νέα

Περίληψη

Τα πηνία είναι πολύ σημαντικά εξαρτήματα στους μετατροπείς μεταγωγής, όπως η αποθήκευση ενέργειας και τα φίλτρα ισχύος. Υπάρχουν πολλοί τύποι πηνίων, όπως για διαφορετικές εφαρμογές (από χαμηλή συχνότητα έως υψηλή συχνότητα), ή διαφορετικά υλικά πυρήνα που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του επαγωγέα κ.λπ. Οι επαγωγείς που χρησιμοποιούνται στους μετατροπείς μεταγωγής είναι μαγνητικά εξαρτήματα υψηλής συχνότητας. Ωστόσο, λόγω διαφόρων παραγόντων όπως τα υλικά, οι συνθήκες λειτουργίας (όπως τάση και ρεύμα) και η θερμοκρασία περιβάλλοντος, τα χαρακτηριστικά και οι θεωρίες που παρουσιάζονται είναι αρκετά διαφορετικά. Επομένως, στη σχεδίαση του κυκλώματος, εκτός από τη βασική παράμετρο της τιμής της επαγωγής, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η σχέση μεταξύ της σύνθετης αντίστασης του επαγωγέα και της αντίστασης και συχνότητας εναλλασσόμενου ρεύματος, της απώλειας πυρήνα και των χαρακτηριστικών ρεύματος κορεσμού κ.λπ. Αυτό το άρθρο θα εισαγάγει πολλά σημαντικά υλικά πυρήνα πηνίου και τα χαρακτηριστικά τους, και επίσης θα καθοδηγήσει τους μηχανικούς ισχύος να επιλέξουν τυπικούς επαγωγείς που διατίθενται στο εμπόριο.

Πρόλογος

Ο επαγωγέας είναι ένα εξάρτημα ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το οποίο σχηματίζεται με την περιέλιξη ενός συγκεκριμένου αριθμού πηνίων (πηνίο) σε μια μπομπίνα ή έναν πυρήνα με ένα μονωμένο σύρμα. Αυτό το πηνίο ονομάζεται πηνίο επαγωγής ή επαγωγέας. Σύμφωνα με την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, όταν το πηνίο και το μαγνητικό πεδίο κινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο ή το πηνίο δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο μέσω εναλλασσόμενου ρεύματος, θα δημιουργηθεί μια επαγόμενη τάση για να αντισταθεί στην αλλαγή του αρχικού μαγνητικού πεδίου. και αυτό το χαρακτηριστικό του περιορισμού της τρέχουσας αλλαγής ονομάζεται επαγωγή.

Ο τύπος της τιμής της επαγωγής είναι ο τύπος (1), ο οποίος είναι ανάλογος με τη μαγνητική διαπερατότητα, το τετράγωνο της περιέλιξης N και την ισοδύναμη περιοχή διατομής του μαγνητικού κυκλώματος Ae, και είναι αντιστρόφως ανάλογος με το ισοδύναμο μήκος μαγνητικού κυκλώματος le . Υπάρχουν πολλοί τύποι αυτεπαγωγής, ο καθένας κατάλληλος για διαφορετικές εφαρμογές. η αυτεπαγωγή σχετίζεται με το σχήμα, το μέγεθος, τη μέθοδο περιέλιξης, τον αριθμό των στροφών και τον τύπο του ενδιάμεσου μαγνητικού υλικού.

(1)

Ανάλογα με το σχήμα του πυρήνα του σιδήρου, η αυτεπαγωγή περιλαμβάνει δακτυλιοειδές, πυρήνα E και τύμπανο. Όσον αφορά το υλικό πυρήνα σιδήρου, υπάρχουν κυρίως κεραμικός πυρήνας και δύο μαλακοί μαγνητικοί τύποι. Είναι φερρίτης και μεταλλική σκόνη. Ανάλογα με τη δομή ή τη μέθοδο συσκευασίας, υπάρχουν τυλιγμένα σύρματα, πολυστρωματικά και καλουπωμένα, και το συρμάτινο τραύμα έχει μη θωρακισμένο και το μισό μαγνητική κόλλα Θωρακισμένη (ημιθωρακισμένη) και θωρακισμένη (θωρακισμένη) κ.λπ.

Το πηνίο λειτουργεί σαν βραχυκύκλωμα στο συνεχές ρεύμα και παρουσιάζει υψηλή σύνθετη αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα. Οι βασικές χρήσεις στα κυκλώματα περιλαμβάνουν πνιγμό, φιλτράρισμα, συντονισμό και αποθήκευση ενέργειας. Στην εφαρμογή του μετατροπέα μεταγωγής, το πηνίο είναι το πιο σημαντικό εξάρτημα αποθήκευσης ενέργειας και σχηματίζει ένα χαμηλοπερατό φίλτρο με τον πυκνωτή εξόδου για τη μείωση της κυματισμού τάσης εξόδου, επομένως παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη λειτουργία φιλτραρίσματος.

Αυτό το άρθρο θα εισαγάγει τα διάφορα υλικά πυρήνα των πηνίων και τα χαρακτηριστικά τους, καθώς και ορισμένα από τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των επαγωγέων, ως σημαντική αναφορά αξιολόγησης για την επιλογή επαγωγέων κατά τη σχεδίαση κυκλώματος. Στο παράδειγμα εφαρμογής, ο τρόπος υπολογισμού της τιμής επαγωγής και ο τρόπος επιλογής ενός εμπορικά διαθέσιμου τυπικού επαγωγέα θα εισαχθούν μέσω πρακτικών παραδειγμάτων.

Τύπος υλικού πυρήνα

Οι επαγωγείς που χρησιμοποιούνται στους μετατροπείς μεταγωγής είναι μαγνητικά εξαρτήματα υψηλής συχνότητας. Το υλικό του πυρήνα στο κέντρο επηρεάζει περισσότερο τα χαρακτηριστικά του επαγωγέα, όπως η σύνθετη αντίσταση και η συχνότητα, η τιμή και η συχνότητα της επαγωγής ή τα χαρακτηριστικά κορεσμού του πυρήνα. Τα παρακάτω θα εισαγάγουν τη σύγκριση πολλών κοινών υλικών πυρήνων σιδήρου και τα χαρακτηριστικά κορεσμού τους ως σημαντική αναφορά για την επιλογή επαγωγέων ισχύος:

1. Κεραμικός πυρήνας

Ο κεραμικός πυρήνας είναι ένα από τα κοινά υλικά επαγωγής. Χρησιμοποιείται κυρίως για την παροχή της δομής στήριξης που χρησιμοποιείται κατά την περιέλιξη του πηνίου. Ονομάζεται επίσης "πηνίο πυρήνα αέρα". Επειδή ο πυρήνας σιδήρου που χρησιμοποιείται είναι ένα μη μαγνητικό υλικό με πολύ χαμηλό συντελεστή θερμοκρασίας, η τιμή αυτεπαγωγής είναι πολύ σταθερή στο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Ωστόσο, λόγω του μη μαγνητικού υλικού ως μέσου, η επαγωγή είναι πολύ χαμηλή, κάτι που δεν είναι πολύ κατάλληλο για την εφαρμογή μετατροπέων ισχύος.

2. Φερρίτης

Ο πυρήνας φερρίτη που χρησιμοποιείται σε γενικά επαγωγείς υψηλής συχνότητας είναι μια ένωση φερρίτη που περιέχει ψευδάργυρο νικελίου (NiZn) ή ψευδάργυρο μαγγανίου (MnZn), το οποίο είναι ένα μαλακό μαγνητικό σιδηρομαγνητικό υλικό με χαμηλή καταναγκαστική ικανότητα. Το σχήμα 1 δείχνει την καμπύλη υστέρησης (βρόχος BH) ενός γενικού μαγνητικού πυρήνα. Η δύναμη καταναγκασμού HC ενός μαγνητικού υλικού ονομάζεται επίσης καταναγκαστική δύναμη, που σημαίνει ότι όταν το μαγνητικό υλικό έχει μαγνητιστεί σε μαγνητικό κορεσμό, η μαγνήτισή του (μαγνήτιση) μειώνεται στο μηδέν Η απαιτούμενη ένταση μαγνητικού πεδίου εκείνη τη στιγμή. Χαμηλότερος καταναγκασμός σημαίνει χαμηλότερη αντίσταση στην απομαγνήτιση και επίσης σημαίνει χαμηλότερη απώλεια υστέρησης.

Οι φερρίτες μαγγανίου-ψευδάργυρου και νικελίου-ψευδάργυρου έχουν σχετικά υψηλή σχετική διαπερατότητα (μr), περίπου 1500-15000 και 100-1000, αντίστοιχα. Η υψηλή μαγνητική διαπερατότητά τους κάνει τον πυρήνα του σιδήρου υψηλότερο σε έναν ορισμένο όγκο. Η επαγωγή. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι ότι το ανεκτό ρεύμα κορεσμού του είναι χαμηλό και μόλις κορεσθεί ο πυρήνας του σιδήρου, η μαγνητική διαπερατότητα θα μειωθεί απότομα. Ανατρέξτε στο Σχήμα 4 για τη φθίνουσα τάση της μαγνητικής διαπερατότητας των πυρήνων φερρίτη και σκόνης σιδήρου όταν ο πυρήνας του σιδήρου είναι κορεσμένος. Σύγκριση. Όταν χρησιμοποιείται σε επαγωγείς ισχύος, θα μείνει ένα κενό αέρα στο κύριο μαγνητικό κύκλωμα, το οποίο μπορεί να μειώσει τη διαπερατότητα, να αποφύγει τον κορεσμό και να αποθηκεύσει περισσότερη ενέργεια. όταν περιλαμβάνεται το διάκενο αέρα, η ισοδύναμη σχετική διαπερατότητα μπορεί να είναι περίπου 20 - Μεταξύ 200. Δεδομένου ότι η υψηλή ειδική αντίσταση του ίδιου του υλικού μπορεί να μειώσει την απώλεια που προκαλείται από το δινορευματικό ρεύμα, η απώλεια είναι μικρότερη σε υψηλές συχνότητες και είναι πιο κατάλληλο για μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας, επαγωγείς φίλτρων EMI και επαγωγείς αποθήκευσης ενέργειας μετατροπέων ισχύος. Όσον αφορά τη συχνότητα λειτουργίας, ο φερρίτης νικελίου-ψευδαργύρου είναι κατάλληλος για χρήση (>1 MHz), ενώ ο φερρίτης μαγγανίου-ψευδαργύρου είναι κατάλληλος για ζώνες χαμηλότερης συχνότητας (<2 MHz).

1

Σχήμα 1. Η καμπύλη υστέρησης του μαγνητικού πυρήνα (BR: remanence; BSAT: πυκνότητα μαγνητικής ροής κορεσμού)

3. Πυρήνας σιδήρου σε σκόνη

Οι πυρήνες από σκόνη σιδήρου είναι επίσης μαλακά μαγνητικά σιδηρομαγνητικά υλικά. Είναι κατασκευασμένα από κράματα σκόνης σιδήρου διαφορετικών υλικών ή μόνο σκόνη σιδήρου. Ο τύπος περιέχει μη μαγνητικά υλικά με διαφορετικά μεγέθη σωματιδίων, επομένως η καμπύλη κορεσμού είναι σχετικά ήπια. Ο πυρήνας του σιδήρου σε σκόνη είναι ως επί το πλείστον σπειροειδής. Το Σχήμα 2 δείχνει τον πυρήνα από σκόνη σιδήρου και την όψη της διατομής του.

Οι συνήθεις πυρήνες σιδήρου σε σκόνη περιλαμβάνουν κράμα σιδήρου-νικελίου-μολυβδαινίου (MPP), sendust (Sendust), κράμα σιδήρου-νικελίου (υψηλή ροή) και πυρήνα σκόνης σιδήρου (σκόνη σιδήρου). Λόγω των διαφορετικών εξαρτημάτων, τα χαρακτηριστικά και οι τιμές του είναι επίσης διαφορετικά, γεγονός που επηρεάζει την επιλογή των πηνίων. Τα παρακάτω θα παρουσιάσουν τους προαναφερθέντες τύπους πυρήνων και θα συγκρίνουν τα χαρακτηριστικά τους:

Α. Κράμα σιδήρου-νικελίου-μολυβδαινίου (MPP)

Το κράμα Fe-Ni-Mo συντομεύεται ως MPP, που είναι η συντομογραφία της σκόνης molypermalloy. Η σχετική διαπερατότητα είναι περίπου 14-500 και η πυκνότητα της μαγνητικής ροής κορεσμού είναι περίπου 7500 Gauss (Gauss), η οποία είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα της μαγνητικής ροής κορεσμού του φερρίτη (περίπου 4000-5000 Gauss). Πολλοί έξω. Το MPP έχει τη μικρότερη απώλεια σιδήρου και έχει την καλύτερη σταθερότητα θερμοκρασίας μεταξύ των πυρήνων σιδήρου σε σκόνη. Όταν το εξωτερικό ρεύμα συνεχούς ρεύματος φτάσει στο ρεύμα κορεσμού ISAT, η τιμή της αυτεπαγωγής μειώνεται αργά χωρίς απότομη εξασθένηση. Το MPP έχει καλύτερη απόδοση αλλά υψηλότερο κόστος και χρησιμοποιείται συνήθως ως επαγωγέας ισχύος και φίλτρο EMI για μετατροπείς ισχύος.

Β. Sendust

Ο πυρήνας σιδήρου από κράμα σιδήρου πυριτίου-αλουμινίου είναι ένας πυρήνας από κράμα σιδήρου που αποτελείται από σίδηρο, πυρίτιο και αλουμίνιο, με σχετική μαγνητική διαπερατότητα περίπου 26 έως 125. Η απώλεια σιδήρου είναι μεταξύ του πυρήνα σκόνης σιδήρου και του MPP και του κράματος σιδήρου-νικελίου . Η πυκνότητα της μαγνητικής ροής κορεσμού είναι υψηλότερη από το MPP, περίπου 10500 Gauss. Τα χαρακτηριστικά σταθερότητας θερμοκρασίας και ρεύματος κορεσμού είναι ελαφρώς κατώτερα από το MPP και το κράμα σιδήρου-νικελίου, αλλά καλύτερα από τον πυρήνα σκόνης σιδήρου και τον πυρήνα φερρίτη και το σχετικό κόστος είναι φθηνότερο από το MPP και το κράμα σιδήρου-νικελίου. Χρησιμοποιείται κυρίως σε κυκλώματα φιλτραρίσματος EMI, διόρθωσης συντελεστή ισχύος (PFC) και επαγωγείς ισχύος μετατροπέων ισχύος μεταγωγής.

Γ. Κράμα σιδήρου-νικελίου (υψηλή ροή)

Ο πυρήνας από κράμα σιδήρου-νικελίου είναι κατασκευασμένος από σίδηρο και νικέλιο. Η σχετική μαγνητική διαπερατότητα είναι περίπου 14-200. Η απώλεια σιδήρου και η σταθερότητα της θερμοκρασίας είναι μεταξύ MPP και κράματος σιδήρου-πυριτίου-αλουμινίου. Ο πυρήνας από κράμα σιδήρου-νικελίου έχει την υψηλότερη πυκνότητα μαγνητικής ροής κορεσμού, περίπου 15.000 Gauss, και μπορεί να αντέξει υψηλότερα ρεύματα πόλωσης DC και τα χαρακτηριστικά πόλωσης DC είναι επίσης καλύτερα. Πεδίο εφαρμογής: Διόρθωση ενεργού συντελεστή ισχύος, επαγωγή αποθήκευσης ενέργειας, επαγωγή φίλτρου, μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας μετατροπέα flyback κ.λπ.

Δ. Σκόνη σιδήρου

Ο πυρήνας σκόνης σιδήρου είναι κατασκευασμένος από σωματίδια σκόνης σιδήρου υψηλής καθαρότητας με πολύ μικρά σωματίδια που είναι μονωμένα μεταξύ τους. Η διαδικασία κατασκευής το κάνει να έχει ένα κατανεμημένο διάκενο αέρα. Εκτός από το σχήμα δακτυλίου, τα κοινά σχήματα πυρήνα σκόνης σιδήρου έχουν επίσης τύπους Ε και τύπους σφράγισης. Η σχετική μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα σκόνης σιδήρου είναι περίπου 10 έως 75 και η πυκνότητα μαγνητικής ροής υψηλής κορεσμού είναι περίπου 15000 Gauss. Μεταξύ των πυρήνων σκόνης σιδήρου, ο πυρήνας σε σκόνη σιδήρου έχει την υψηλότερη απώλεια σιδήρου αλλά το χαμηλότερο κόστος.

Το σχήμα 3 δείχνει τις καμπύλες ΒΗ του φερρίτη μαγγανίου-ψευδαργύρου PC47 που κατασκευάζεται από την TDK και τους πυρήνες σιδήρου σε σκόνη -52 και -2 που κατασκευάζονται από την MICROMETALS. Η σχετική μαγνητική διαπερατότητα του φερρίτη μαγγανίου-ψευδαργύρου είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των πυρήνων σιδήρου σε σκόνη και είναι κορεσμένη. Η πυκνότητα της μαγνητικής ροής είναι επίσης πολύ διαφορετική, ο φερρίτης είναι περίπου 5000 Gauss και ο πυρήνας σε σκόνη σιδήρου είναι περισσότερο από 10000 Gauss.

3

Σχήμα 3. Καμπύλη BH πυρήνων φερρίτη μαγγανίου-ψευδάργυρου και σκόνης σιδήρου από διαφορετικά υλικά

Συνοπτικά, τα χαρακτηριστικά κορεσμού του πυρήνα του σιδήρου είναι διαφορετικά. Μόλις ξεπεραστεί το ρεύμα κορεσμού, η μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα του φερρίτη θα μειωθεί απότομα, ενώ ο πυρήνας σε σκόνη σιδήρου μπορεί να μειωθεί αργά. Το σχήμα 4 δείχνει τα χαρακτηριστικά πτώσης μαγνητικής διαπερατότητας ενός πυρήνα σιδήρου σε σκόνη με την ίδια μαγνητική διαπερατότητα και ενός φερρίτη με διάκενο αέρα υπό διαφορετικές εντάσεις μαγνητικού πεδίου. Αυτό εξηγεί επίσης την επαγωγή του πυρήνα του φερρίτη, επειδή η διαπερατότητα πέφτει απότομα όταν ο πυρήνας είναι κορεσμένος, όπως φαίνεται από την εξίσωση (1), προκαλεί επίσης απότομη πτώση της επαγωγής. ενώ ο πυρήνας σκόνης με κατανεμημένο διάκενο αέρα, η μαγνητική διαπερατότητα Ο ρυθμός μειώνεται αργά όταν ο πυρήνας του σιδήρου είναι κορεσμένος, επομένως η επαγωγή μειώνεται πιο ήπια, δηλαδή έχει καλύτερα χαρακτηριστικά πόλωσης DC. Στην εφαρμογή μετατροπέων ισχύος, αυτό το χαρακτηριστικό είναι πολύ σημαντικό. Εάν το χαρακτηριστικό αργού κορεσμού του επαγωγέα δεν είναι καλό, το ρεύμα του επαγωγέα ανεβαίνει στο ρεύμα κορεσμού και η ξαφνική πτώση της επαγωγής θα προκαλέσει απότομη αύξηση της τάσης του ρεύματος του κρυστάλλου μεταγωγής, κάτι που είναι εύκολο να προκαλέσει ζημιά.

4

Σχήμα 4. Χαρακτηριστικά πτώσης μαγνητικής διαπερατότητας πυρήνα σιδήρου σκόνης και πυρήνα σιδήρου φερρίτη με διάκενο αέρα υπό διαφορετική ένταση μαγνητικού πεδίου.

Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά πηνίου και δομή συσκευασίας

Κατά το σχεδιασμό ενός μετατροπέα μεταγωγής και την επιλογή ενός επαγωγέα, η τιμή αυτεπαγωγής L, η σύνθετη αντίσταση Z, η αντίσταση AC ACR και η τιμή Q (συντελεστής ποιότητας), το ονομαστικό ρεύμα IDC και το ISAT και η απώλεια πυρήνα (απώλεια πυρήνα) και άλλα σημαντικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά είναι όλα απαραίτητα να ληφθούν υπόψη. Επιπλέον, η δομή συσκευασίας του επαγωγέα θα επηρεάσει το μέγεθος της μαγνητικής διαρροής, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει το EMI. Στη συνέχεια θα συζητηθούν τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά ξεχωριστά ως στοιχεία για την επιλογή επαγωγέων.

1. Τιμή επαγωγής (L)

Η τιμή αυτεπαγωγής ενός επαγωγέα είναι η πιο σημαντική βασική παράμετρος στο σχεδιασμό του κυκλώματος, αλλά πρέπει να ελεγχθεί εάν η τιμή αυτεπαγωγής είναι σταθερή στη συχνότητα λειτουργίας. Η ονομαστική τιμή της αυτεπαγωγής συνήθως μετριέται στα 100 kHz ή 1 MHz χωρίς εξωτερική πόλωση DC. Και για να εξασφαλιστεί η δυνατότητα μαζικής αυτοματοποιημένης παραγωγής, η ανοχή του επαγωγέα είναι συνήθως ±20% (M) και ±30% (N). Το σχήμα 5 είναι το χαρακτηριστικό γράφημα επαγωγής-συχνότητας του επαγωγέα Taiyo Yuden NR4018T220M που μετρήθηκε με το μετρητή LCR του Wayne Kerr. Όπως φαίνεται στο σχήμα, η καμπύλη τιμής αυτεπαγωγής είναι σχετικά επίπεδη πριν από τα 5 MHz και η τιμή της επαγωγής μπορεί σχεδόν να θεωρηθεί ως σταθερά. Στη ζώνη υψηλής συχνότητας λόγω του συντονισμού που δημιουργείται από την παρασιτική χωρητικότητα και επαγωγή, η τιμή της επαγωγής θα αυξηθεί. Αυτή η συχνότητα συντονισμού ονομάζεται συχνότητα αυτοσυντονισμού (SRF), η οποία συνήθως χρειάζεται να είναι πολύ μεγαλύτερη από τη συχνότητα λειτουργίας.

5

Εικόνα 5, Χαρακτηριστικό διάγραμμα μέτρησης επαγωγής-συχνότητας Taiyo Yuden NR4018T220M

2. Αντίσταση (Z)

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 6, το διάγραμμα σύνθετης αντίστασης μπορεί επίσης να φανεί από την απόδοση της αυτεπαγωγής σε διαφορετικές συχνότητες. Η σύνθετη αντίσταση του επαγωγέα είναι περίπου ανάλογη με τη συχνότητα (Z=2πfL), επομένως όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, η αντίσταση θα είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίσταση AC, επομένως η σύνθετη αντίσταση συμπεριφέρεται σαν μια καθαρή αυτεπαγωγή (η φάση είναι 90˚). Σε υψηλές συχνότητες, λόγω του φαινομένου της παρασιτικής χωρητικότητας, μπορεί να φανεί το σημείο αυτοσυντονιζόμενης συχνότητας της σύνθετης αντίστασης. Μετά από αυτό το σημείο, η σύνθετη αντίσταση πέφτει και γίνεται χωρητική και η φάση σταδιακά αλλάζει σε -90 ˚.

6

3. Τιμή Q και αντίσταση AC (ACR)

Η τιμή Q στον ορισμό της επαγωγής είναι ο λόγος της αντίδρασης προς την αντίσταση, δηλαδή ο λόγος του φανταστικού τμήματος προς το πραγματικό μέρος της σύνθετης αντίστασης, όπως στον τύπο (2).

(2)

Όπου XL είναι η αντίδραση του επαγωγέα και RL είναι η αντίσταση AC του επαγωγέα.

Στο εύρος χαμηλής συχνότητας, η αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση που προκαλείται από την αυτεπαγωγή, επομένως η τιμή Q της είναι πολύ χαμηλή. καθώς αυξάνεται η συχνότητα, η αντίδραση (περίπου 2πfL) γίνεται όλο και μεγαλύτερη, ακόμα και αν η αντίσταση λόγω δερματικού φαινομένου (skin effect) και εγγύτητας (proximity)) Το φαινόμενο γίνεται όλο και μεγαλύτερο και η τιμή Q εξακολουθεί να αυξάνεται με τη συχνότητα ; όταν πλησιάζει το SRF, η επαγωγική αντίδραση αντισταθμίζεται σταδιακά από την χωρητική αντίδραση και η τιμή Q σταδιακά γίνεται μικρότερη. όταν το SRF γίνει μηδέν, επειδή η επαγωγική αντίδραση και η χωρητική αντίδραση είναι εντελώς ίδια Εξαφανίζονται. Το Σχήμα 7 δείχνει τη σχέση μεταξύ της τιμής Q και της συχνότητας του NR4018T220M και η σχέση έχει το σχήμα ενός ανεστραμμένου κουδουνιού.

7

Σχήμα 7. Η σχέση μεταξύ της τιμής Q και της συχνότητας του επαγωγέα Taiyo Yuden NR4018T220M

Στη ζώνη συχνοτήτων εφαρμογής της επαγωγής, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή Q, τόσο το καλύτερο. σημαίνει ότι η αντίδρασή του είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίσταση AC. Σε γενικές γραμμές, η καλύτερη τιμή Q είναι πάνω από 40, πράγμα που σημαίνει ότι η ποιότητα του πηνίου είναι καλή. Ωστόσο, γενικά καθώς αυξάνεται η πόλωση DC, η τιμή της αυτεπαγωγής θα μειωθεί και η τιμή Q θα μειωθεί επίσης. Εάν χρησιμοποιείται επίπεδο επισμαλτωμένο σύρμα ή πολυκλωνικό εμαγιέ σύρμα, το εφέ δέρματος, δηλαδή η αντίσταση AC, μπορεί να μειωθεί και η τιμή Q του επαγωγέα μπορεί επίσης να αυξηθεί.

Η αντίσταση DC DCR γενικά θεωρείται ως η αντίσταση DC του χάλκινου σύρματος και η αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με τη διάμετρο και το μήκος του σύρματος. Ωστόσο, οι περισσότεροι από τους επαγωγείς SMD χαμηλού ρεύματος θα χρησιμοποιήσουν συγκόλληση με υπερήχους για την κατασκευή του φύλλου χαλκού του SMD στον ακροδέκτη περιέλιξης. Ωστόσο, επειδή το χάλκινο σύρμα δεν έχει μεγάλο μήκος και η τιμή αντίστασης δεν είναι υψηλή, η αντίσταση συγκόλλησης συχνά αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό ποσοστό της συνολικής αντίστασης DC. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον επαγωγέα SMD με σύρμα CLF6045NIT-1R5N της TDK, η μετρούμενη αντίσταση DC είναι 14,6 mΩ και η αντίσταση DC που υπολογίζεται με βάση τη διάμετρο και το μήκος του σύρματος είναι 12,1 mΩ. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι αυτή η αντίσταση συγκόλλησης αντιπροσωπεύει περίπου το 17% της συνολικής αντίστασης DC.

Αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος Το ACR έχει επίδραση δέρματος και εγγύτητα, τα οποία θα αναγκάσουν το ACR να αυξάνεται με τη συχνότητα. Στην εφαρμογή της γενικής αυτεπαγωγής, επειδή το στοιχείο AC είναι πολύ χαμηλότερο από το στοιχείο DC, η επίδραση που προκαλείται από το ACR δεν είναι προφανής. αλλά σε ελαφρύ φορτίο, Επειδή το στοιχείο DC είναι μειωμένο, η απώλεια που προκαλείται από το ACR δεν μπορεί να αγνοηθεί. Το εφέ δέρματος σημαίνει ότι υπό συνθήκες AC, η κατανομή του ρεύματος μέσα στον αγωγό είναι ανομοιόμορφη και συγκεντρωμένη στην επιφάνεια του σύρματος, με αποτέλεσμα τη μείωση της ισοδύναμης διατομής του σύρματος, η οποία με τη σειρά της αυξάνει την ισοδύναμη αντίσταση του σύρματος με συχνότητα. Επιπλέον, σε μια περιέλιξη σύρματος, τα γειτονικά καλώδια θα προκαλέσουν την προσθήκη και αφαίρεση μαγνητικών πεδίων λόγω του ρεύματος, έτσι ώστε το ρεύμα να συγκεντρώνεται στην επιφάνεια δίπλα στο σύρμα (ή στην πιο απομακρυσμένη επιφάνεια, ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος ), το οποίο προκαλεί επίσης ισοδύναμη υποκλοπή καλωδίων. Το φαινόμενο ότι η περιοχή μειώνεται και η ισοδύναμη αντίσταση αυξάνεται είναι το λεγόμενο φαινόμενο της εγγύτητας. στην εφαρμογή επαγωγής μιας πολυστρωματικής περιέλιξης, το φαινόμενο εγγύτητας είναι ακόμη πιο εμφανές.

8

Το Σχήμα 8 δείχνει τη σχέση μεταξύ της αντίστασης AC και της συχνότητας του επαγωγέα SMD με σύρμα NR4018T220M. Σε συχνότητα 1kHz, η αντίσταση είναι περίπου 360mΩ. στα 100kHz, η αντίσταση αυξάνεται στα 775mΩ. στα 10MHz, η τιμή αντίστασης είναι κοντά στα 160Ω. Κατά την εκτίμηση της απώλειας χαλκού, ο υπολογισμός πρέπει να λάβει υπόψη το ACR που προκαλείται από τα φαινόμενα του δέρματος και της εγγύτητας και να το τροποποιήσει στον τύπο (3).

4. Ρεύμα κορεσμού (ISAT)

Ρεύμα κορεσμού ISAT είναι γενικά το ρεύμα πόλωσης που σημειώνεται όταν η τιμή της αυτεπαγωγής εξασθενεί όπως 10%, 30% ή 40%. Για τον φερρίτη με διάκενο αέρα, επειδή το χαρακτηριστικό του ρεύματος κορεσμού είναι πολύ γρήγορο, δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ 10% και 40%. Ανατρέξτε στο Σχήμα 4. Ωστόσο, εάν πρόκειται για πυρήνα σκόνης σιδήρου (όπως ένας στάμπας επαγωγέας), η καμπύλη κορεσμού είναι σχετικά ήπια, όπως φαίνεται στο Σχήμα 9, το ρεύμα πόλωσης στο 10% ή 40% της εξασθένησης της επαγωγής είναι πολύ διαφορετικό, επομένως η τιμή του ρεύματος κορεσμού θα συζητηθεί ξεχωριστά για τους δύο τύπους πυρήνων σιδήρου ως εξής.

Για έναν φερρίτη με διάκενο αέρα, είναι λογικό να χρησιμοποιείται το ISAT ως το ανώτερο όριο του μέγιστου ρεύματος επαγωγέα για εφαρμογές κυκλώματος. Ωστόσο, εάν πρόκειται για πυρήνα σκόνης σιδήρου, λόγω του αργού χαρακτηριστικού κορεσμού, δεν θα υπάρχει πρόβλημα ακόμη και αν το μέγιστο ρεύμα του κυκλώματος εφαρμογής υπερβαίνει το ISAT. Επομένως, αυτό το χαρακτηριστικό πυρήνα σιδήρου είναι το πιο κατάλληλο για εφαρμογές μετατροπέων μεταγωγής. Υπό βαρύ φορτίο, αν και η τιμή αυτεπαγωγής του επαγωγέα είναι χαμηλή, όπως φαίνεται στο Σχήμα 9, ο συντελεστής κυματισμού ρεύματος είναι υψηλός, αλλά η ανοχή ρεύματος του πυκνωτή ρεύματος είναι υψηλή, επομένως δεν θα υπάρχει πρόβλημα. Υπό ελαφρύ φορτίο, η τιμή αυτεπαγωγής του επαγωγέα είναι μεγαλύτερη, γεγονός που βοηθά στη μείωση του ρεύματος κυματισμού του επαγωγέα, μειώνοντας έτσι την απώλεια σιδήρου. Το Σχήμα 9 συγκρίνει την καμπύλη ρεύματος κορεσμού του πληγωμένου φερρίτη SLF7055T1R5N της TDK και του επαγωγέα πυρήνα σκόνης σιδήρου SPM6530T1R5M με την ίδια ονομαστική τιμή επαγωγής.

9

Σχήμα 9. Καμπύλη ρεύματος κορεσμού του φερρίτη πληγής και του πυρήνα σκόνης αποτυπωμένου σιδήρου κάτω από την ίδια ονομαστική τιμή επαγωγής

5. Ονομαστικό ρεύμα (IDC)

Η τιμή IDC είναι η πόλωση DC όταν η θερμοκρασία του επαγωγέα αυξάνεται σε Tr˚C. Οι προδιαγραφές υποδεικνύουν επίσης την τιμή αντίστασης DC RDC στους 20˚C. Σύμφωνα με τον συντελεστή θερμοκρασίας του χάλκινου σύρματος είναι περίπου 3.930 ppm, όταν η θερμοκρασία του Tr αυξάνεται, η τιμή αντίστασής του είναι RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr) και η κατανάλωση ενέργειας είναι PCU = I2DCxRDC. Αυτή η απώλεια χαλκού διαχέεται στην επιφάνεια του επαγωγέα και η θερμική αντίσταση ΘΤΗ του επαγωγέα μπορεί να υπολογιστεί:

(2)

Ο Πίνακας 2 αναφέρεται στο φύλλο δεδομένων της σειράς TDK VLS6045EX (6,0×6,0×4,5mm) και υπολογίζει τη θερμική αντίσταση σε αύξηση θερμοκρασίας 40˚C. Προφανώς, για επαγωγείς ίδιας σειράς και μεγέθους, η υπολογιζόμενη θερμική αντίσταση είναι σχεδόν η ίδια λόγω της ίδιας επιφάνειας απαγωγής θερμότητας. Με άλλα λόγια, μπορεί να εκτιμηθεί το ονομαστικό ρεύμα IDC διαφορετικών επαγωγέων. Διαφορετικές σειρές (πακέτα) επαγωγέων έχουν διαφορετικές θερμικές αντιστάσεις. Ο Πίνακας 3 συγκρίνει τη θερμική αντίσταση των επαγωγέων της σειράς TDK VLS6045EX (ημιθωρακισμένο) και της σειράς SPM6530 (χυτευμένο). Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική αντίσταση, τόσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση της θερμοκρασίας που δημιουργείται όταν η αυτεπαγωγή ρέει μέσω του ρεύματος φορτίου. διαφορετικά, το χαμηλότερο.

(2)

Πίνακας 2. Θερμική αντίσταση των επαγωγέων της σειράς VLS6045EX σε αύξηση θερμοκρασίας 40˚C

Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 3 ότι ακόμη και αν το μέγεθος των επαγωγέων είναι παρόμοιο, η θερμική αντίσταση των σταμπωτών πηνίων είναι χαμηλή, δηλαδή η απαγωγή θερμότητας είναι καλύτερη.

(3)

Πίνακας 3. Σύγκριση θερμικής αντίστασης διαφορετικών πηνίων συσκευασίας.

6. Απώλεια πυρήνα

Η απώλεια πυρήνα, που αναφέρεται ως απώλεια σιδήρου, προκαλείται κυρίως από απώλεια δινορευμάτων και απώλεια υστέρησης. Το μέγεθος της απώλειας δινορρευμάτων εξαρτάται κυρίως από το εάν το υλικό του πυρήνα είναι εύκολο να «αγώγεται». εάν η αγωγιμότητα είναι υψηλή, δηλαδή η ειδική αντίσταση είναι χαμηλή, η απώλεια δινορεύματος είναι υψηλή, και εάν η ειδική αντίσταση του φερρίτη είναι υψηλή, η απώλεια δινορευμάτων είναι σχετικά χαμηλή. Η απώλεια δινορευμάτων σχετίζεται επίσης με τη συχνότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια δινορρευμάτων. Επομένως, το υλικό του πυρήνα θα καθορίσει τη σωστή συχνότητα λειτουργίας του πυρήνα. Σε γενικές γραμμές, η συχνότητα εργασίας του πυρήνα σκόνης σιδήρου μπορεί να φτάσει το 1MHz και η συχνότητα εργασίας του φερρίτη μπορεί να φτάσει τα 10MHz. Εάν η συχνότητα λειτουργίας υπερβεί αυτή τη συχνότητα, η απώλεια δινορευμάτων θα αυξηθεί γρήγορα και η θερμοκρασία του πυρήνα του σιδήρου θα αυξηθεί επίσης. Ωστόσο, με την ταχεία ανάπτυξη των υλικών πυρήνων σιδήρου, οι πυρήνες σιδήρου με υψηλότερες συχνότητες λειτουργίας θα πρέπει να βρίσκονται προ των πυλών.

Μια άλλη απώλεια σιδήρου είναι η απώλεια υστέρησης, η οποία είναι ανάλογη με την περιοχή που περικλείεται από την καμπύλη υστέρησης, η οποία σχετίζεται με το πλάτος ταλάντευσης της συνιστώσας AC του ρεύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταλάντευση AC, τόσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια υστέρησης.

Στο ισοδύναμο κύκλωμα ενός επαγωγέα, μια αντίσταση συνδεδεμένη παράλληλα με τον επαγωγέα χρησιμοποιείται συχνά για να εκφράσει την απώλεια σιδήρου. Όταν η συχνότητα είναι ίση με SRF, η επαγωγική αντίδραση και η χωρητική αντίδραση ακυρώνονται και η ισοδύναμη αντίδραση είναι μηδέν. Αυτή τη στιγμή, η σύνθετη αντίσταση του επαγωγέα είναι ισοδύναμη με την αντίσταση απώλειας σιδήρου σε σειρά με την αντίσταση περιέλιξης και η αντίσταση απώλειας σιδήρου είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίσταση περιέλιξης, επομένως η σύνθετη αντίσταση στο SRF είναι περίπου ίση με την αντίσταση απώλειας σιδήρου. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα έναν επαγωγέα χαμηλής τάσης, η αντίστασή του σε απώλεια σιδήρου είναι περίπου 20 kΩ. Εάν η πραγματική τιμή τάσης και στα δύο άκρα του επαγωγέα εκτιμάται ότι είναι 5 V, η απώλεια σιδήρου του είναι περίπου 1,25 mW, πράγμα που δείχνει επίσης ότι όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στην απώλεια σιδήρου, τόσο το καλύτερο.

7. Δομή ασπίδας

Η δομή συσκευασίας των επαγωγέων φερρίτη περιλαμβάνει μη θωρακισμένους, ημιθωρακισμένους με μαγνητική κόλλα και θωρακισμένους και υπάρχει σημαντικό κενό αέρα σε καθένα από αυτά. Προφανώς, το διάκενο αέρα θα έχει μαγνητική διαρροή και στη χειρότερη περίπτωση θα παρεμβαίνει στα γύρω μικρά κυκλώματα σήματος ή εάν υπάρχει μαγνητικό υλικό κοντά, θα αλλάξει και η αυτεπαγωγή του. Μια άλλη δομή συσκευασίας είναι ένας σφραγισμένος επαγωγέας σκόνης σιδήρου. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει κενό στο εσωτερικό του επαγωγέα και η δομή περιέλιξης είναι συμπαγής, το πρόβλημα της διάχυσης του μαγνητικού πεδίου είναι σχετικά μικρό. Το Σχήμα 10 είναι η χρήση της συνάρτησης FFT του παλμογράφου RTO 1004 για τη μέτρηση του μεγέθους του μαγνητικού πεδίου διαρροής στα 3 mm πάνω και στο πλάι του σφραγισμένου επαγωγέα. Ο Πίνακας 4 παραθέτει τη σύγκριση του μαγνητικού πεδίου διαρροής διαφορετικών πηνίων δομής συσκευασίας. Μπορεί να φανεί ότι οι μη θωρακισμένοι επαγωγείς έχουν την πιο σοβαρή μαγνητική διαρροή. Οι σφραγισμένοι επαγωγείς έχουν τη μικρότερη μαγνητική διαρροή, δείχνοντας το καλύτερο αποτέλεσμα μαγνητικής θωράκισης. . Η διαφορά στο μέγεθος του μαγνητικού πεδίου διαρροής των επαγωγέων αυτών των δύο δομών είναι περίπου 14dB, δηλαδή σχεδόν 5 φορές.

10

Σχήμα 10. Το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου διαρροής μετρημένο στα 3 mm πάνω και στο πλάι του σφραγισμένου επαγωγέα

(4)

Πίνακας 4. Σύγκριση του μαγνητικού πεδίου διαρροής διαφορετικών πηνίων δομής συσκευασίας

8. σύζευξη

Σε ορισμένες εφαρμογές, μερικές φορές υπάρχουν πολλά σετ μετατροπέων συνεχούς ρεύματος στο PCB, τα οποία είναι συνήθως διατεταγμένα ο ένας δίπλα στον άλλο και τα αντίστοιχα επαγωγικά τους είναι επίσης τοποθετημένα το ένα δίπλα στο άλλο. Εάν χρησιμοποιείτε μη θωρακισμένο ή ημιθωρακισμένο τύπο με μαγνητική κόλλα, οι επαγωγείς μπορεί να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν παρεμβολές EMI. Επομένως, κατά την τοποθέτηση του επαγωγέα, συνιστάται να σημειώσετε πρώτα την πολικότητα του επαγωγέα και να συνδέσετε το σημείο εκκίνησης και περιέλιξης του πιο εσωτερικού στρώματος του επαγωγέα στην τάση μεταγωγής του μετατροπέα, όπως το VSW ενός μετατροπέα buck, που είναι το κινούμενο σημείο. Ο ακροδέκτης εξόδου συνδέεται με τον πυκνωτή εξόδου, που είναι το στατικό σημείο. Η περιέλιξη του χάλκινου σύρματος επομένως σχηματίζει έναν ορισμένο βαθμό θωράκισης ηλεκτρικού πεδίου. Στη διάταξη καλωδίωσης του πολυπλέκτη, ο καθορισμός της πολικότητας της επαγωγής βοηθά στον καθορισμό του μεγέθους της αμοιβαίας επαγωγής και στην αποφυγή ορισμένων απροσδόκητων προβλημάτων EMI.

Εφαρμογές:

Στο προηγούμενο κεφάλαιο συζητήθηκε το υλικό του πυρήνα, η δομή του πακέτου και τα σημαντικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του επαγωγέα. Αυτό το κεφάλαιο θα εξηγήσει πώς να επιλέξετε την κατάλληλη τιμή αυτεπαγωγής του μετατροπέα buck και τα ζητήματα για την επιλογή ενός εμπορικά διαθέσιμου επαγωγέα.

Όπως φαίνεται στην εξίσωση (5), η τιμή του επαγωγέα και η συχνότητα μεταγωγής του μετατροπέα θα επηρεάσουν το ρεύμα κυματισμού του επαγωγέα (ΔiL). Το ρεύμα κυματισμού του επαγωγέα θα ρέει μέσω του πυκνωτή εξόδου και θα επηρεάσει το ρεύμα κυματισμού του πυκνωτή εξόδου. Επομένως, θα επηρεάσει την επιλογή του πυκνωτή εξόδου και θα επηρεάσει περαιτέρω το μέγεθος κυματισμού της τάσης εξόδου. Επιπλέον, η τιμή της αυτεπαγωγής και η τιμή της χωρητικότητας εξόδου θα επηρεάσουν επίσης τη σχεδίαση ανάδρασης του συστήματος και τη δυναμική απόκριση του φορτίου. Η επιλογή μεγαλύτερης τιμής επαγωγής έχει μικρότερη τάση ρεύματος στον πυκνωτή και είναι επίσης ευεργετική για τη μείωση της κυματισμού της τάσης εξόδου και μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερη ενέργεια. Ωστόσο, μια μεγαλύτερη τιμή αυτεπαγωγής υποδηλώνει μεγαλύτερο όγκο, δηλαδή υψηλότερο κόστος. Επομένως, κατά το σχεδιασμό του μετατροπέα, ο σχεδιασμός της τιμής αυτεπαγωγής είναι πολύ σημαντικός.

(5)

Μπορεί να φανεί από τον τύπο (5) ότι όταν το κενό μεταξύ της τάσης εισόδου και της τάσης εξόδου είναι μεγαλύτερο, το ρεύμα κυματισμού του πηνίου θα είναι μεγαλύτερο, που είναι η χειρότερη συνθήκη του σχεδιασμού του επαγωγέα. Σε συνδυασμό με άλλες επαγωγικές αναλύσεις, το σημείο σχεδιασμού επαγωγής του μετατροπέα υποβάθμισης θα πρέπει συνήθως να επιλέγεται υπό τις συνθήκες μέγιστης τάσης εισόδου και πλήρους φορτίου.

Κατά το σχεδιασμό της τιμής της επαγωγής, είναι απαραίτητο να γίνει αντιστάθμιση μεταξύ του ρεύματος κυματισμού του επαγωγέα και του μεγέθους του επαγωγέα, και ο συντελεστής ρεύματος κυματισμού (συντελεστής ρεύματος κυματισμού, γ) ορίζεται εδώ, όπως στον τύπο (6).

(6)

Αντικαθιστώντας τον τύπο (6) στον τύπο (5), η τιμή αυτεπαγωγής μπορεί να εκφραστεί ως τύπος (7).

(7)

Σύμφωνα με τον τύπο (7), όταν η διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου είναι μεγαλύτερη, η τιμή γ μπορεί να επιλεγεί μεγαλύτερη. Αντίθετα, εάν η τάση εισόδου και εξόδου είναι πιο κοντά, η σχεδίαση της τιμής γ πρέπει να είναι μικρότερη. Για να επιλέξετε μεταξύ του ρεύματος κυματισμού του επαγωγέα και του μεγέθους, σύμφωνα με την παραδοσιακή τιμή εμπειρίας σχεδιασμού, το γ είναι συνήθως 0,2 έως 0,5. Το παρακάτω λαμβάνει ως παράδειγμα το RT7276 για να επεξηγήσει τον υπολογισμό της επαγωγής και την επιλογή των εμπορικά διαθέσιμων επαγωγέων.

Παράδειγμα σχεδίασης: Σχεδιασμένο με προηγμένο μετατροπέα σταθερής ενεργοποίησης RT7276 (Advanced Constant On-Time; ACOTTM), η συχνότητα μεταγωγής είναι 700 kHz, η τάση εισόδου είναι 4,5 V έως 18 V και η τάση εξόδου είναι 1,05 V . Το ρεύμα πλήρους φορτίου είναι 3Α. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η τιμή της αυτεπαγωγής πρέπει να σχεδιαστεί υπό τις συνθήκες της μέγιστης τάσης εισόδου 18V και του πλήρους φορτίου 3Α, η τιμή του γ λαμβάνεται ως 0,35 και η παραπάνω τιμή αντικαθίσταται στην εξίσωση (7), την επαγωγή αξία είναι

Χρησιμοποιήστε έναν επαγωγέα με συμβατική ονομαστική τιμή επαγωγής 1,5 µH. Αντικαταστήστε τον τύπο (5) για να υπολογίσετε το ρεύμα κυματισμού του επαγωγέα ως εξής.

Επομένως, το ρεύμα αιχμής του επαγωγέα είναι

Και η πραγματική τιμή του ρεύματος του επαγωγέα (IRMS) είναι

Επειδή η συνιστώσα κυματισμού του επαγωγέα είναι μικρή, η πραγματική τιμή του ρεύματος του επαγωγέα είναι κυρίως η συνιστώσα συνεχούς ρεύματος του επαγωγέα και αυτή η πραγματική τιμή χρησιμοποιείται ως βάση για την επιλογή του ονομαστικού ρεύματος του επαγωγέα IDC. Με 80% σχεδίαση υποβάθμισης, οι απαιτήσεις επαγωγής είναι:

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

Ο Πίνακας 5 παραθέτει τους διαθέσιμους επαγωγείς διαφορετικών σειρών TDK, παρόμοιου μεγέθους αλλά διαφορετικών στη δομή συσκευασίας. Μπορεί να φανεί από τον πίνακα ότι το ρεύμα κορεσμού και το ονομαστικό ρεύμα του σφραγισμένου επαγωγέα (SPM6530T-1R5M) είναι μεγάλα και η θερμική αντίσταση είναι μικρή και η απαγωγή θερμότητας είναι καλή. Επιπλέον, σύμφωνα με τη συζήτηση στο προηγούμενο κεφάλαιο, το υλικό πυρήνα του σταμπωτού επαγωγέα είναι πυρήνας σκόνης σιδήρου, επομένως συγκρίνεται με τον πυρήνα φερρίτη των ημιθωρακισμένων (VLS6045EX-1R5N) και των θωρακισμένων (SLF7055T-1R5N) επαγωγέων. με μαγνητική κόλλα. , Έχει καλά χαρακτηριστικά προκατάληψης DC. Το Σχήμα 11 δείχνει τη σύγκριση απόδοσης διαφορετικών επαγωγέων που εφαρμόζονται στον προηγμένο μετατροπέα υποβάθμισης σύγχρονης ανόρθωσης RT7276. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η διαφορά απόδοσης μεταξύ των τριών δεν είναι σημαντική. Εάν λαμβάνετε υπόψη τη διάχυση θερμότητας, τα χαρακτηριστικά πόλωσης DC και ζητήματα διάχυσης μαγνητικού πεδίου, συνιστάται η χρήση επαγωγέων SPM6530T-1R5M.

(5)

Πίνακας 5. Σύγκριση επαγωγικών διαφορετικών σειρών TDK

11

Εικόνα 11. Σύγκριση απόδοσης μετατροπέα με διαφορετικούς επαγωγείς

Εάν επιλέξετε την ίδια δομή συσκευασίας και τιμή επαγωγής, αλλά μικρότερου μεγέθους επαγωγείς, όπως SPM4015T-1R5M (4,4×4,1×1,5mm), αν και το μέγεθός του είναι μικρό, αλλά η αντίσταση DC RDC (44,5mΩ) και η θερμική αντίσταση ΘTH ( 51˚C) /W) Μεγαλύτερο. Για μετατροπείς των ίδιων προδιαγραφών, η πραγματική τιμή του ρεύματος που είναι ανεκτή από τον επαγωγέα είναι επίσης η ίδια. Προφανώς, η αντίσταση DC θα μειώσει την απόδοση υπό βαρύ φορτίο. Επιπλέον, μια μεγάλη θερμική αντίσταση σημαίνει κακή απαγωγή θερμότητας. Επομένως, όταν επιλέγετε ένα πηνίο, δεν είναι απαραίτητο μόνο να λάβετε υπόψη τα οφέλη του μειωμένου μεγέθους, αλλά και να αξιολογήσετε τις συνοδευτικές του ελλείψεις.

Εν κατακλείδι

Η επαγωγή είναι ένα από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα παθητικά στοιχεία στους μετατροπείς ισχύος μεταγωγής, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αποθήκευση ενέργειας και φιλτράρισμα. Ωστόσο, στο σχεδιασμό κυκλώματος, δεν είναι μόνο η τιμή της επαγωγής που πρέπει να δοθεί προσοχή, αλλά και άλλες παράμετροι, όπως η αντίσταση AC και η τιμή Q, η ανοχή ρεύματος, ο κορεσμός του πυρήνα του σιδήρου και η δομή συσκευασίας, κ.λπ., είναι όλες παράμετροι που πρέπει λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή ενός επαγωγέα. . Αυτές οι παράμετροι σχετίζονται συνήθως με το υλικό πυρήνα, τη διαδικασία κατασκευής και το μέγεθος και το κόστος. Επομένως, αυτό το άρθρο εισάγει τα χαρακτηριστικά των διαφορετικών υλικών πυρήνων σιδήρου και τον τρόπο επιλογής μιας κατάλληλης επαγωγής ως αναφοράς για το σχεδιασμό τροφοδοσίας ρεύματος.