenean, inguruko seinale-zirkuitu txikiak oztopatzen ditu, edo gertu material magnetikoren bat badago, bere induktantzia ere aldatuko da. Beste ontzi-egitura bat burdin hauts estanpatuaren induktorea da. Induktorearen barruan hutsunerik ez dagoenez eta harilkadura-egitura solidoa denez, eremu magnetikoaren xahutzearen arazoa nahiko txikia da. 10. irudia RTO 1004 osziloskopioaren FFT funtzioaren erabilera da ihes-eremu magnetikoaren magnitudea 3 mm-tan estanpatutako induktorearen gainean eta alboan neurtzeko. 4. taulan pakete-egiturako induktore desberdinen ihes-eremu magnetikoaren konparaketa zerrendatzen da. Ikusten da blindatu gabeko induktoreek ihes magnetiko larriena dutela; estanpatutako induktoreek ihes magnetiko txikiena dute, blindaje magnetiko efektu onena erakutsiz. . Bi egitura hauen induktoreen ihes-eremu magnetikoaren magnitudearen aldea 14 dB ingurukoa da, hau da, ia 5 aldiz.

10

10. Irudia. Ihes-eremu magnetikoaren magnitudea 3 mm-tan neurtutako indukzio estanpatuaren gainean eta alboan.

(4)

4. taula. Pakete-egiturako induktore desberdinen ihes-eremu magnetikoaren konparaketa

8. akoplamendua

Zenbait aplikaziotan, batzuetan DC bihurgailuen multzo anitz daude PCBan, normalean elkarren ondoan jarrita daudenak, eta dagozkien induktoreak ere elkarren ondoan jartzen dira. Kola magnetikoarekin blindatu gabeko edo erdi blindatutako mota bat erabiltzen baduzu Induktoreak elkarren artean akoplatu daitezke EMI interferentziak sortzeko. Hori dela eta, induzitzailea jartzean, induzitzailearen polaritatea lehenik markatzea gomendatzen da, eta induzitzailearen barneko geruzaren hasierako eta harilkatze-puntua bihurgailuaren kommutazio-tentsioarekin konektatzea, hala nola buck bihurgailu baten VSW-a. puntu mugikorra dena. Irteerako terminala irteerako kondentsadorearekin konektatzen da, hau da, puntu estatikoa; kobre-harizko harilkatzeak, beraz, eremu elektrikoaren nolabaiteko blindajea osatzen du. Multiplexagailuaren kableatuaren antolamenduan, induktantziaren polaritatea finkatzeak elkarrekiko induktantziaren magnitudea konpontzen laguntzen du eta ustekabeko EMI arazo batzuk saihesten laguntzen du.

Aplikazioak:

Aurreko kapituluan nukleoaren materiala, paketearen egitura eta induzigailuaren ezaugarri elektriko garrantzitsuak eztabaidatu ziren. Kapitulu honetan buck bihurgailuaren induktantzia-balio egokia nola aukeratu eta komertzialki eskuragarri dagoen induktore bat aukeratzeko gogoetak azalduko dira.

(5) ekuazioan erakusten den moduan, induktorearen balioak eta bihurgailuaren kommutazio-maiztasunak induzituaren uhin-korronteari (ΔiL) eragingo diote. Induktoreko uhin-korrontea irteerako kondentsadoretik igaroko da eta irteerako kondentsadorearen uhin-korrontea eragingo du. Hori dela eta, irteerako kondentsadorearen hautapenari eragingo dio eta gehiago eragingo du irteerako tentsioaren uhin-tamaina. Gainera, induktantzia-balioak eta irteerako kapazitate-balioak sistemaren feedback-diseinuan eta kargaren erantzun dinamikoan ere eragingo dute. Induktantzia-balio handiagoa aukeratzeak korronte tentsio txikiagoa du kondentsadorean, eta irteerako tentsio-uhindura murrizteko eta energia gehiago gordetzeko ere onuragarria da. Hala ere, induktantzia-balio handiagoak bolumen handiagoa adierazten du, hau da, kostu handiagoa. Hori dela eta, bihurgailua diseinatzerakoan, oso garrantzitsua da induktantzia-balioaren diseinua.

(5)

(5) formulatik ikus daiteke sarrerako tentsioaren eta irteerako tentsioaren arteko tartea handiagoa denean, induzitzailearen uhin-korrontea handiagoa izango dela, hau da, indukzio-diseinuaren egoerarik txarrena. Beste analisi induktibo batzuekin batera, beheranzko bihurgailuaren induktantzia diseinu-puntua normalean sarrerako tentsio maximoaren eta karga osoko baldintzetan hautatu behar da.

Induktantzia-balioa diseinatzerakoan, beharrezkoa da uhin-korronte induktorearen eta induzituaren tamainaren arteko truke-off bat egitea, eta uhin-korrontearen faktorea (uhin-korronte-faktorea; γ) definitzen da hemen, (6) formulan bezala.

(6)

(6) formula (5) formulan ordezkatuz, induktantzia-balioa (7) formula gisa adieraz daiteke.

(7)

(7) formularen arabera, sarrerako eta irteerako tentsioaren arteko aldea handiagoa denean, γ balioa handiagoa hauta daiteke; aitzitik, sarrerako eta irteerako tentsioa hurbilago badago, γ balioaren diseinuak txikiagoa izan behar du. Induktoreko uhin-korrontearen eta tamainaren artean aukeratzeko, diseinuaren esperientzia tradizionalaren balioaren arabera, γ 0,2 eta 0,5 artekoa izan ohi da. Jarraian, RT7276 adibide gisa hartzen da induktantziaren kalkulua eta komertzialki eskuragarri dauden induktoreen aukeraketa ilustratzeko.

Diseinuaren adibidea: RT7276 etengabeko on-time aurreratuarekin (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) zuzenketa sinkronoaren jaitsiera bihurgailuarekin diseinatua, bere kommutazio-maiztasuna 700 kHz-koa da, sarrerako tentsioa 4,5V-tik 18V-koa da eta irteera-tentsioa 1,05V-koa da. . Karga osoko korrontea 3A da. Arestian esan bezala, induktantzia-balioa 18V-eko gehienezko sarrerako tentsioaren eta 3A-ko karga osoaren baldintzetan diseinatu behar da, γ-ren balioa 0,35 gisa hartzen da eta goiko balioa (7) ekuazioan ordezkatzen da, induktantzia. balioa da

Erabili 1,5 µH-ko ohiko induktantzia balio nominala duen induktore bat. Ordezkatu (5) formula inductor uhin-korrontea honela kalkulatzeko.

Beraz, induktorearen gailurra da

Eta induktoreko korrontearen balio eraginkorra (IRMS) da

Induzitzailearen uhin-osagaia txikia denez, induzitzailearen korrontearen balio eraginkorra bere DC osagaia da nagusiki, eta balio eraginkor hori IDC korronte nominala inductora hautatzeko oinarri gisa erabiltzen da. % 80ko derating (errakuntza) diseinuarekin, induktantzia-eskakizunak hauek dira:

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

5. taulan TDK-ren serie desberdinetako induzigailu eskuragarriak zerrendatzen dira, tamainaz antzekoak baina paketeen egituraz desberdinak. Taulan ikus daiteke estanpatutako induktorearen saturazio-korrontea eta korronte nominala (SPM6530T-1R5M) handiak direla eta erresistentzia termikoa txikia dela eta beroaren xahupena ona dela. Gainera, aurreko kapituluko eztabaidaren arabera, estanpatutako induktorearen nukleoaren materiala burdin hautsaren nukleoa da, beraz, erdi blindatutako (VLS6045EX-1R5N) eta blindatutako (SLF7055T-1R5N) induktoreen ferrita nukleoarekin alderatzen da. kola magnetikoarekin. , DC alborapenaren ezaugarri onak ditu. 11. irudiak RT7276 on-time sinkroniko zuzenketa-errektizazio bihurgailu aurreratuari aplikatutako induzigailu desberdinen eraginkortasunaren konparaketa erakusten du. Emaitzek erakusten dute hiruren arteko eraginkortasun aldea ez dela esanguratsua. Beroaren xahupena, DC alborapenaren ezaugarriak eta eremu magnetikoaren xahupen arazoak kontuan hartzen badituzu, SPM6530T-1R5M induktoreak erabiltzea gomendatzen da.

(5)

5. Taula. TDK-ren serie ezberdinen induktantziak alderatzea

11

11. Irudia. Bihurgailuaren eraginkortasunaren konparaketa induktore ezberdinekin

Pakete-egitura eta induktantzia-balio bera aukeratzen baduzu, baina tamaina txikiagoko induktoreak, hala nola SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), bere tamaina txikia bada ere, baina DC erresistentzia RDC (44,5 mΩ) eta erresistentzia termikoa ΘTH ( 51˚C) /W) Handiagoa. Zehaztapen bereko bihurgailuetarako, induzitzaileak jasaten duen korrontearen balio eraginkorra ere berdina da. Jakina, DC erresistentziak karga astunean eraginkortasuna murriztuko du. Horrez gain, erresistentzia termiko handiak beroa xahutze txarra dakar. Hori dela eta, induktore bat aukeratzerakoan, tamaina murriztuaren onurak kontuan hartzeaz gain, harekin batera dauden gabeziak ebaluatu behar dira.

Bukatzeko

Induktantzia potentzia kommutazio bihurgailuetan erabili ohi den osagai pasiboetako bat da, energia biltegiratzeko eta iragazteko erabil daitekeena. Hala ere, zirkuituaren diseinuan, ez da bakarrik erreparatu behar den induktantzia-balioari, baina beste parametro batzuk, besteak beste, AC erresistentzia eta Q balioa, korronte-perdoia, burdin-nukleoaren saturazioa eta pakete-egitura, etab., behar diren parametroak dira. kontuan hartu behar da induktore bat aukeratzerakoan. . Parametro hauek oinarrizko materialarekin, fabrikazio-prozesuarekin eta tamainarekin eta kostuarekin erlazionatuta egon ohi dira. Hori dela eta, artikulu honek burdina-nukleoko material ezberdinen ezaugarriak eta induktantzia egoki bat nola aukeratu elikadura horniduraren diseinurako erreferentzia gisa aurkezten ditu.