nuus

Opsomming

Induktore is baie belangrike komponente in omskakelaars, soos energieberging en kragfilters. Daar is baie soorte induktors, soos vir verskillende toepassings (van lae frekwensie tot hoë frekwensie), of verskillende kernmateriale wat die eienskappe van die induktor beïnvloed, ensovoorts. Induktore wat gebruik word om omsetters te skakel, is hoëfrekwensie magnetiese komponente. As gevolg van verskeie faktore soos materiale, bedryfstoestande (soos spanning en stroom) en omgewingstemperatuur, verskil die eienskappe en teorieë wat aangebied word, egter heelwat. Daarom moet in die kringontwerp, benewens die basiese parameter van die induktansiewaarde, die verband tussen die impedansie van die induktor en die WS-weerstand en -frekwensie, die kernverlies en die versadigingstroomkenmerke, ens. steeds in ag geneem word. Hierdie artikel sal verskeie belangrike induktorkernmateriaal en hul eienskappe bekendstel, en ook kragingenieurs lei om kommersieel beskikbare standaard induktore te kies.

Voorwoord

Induktor is 'n elektromagnetiese induksiekomponent, wat gevorm word deur 'n sekere aantal spoele (spoele) op 'n klos of kern met 'n geïsoleerde draad te wikkel. Hierdie spoel word 'n induktansiespoel of Induktor genoem. Volgens die beginsel van elektromagnetiese induksie, wanneer die spoel en die magnetiese veld relatief tot mekaar beweeg, of die spoel 'n wisselende magnetiese veld deur 'n wisselstroom genereer, sal 'n geïnduseerde spanning opgewek word om die verandering van die oorspronklike magnetiese veld te weerstaan, en hierdie eienskap om die stroomverandering te beperk, word induktansie genoem.

Die formule van induktansiewaarde is as formule (1), wat eweredig is aan die magnetiese deurlaatbaarheid, die kwadraat van die windingdraaie N, en die ekwivalente magnetiese stroombaan deursnee-area Ae, en is omgekeerd eweredig aan die ekwivalente magnetiese stroombaanlengte le . Daar is baie soorte induktansie, elkeen geskik vir verskillende toepassings; die induktansie hou verband met die vorm, grootte, wikkelmetode, aantal draaie en die tipe intermediêre magnetiese materiaal.

(1)

Afhangende van die vorm van die ysterkern, sluit die induktansie toroïdale, E-kern en drom in; wat ysterkernmateriaal betref, is daar hoofsaaklik keramiekkern en twee sagte magnetiese tipes. Hulle is ferriet en metaalpoeier. Afhangende van die struktuur of verpakkingsmetode, is daar draad gewikkel, multi-laag, en gevorm, en die draad wond het nie-afskermde en die helfte van magnetiese gom afgeskerm (semi-afskerm) en afgeskerm (beskerm), ens.

Die induktor tree op soos 'n kortsluiting in gelykstroom, en bied 'n hoë impedansie vir wisselstroom. Die basiese gebruike in stroombane sluit in verstikking, filtering, afstemming en energieberging. In die toepassing van die skakelomskakelaar is die induktor die belangrikste energiebergingskomponent, en vorm 'n laagdeurlaatfilter met die uitsetkapasitor om die uitsetspanningrimpeling te verminder, dus speel dit ook 'n belangrike rol in die filterfunksie.

Hierdie artikel sal die verskillende kernmateriale van induktors en hul kenmerke bekendstel, asook sommige van die elektriese eienskappe van induktore, as 'n belangrike evalueringsverwysing vir die seleksie van induktore tydens stroombaanontwerp. In die toepassingsvoorbeeld sal hoe om die induktansiewaarde te bereken en hoe om 'n kommersieel beskikbare standaardinduktor te kies deur praktiese voorbeelde bekendgestel word.

Tipe kernmateriaal

Induktore wat gebruik word om omsetters te skakel, is hoëfrekwensie magnetiese komponente. Die kernmateriaal in die middel beïnvloed die kenmerke van die induktor die meeste, soos impedansie en frekwensie, induktansiewaarde en frekwensie, of kernversadigingskenmerke. Die volgende sal die vergelyking van verskeie algemene ysterkernmateriale en hul versadigingseienskappe bekendstel as 'n belangrike verwysing vir die keuse van kraginduktors:

1. Keramiekkern

Keramiekkern is een van die algemene induktansiemateriale. Dit word hoofsaaklik gebruik om die ondersteunende struktuur te verskaf wat gebruik word wanneer die spoel gewikkel word. Dit word ook "lugkern-induktor" genoem. Omdat die ysterkern wat gebruik word 'n nie-magnetiese materiaal met 'n baie lae temperatuurkoëffisiënt is, is die induktansiewaarde baie stabiel in die bedryfstemperatuurreeks. As gevolg van die nie-magnetiese materiaal as die medium, is die induktansie egter baie laag, wat nie baie geskik is vir die toepassing van kragomsetters nie.

2. Ferriet

Die ferrietkern wat in algemene hoëfrekwensie-induktors gebruik word, is 'n ferrietverbinding wat nikkelsink (NiZn) of mangaansink (MnZn) bevat, wat 'n sagte magnetiese ferromagnetiese materiaal met lae koërsiwiteit is. Figuur 1 toon die histerese-kromme (BH-lus) van 'n algemene magnetiese kern. Die dwingende krag HC van 'n magnetiese materiaal word ook dwingende krag genoem, wat beteken dat wanneer die magnetiese materiaal tot magnetiese versadiging gemagnetiseer is, sy magnetisering (magnetisasie) tot nul verminder word. Die vereiste magnetiese veldsterkte op daardie tydstip. Laer koërsiwiteit beteken laer weerstand teen demagnetisering en beteken ook laer histereseverlies.

Mangaan-sink en nikkel-sink ferriete het 'n relatief hoë relatiewe deurlaatbaarheid (μr), onderskeidelik ongeveer 1500-15000 en 100-1000. Hul hoë magnetiese deurlaatbaarheid maak die ysterkern hoër in 'n sekere volume. Die induktansie. Die nadeel is egter dat sy verdraagbare versadigingsstroom laag is, en sodra die ysterkern versadig is, sal die magnetiese deurlaatbaarheid skerp daal. Verwys na Figuur 4 vir die dalende neiging van magnetiese deurlaatbaarheid van ferriet- en poeierysterkerns wanneer die ysterkern versadig is. Vergelyking. Wanneer dit in kraginduktors gebruik word, sal 'n luggaping in die hoofmagnetiese stroombaan gelaat word, wat deurlaatbaarheid kan verminder, versadiging kan vermy en meer energie kan stoor; wanneer die luggaping ingesluit is, kan die ekwivalente relatiewe deurlaatbaarheid ongeveer 20- Tussen 200 wees. Aangesien die hoë weerstand van die materiaal self die verlies wat deur werwelstroom veroorsaak kan verminder, is die verlies laer by hoë frekwensies, en is dit meer geskik vir hoëfrekwensietransformators, EMI-filterinduktore en energiebergingsinduktors van kragomsetters. Wat bedryfsfrekwensie betref, is nikkel-sinkferriet geskik vir gebruik (>1 MHz), terwyl mangaan-sinkferriet geskik is vir laer frekwensiebande (<2 MHz).

1

Figuur 1. Die histerese-kromme van die magnetiese kern (BR: remanensie; BSAT: versadiging magnetiese vloeddigtheid)

3. Poeier yster kern

Poederysterkerns is ook sagmagnetiese ferromagnetiese materiale. Hulle word gemaak van ysterpoeierlegerings van verskillende materiale of slegs ysterpoeier. Die formule bevat nie-magnetiese materiale met verskillende deeltjiegroottes, so die versadigingskurwe is relatief sag. Die poeier-ysterkern is meestal toroïdaal. Figuur 2 toon die poeier-ysterkern en sy deursnee-aansig.

Algemene verpoeierde ysterkerns sluit in yster-nikkel-molibdeenlegering (MPP), sendust (Sendust), yster-nikkellegering (hoë vloed) en ysterpoeierkern (ysterpoeier). As gevolg van die verskillende komponente is die eienskappe en pryse daarvan ook verskillend, wat die keuse van induktors beïnvloed. Die volgende sal die bogenoemde kerntipes bekendstel en hul eienskappe vergelyk:

A. Yster-nikkel-molibdeen-legering (MPP)

Fe-Ni-Mo-legering word afgekort as MPP, wat die afkorting is van molipermalloy-poeier. Die relatiewe deurlaatbaarheid is ongeveer 14-500, en die versadiging magnetiese vloeddigtheid is ongeveer 7500 Gauss (Gauss), wat hoër is as die versadiging magnetiese vloeddigtheid van ferriet (ongeveer 4000-5000 Gauss). Baie uit. MPP het die kleinste ysterverlies en het die beste temperatuurstabiliteit onder poeierysterkerne. Wanneer die eksterne GS-stroom die versadigingsstroom ISAT bereik, neem die induktansiewaarde stadig af sonder skielike verswakking. MPP het beter werkverrigting, maar hoër koste, en word gewoonlik gebruik as kraginduktor en EMI-filtrering vir kragomsetters.

B. Sendust

Die yster-silikon-aluminium legering ysterkern is 'n legering ysterkern saamgestel uit yster, silikon en aluminium, met 'n relatiewe magnetiese deurlaatbaarheid van ongeveer 26 tot 125. Die yster verlies is tussen die yster poeier kern en MPP en yster-nikkel legering . Die versadiging magnetiese vloeddigtheid is hoër as MPP, ongeveer 10500 Gauss. Temperatuurstabiliteit en versadigingstroomkenmerke is effens minderwaardig as MPP en yster-nikkellegering, maar beter as ysterpoeierkern en ferrietkern, en die relatiewe koste is goedkoper as MPP en ysternikkellegering. Dit word meestal gebruik in EMI-filtrering, kragfaktorkorreksie (PFC) stroombane en kraginduktors van skakelkragomsetters.

C. Yster-nikkel legering (hoë vloed)

Die yster-nikkel legering kern is gemaak van yster en nikkel. Die relatiewe magnetiese deurlaatbaarheid is ongeveer 14-200. Die ysterverlies en temperatuurstabiliteit is tussen MPP en yster-silikon-aluminiumlegering. Die yster-nikkellegeringkern het die hoogste versadigingsmagnetiese vloeddigtheid, ongeveer 15 000 Gauss, en kan hoër GS-voorspanningsstrome weerstaan, en sy GS-voorspanningseienskappe is ook beter. Toepassingsomvang: Aktiewe drywingsfaktorkorreksie, energiebergingsinduktansie, filterinduktansie, hoëfrekwensietransformator van terugslagomskakelaar, ens.

D. Ysterpoeier

Die ysterpoeierkern is gemaak van hoësuiwer ysterpoeierdeeltjies met baie klein deeltjies wat van mekaar geïsoleer is. Die vervaardigingsproses maak dat dit 'n verspreide luggaping het. Benewens die ringvorm, het die algemene ysterpoeierkernvorms ook E-tipe en stamptipes. Die relatiewe magnetiese deurlaatbaarheid van die ysterpoeierkern is ongeveer 10 tot 75, en die hoë versadiging magnetiese vloeddigtheid is ongeveer 15000 Gauss. Onder die poeier-ysterkerne het die ysterpoeierkern die hoogste ysterverlies, maar die laagste koste.

Figuur 3 toon die BH-kurwes van PC47 mangaan-sinkferriet vervaardig deur TDK en verpoeierde ysterkerns -52 en -2 vervaardig deur MICROMETALS; die relatiewe magnetiese deurlaatbaarheid van mangaan-sinkferriet is baie hoër as dié van verpoeierde ysterkerns en is versadig Die magnetiese vloeddigtheid verskil ook baie, die ferriet is ongeveer 5000 Gauss en die ysterpoeierkern is meer as 10000 Gauss.

3

Figuur 3. BH-kromme van mangaan-sinkferriet en ysterpoeierkerne van verskillende materiale

Samevattend is die versadigingseienskappe van die ysterkern verskillend; sodra die versadigingsstroom oorskry word, sal die magnetiese deurlaatbaarheid van die ferrietkern skerp daal, terwyl die ysterpoeierkern stadig kan afneem. Figuur 4 toon die magnetiese deurlaatbaarheidsval eienskappe van 'n poeier-ysterkern met dieselfde magnetiese deurlaatbaarheid en 'n ferriet met 'n luggaping onder verskillende magnetiese veldsterktes. Dit verklaar ook die induktansie van die ferrietkern, want die deurlaatbaarheid daal skerp wanneer die kern versadig is, soos gesien kan word uit vergelyking (1), dit veroorsaak ook dat die induktansie skerp daal; terwyl die poeierkern met verspreide luggaping, die magnetiese deurlaatbaarheid Die tempo verminder stadig wanneer die ysterkern versadig is, sodat die induktansie meer sagkens afneem, dit wil sê, dit het beter DC-voorspanningseienskappe. By die toepassing van kragomsetters is hierdie eienskap baie belangrik; as die stadige versadigingseienskap van die induktor nie goed is nie, styg die induktorstroom tot die versadigingsstroom, en die skielike daling in induktansie sal veroorsaak dat die stroomspanning van die skakelkristal skerp styg, wat maklik skade kan veroorsaak.

4

Figuur 4. Magnetiese deurlaatbaarheidsval eienskappe van poeierysterkern en ferrietysterkern met luggaping onder verskillende magnetiese veldsterkte.

Induktor elektriese eienskappe en pakketstruktuur

Wanneer 'n skakelomskakelaar ontwerp word en 'n induktor gekies word, moet die induktansiewaarde L, impedansie Z, AC-weerstand ACR en Q-waarde (kwaliteitsfaktor), nominale stroom IDC en ISAT, en kernverlies (kernverlies) en ander belangrike elektriese eienskappe alles oorweeg word. Daarbenewens sal die verpakkingstruktuur van die induktor die grootte van die magnetiese lekkasie beïnvloed, wat op sy beurt EMI beïnvloed. Die volgende sal die bogenoemde kenmerke afsonderlik bespreek as oorwegings vir die keuse van induktors.

1. Induktansiewaarde (L)

Die induktansiewaarde van 'n induktor is die belangrikste basiese parameter in stroombaanontwerp, maar daar moet gekontroleer word of die induktansiewaarde stabiel is by die bedryfsfrekwensie. Die nominale waarde van die induktansie word gewoonlik gemeet by 100 kHz of 1 MHz sonder 'n eksterne GS voorspanning. En om die moontlikheid van massa-outomatiese produksie te verseker, is die toleransie van die induktor gewoonlik ±20% (M) en ±30% (N). Figuur 5 is die induktansie-frekwensie karakteristieke grafiek van Taiyo Yuden induktor NR4018T220M gemeet met Wayne Kerr se LCR meter. Soos in die figuur getoon, is die induktansiewaardekromme relatief plat voor 5 MHz, en die induktansiewaarde kan amper as 'n konstante beskou word. In die hoëfrekwensieband as gevolg van die resonansie wat deur die parasitiese kapasitansie en induktansie gegenereer word, sal die induktansiewaarde toeneem. Hierdie resonansiefrekwensie word die selfresonante frekwensie (SRF) genoem, wat gewoonlik baie hoër as die bedryfsfrekwensie moet wees.

5

Figuur 5, Taiyo Yuden NR4018T220M induktansie-frekwensie karakteristieke metingsdiagram

2. Impedansie (Z)

Soos in Figuur 6 getoon, kan die impedansiediagram ook gesien word uit die werkverrigting van die induktansie by verskillende frekwensies. Die impedansie van die induktor is ongeveer eweredig aan die frekwensie (Z=2πfL), dus hoe hoër die frekwensie, die reaktansie sal baie groter wees as die WS-weerstand, dus gedra die impedansie soos 'n suiwer induktansie (fase is 90˚). By hoë frekwensies, as gevolg van die parasitiese kapasitansie-effek, kan die selfresonante frekwensiepunt van die impedansie gesien word. Na hierdie punt daal die impedansie en word kapasitief, en die fase verander geleidelik na -90 ˚.

6

3. Q-waarde en AC-weerstand (ACR)

Q-waarde in die definisie van induktansie is die verhouding van reaktansie tot weerstand, dit wil sê die verhouding van die denkbeeldige deel tot die werklike deel van die impedansie, soos in formule (2).

(2)

Waar XL die reaktansie van die induktor is, en RL die WS-weerstand van die induktor is.

In die lae frekwensiereeks is die WS-weerstand groter as die reaktansie wat deur die induktansie veroorsaak word, dus is die Q-waarde daarvan baie laag; soos die frekwensie toeneem, word die reaktansie (ongeveer 2πfL) groter en groter, selfs al word die weerstand as gevolg van vel effek (vel effek) en nabyheid (nabyheid) effek) Die effek word groter en groter, en die Q waarde neem steeds toe met frekwensie ; wanneer SRF nader word, word die induktiewe reaktansie geleidelik verreken deur die kapasitiewe reaktansie, en die Q-waarde word geleidelik kleiner; wanneer die SRF nul word, want die induktiewe reaktansie en die kapasitiewe reaktansie is heeltemal dieselfde Verdwyn. Figuur 7 toon die verwantskap tussen Q-waarde en frekwensie van NR4018T220M, en die verwantskap is in die vorm van 'n omgekeerde klok.

7

Figuur 7. Die verwantskap tussen Q-waarde en frekwensie van Taiyo Yuden-induktor NR4018T220M

In die toepassingsfrekwensieband van induktansie, hoe hoër die Q-waarde, hoe beter; dit beteken dat sy reaktansie baie groter is as die WS-weerstand. Oor die algemeen is die beste Q-waarde bo 40, wat beteken dat die kwaliteit van die induktor goed is. Oor die algemeen sal die induktansiewaarde egter afneem namate die GS-voorspanning toeneem en die Q-waarde ook afneem. As plat geëmailleerde draad of multi-string geëmailleerde draad gebruik word, kan die vel effek, dit wil sê AC weerstand, verminder word, en die Q waarde van die induktor kan ook verhoog word.

Die GS-weerstand DCR word algemeen beskou as die GS-weerstand van die koperdraad, en die weerstand kan volgens die draaddeursnee en -lengte bereken word. Die meeste van die laestroom SMD-induktors sal egter ultrasoniese sweiswerk gebruik om die koperplaat van die SMD by die wikkelterminal te maak. Omdat die koperdraad egter nie lank is nie en die weerstandswaarde nie hoog is nie, maak die sweisweerstand dikwels 'n aansienlike deel van die algehele GS-weerstand uit. Neem TDK se draadgewikkelde SMD-induktor CLF6045NIT-1R5N as 'n voorbeeld, die gemete GS-weerstand is 14.6mΩ, en die GS-weerstand bereken op grond van die draaddeursnee en -lengte is 12.1mΩ. Die resultate toon dat hierdie sweisweerstand ongeveer 17% van die algehele GS-weerstand uitmaak.

AC weerstand ACR het vel effek en nabyheid effek, wat ACR sal laat toeneem met frekwensie; in die toepassing van algemene induktansie, omdat die WS-komponent baie laer is as die GS-komponent, is die invloed wat deur ACR veroorsaak word nie duidelik nie; maar by ligte las, Omdat die GS-komponent verminder word, kan die verlies wat deur ACR veroorsaak word nie geïgnoreer word nie. Die vel-effek beteken dat onder AC-toestande die stroomverspreiding binne-in die geleier ongelyk is en op die oppervlak van die draad gekonsentreer is, wat lei tot 'n vermindering in die ekwivalente draad-deursnee-area, wat op sy beurt die ekwivalente weerstand van die draad verhoog met frekwensie. Daarbenewens, in 'n draadwikkeling, sal aangrensende drade die optelling en aftrekking van magnetiese velde veroorsaak as gevolg van die stroom, sodat die stroom gekonsentreer word op die oppervlak aangrensend aan die draad (of die verste oppervlak, afhangende van die rigting van die stroom) ), wat ook gelykstaande draadonderskepping veroorsaak. Die verskynsel dat die oppervlakte afneem en die ekwivalente weerstand toeneem, is die sogenaamde nabyheidseffek; in die induktansietoepassing van 'n meerlaagwikkeling is die nabyheidseffek selfs meer duidelik.

8

Figuur 8 toon die verband tussen AC-weerstand en frekwensie van die draadgewikkelde SMD-induktor NR4018T220M. By 'n frekwensie van 1kHz is die weerstand ongeveer 360mΩ; by 100kHz styg die weerstand tot 775mΩ; by 10MHz is die weerstandswaarde naby aan 160Ω. Wanneer die koperverlies geskat word, moet die berekening die ACR wat deur die vel- en nabyheidseffekte veroorsaak word, in ag neem en dit na formule (3) verander.

4. Versadigingstroom (ISAT)

Versadigingsstroom ISAT is gewoonlik die voorspanningstroom wat gemerk word wanneer die induktansiewaarde verswak is, soos 10%, 30% of 40%. Vir lugspleetferriet is daar nie veel verskil tussen 10% en 40% omdat sy versadigingstroomkenmerk baie vinnig is nie. Verwys na Figuur 4. As dit egter 'n ysterpoeierkern is (soos 'n gestempelde induktor), is die versadigingskurwe relatief sag, soos in Figuur 9 getoon, is die voorspanningstroom by 10% of 40% van die induktansieverswakking baie verskil, dus sal die versadigingsstroomwaarde afsonderlik vir die twee tipes ysterkerns soos volg bespreek word.

Vir 'n luggaping-ferriet is dit redelik om ISAT as die boonste limiet van die maksimum induktorstroom vir stroombaantoepassings te gebruik. As dit egter 'n ysterpoeierkern is, sal daar vanweë die stadige versadigingskenmerk geen probleem wees nie, selfs al is die maksimum stroom van die toepassingskring ISAT oorskry. Daarom is hierdie ysterkern-eienskap die mees geskikte vir die oorskakeling van omskakelaartoepassings. Onder swaar las, hoewel die induktansiewaarde van die induktor laag is, soos in Figuur 9 getoon, is die stroomrimpelfaktor hoog, maar die huidige kapasitorstroomtoleransie is hoog, so dit sal nie 'n probleem wees nie. Onder ligte las is die induktansiewaarde van die induktor groter, wat help om die rimpelstroom van die induktor te verminder en sodoende die ysterverlies te verminder. Figuur 9 vergelyk die versadigingstroomkurwe van TDK se gewikkelde ferriet SLF7055T1R5N en gestempelde ysterpoeierkerninduktor SPM6530T1R5M onder dieselfde nominale waarde van induktansie.

9

Figuur 9. Versadigingstroomkromme van gewikkelde ferriet en gestempelde ysterpoeierkern onder dieselfde nominale waarde van induktansie

5. Gegradeerde stroom (IDC)

Die IDC-waarde is die DC-voorspanning wanneer die induktortemperatuur tot Tr˚C styg. Die spesifikasies dui ook sy GS-weerstandwaarde RDC by 20˚C aan. Volgens die temperatuurkoëffisiënt van die koperdraad is ongeveer 3,930 dpm, wanneer die temperatuur van Tr styg, is sy weerstandswaarde RDC_Tr = RDC (1+0.00393Tr), en sy kragverbruik is PCU = I2DCxRDC. Hierdie koperverlies word op die oppervlak van die induktor verdryf, en die termiese weerstand ΘTH van die induktor kan bereken word:

(2)

Tabel 2 verwys na die datablad van die TDK VLS6045EX-reeks (6.0×6.0×4.5mm), en bereken die termiese weerstand by 'n temperatuurstyging van 40˚C. Dit is duidelik dat, vir induktore van dieselfde reeks en grootte, die berekende termiese weerstand amper dieselfde is as gevolg van dieselfde oppervlak hitte-afvoer area; met ander woorde, die aangeslane stroom IDC van verskillende induktors kan geskat word. Verskillende reekse (pakkette) induktors het verskillende termiese weerstande. Tabel 3 vergelyk die termiese weerstand van induktors van TDK VLS6045EX-reeks (semi-afskerm) en SPM6530-reeks (gevorm). Hoe groter die termiese weerstand, hoe hoër is die temperatuurstyging wat gegenereer word wanneer die induktansie deur die lasstroom vloei; anders, hoe laer.

(2)

Tabel 2. Termiese weerstand van VLS6045EX-reeks induktors by 'n temperatuurstyging van 40˚C

Dit kan uit Tabel 3 gesien word dat selfs al is die grootte van die induktore soortgelyk, die termiese weerstand van die gestempelde induktore laag is, dit wil sê die hitte-afvoer is beter.

(3)

Tabel 3. Vergelyking van termiese weerstand van verskillende pakketinduktors.

6. Kernverlies

Kernverlies, waarna verwys word as ysterverlies, word hoofsaaklik deur wervelstroomverlies en histereseverlies veroorsaak. Die grootte van die werwelstroomverlies hang hoofsaaklik daarvan af of die kernmateriaal maklik is om te “gelei”; as die geleidingsvermoë hoog is, dit wil sê, die weerstand laag is, is die werwelstroomverlies hoog, en as die weerstand van die ferriet hoog is, is die werwelstroomverlies relatief laag. Wervelstroomverlies hou ook verband met frekwensie. Hoe hoër die frekwensie, hoe groter is die werwelstroomverlies. Daarom sal die kernmateriaal die korrekte bedryfsfrekwensie van die kern bepaal. Oor die algemeen kan die werkfrekwensie van ysterpoeierkern 1MHz bereik, en die werkfrekwensie van ferriet kan 10MHz bereik. As die bedryfsfrekwensie hierdie frekwensie oorskry, sal die werwelstroomverlies vinnig toeneem en die ysterkerntemperatuur sal ook toeneem. Met die vinnige ontwikkeling van ysterkernmateriaal behoort ysterkerns met hoër bedryfsfrekwensies egter net om die draai te wees.

Nog 'n ysterverlies is die histereseverlies, wat eweredig is aan die area wat deur die histeresekurwe ingesluit is, wat verband hou met die swaaiamplitude van die AC-komponent van die stroom; hoe groter die AC-swaai, hoe groter die histereseverlies.

In die ekwivalente stroombaan van 'n induktor word 'n weerstand wat parallel met die induktor gekoppel is, dikwels gebruik om die ysterverlies uit te druk. Wanneer die frekwensie gelyk is aan SRF, kanselleer die induktiewe reaktansie en kapasitiewe reaktansie uit, en die ekwivalente reaktansie is nul. Op hierdie tydstip is die impedansie van die induktor gelykstaande aan die ysterverliesweerstand in serie met die wikkelweerstand, en die ysterverliesweerstand is baie groter as die wikkelweerstand, dus is die impedansie by SRF ongeveer gelyk aan die ysterverliesweerstand. Neem 'n lae-spanning induktor as 'n voorbeeld, sy yster verlies weerstand is ongeveer 20kΩ. As die effektiewe waardespanning aan beide kante van die induktor op 5V geskat word, is sy ysterverlies ongeveer 1.25mW, wat ook toon dat hoe groter die ysterverliesweerstand, hoe beter.

7. Skildstruktuur

Die verpakkingstruktuur van ferrietinduktors sluit nie-afskermde, semi-afskermde met magnetiese gom en afgeskermde in, en daar is 'n aansienlike luggaping in een van hulle. Uiteraard sal die luggaping magnetiese lekkasie hê, en in die ergste geval sal dit inmeng met die omliggende klein seinstroombane, of as daar 'n magnetiese materiaal naby is, sal die induktansie daarvan ook verander word. Nog 'n verpakkingstruktuur is 'n gestempelde ysterpoeierinduktor. Aangesien daar geen gaping binne die induktor is nie en die wikkelstruktuur solied is, is die probleem van magnetiese velddissipasie relatief klein. Figuur 10 is die gebruik van die FFT-funksie van die RTO 1004-ossilloskoop om die grootte van die lekmagnetiese veld op 3 mm bo en aan die kant van die gestempelde induktor te meet. Tabel 4 lys die vergelyking van die lekmagnetiese veld van verskillende pakketstruktuurinduktors. Dit kan gesien word dat nie-afskermde induktors die ernstigste magnetiese lekkasie het; gestempelde induktors het die kleinste magnetiese lekkasie, wat die beste magnetiese afskermingseffek toon. . Die verskil in die grootte van die lekmagnetiese veld van die induktors van hierdie twee strukture is ongeveer 14dB, wat byna 5 keer is.

10

Figuur 10. Die grootte van die lek magneetveld gemeet op 3mm bo en aan die kant van die gestempelde induktor

(4)

Tabel 4. Vergelyking van die lekmagnetiese veld van verskillende pakketstruktuurinduktors

8. koppeling

In sommige toepassings is daar soms veelvuldige stelle GS-omsetters op die PCB, wat gewoonlik langs mekaar gerangskik is, en hul ooreenstemmende induktors is ook langs mekaar gerangskik. As jy 'n nie-afskermde of 'n semi-afskermde tipe met magnetiese gom gebruik, kan induktors met mekaar gekoppel word om EMI-interferensie te vorm. Daarom, wanneer die induktor geplaas word, word dit aanbeveel om eers die polariteit van die induktor te merk, en die begin- en wikkelpunt van die binneste laag van die induktor te verbind met die skakelspanning van die omsetter, soos die VSW van 'n bok-omsetter, wat die beweegpunt is. Die uitlaatterminal is gekoppel aan die uitsetkapasitor, wat die statiese punt is; die koperdraadwikkeling vorm dus 'n sekere mate van elektriese veldafskerming. In die bedrading van die multiplekser help die vasstelling van die polariteit van die induktansie om die grootte van die wedersydse induktansie vas te stel en 'n paar onverwagte EMI-probleme te vermy.

Aansoeke:

Die vorige hoofstuk het die kernmateriaal, pakketstruktuur en belangrike elektriese eienskappe van die induktor bespreek. Hierdie hoofstuk sal verduidelik hoe om die toepaslike induktansiewaarde van die bok-omsetter te kies en die oorwegings vir die keuse van 'n kommersieel beskikbare induktor.

Soos getoon in vergelyking (5), sal die induktorwaarde en die skakelfrekwensie van die omsetter die induktorrimpelstroom (ΔiL) beïnvloed. Die induktorrimpelstroom sal deur die uitsetkapasitor vloei en die rimpelstroom van die uitsetkapasitor beïnvloed. Daarom sal dit die keuse van die uitsetkapasitor beïnvloed en die rimpelgrootte van die uitsetspanning verder beïnvloed. Verder sal die induktansiewaarde en die uitsetkapasitansiewaarde ook die terugvoerontwerp van die stelsel en die dinamiese reaksie van die las beïnvloed. Die keuse van 'n groter induktansiewaarde het minder stroomspanning op die kapasitor, en is ook voordelig om uitsetspanningrimpeling te verminder en kan meer energie stoor. 'n Groter induktansiewaarde dui egter op 'n groter volume, dit wil sê 'n hoër koste. Daarom, wanneer die omsetter ontwerp word, is die ontwerp van die induktansiewaarde baie belangrik.

(5)

Dit kan uit formule (5) gesien word dat wanneer die gaping tussen die insetspanning en die uitsetspanning groter is, die induktorrimpelstroom groter sal wees, wat die ergste toestand van die induktorontwerp is. Tesame met ander induktiewe analise, moet die induktansie-ontwerppunt van die aftrap-omsetter gewoonlik gekies word onder die toestande van maksimum insetspanning en volle las.

Wanneer die induktansiewaarde ontwerp word, is dit nodig om 'n afweging te maak tussen die induktorrimpelstroom en die induktorgrootte, en die rimpelstroomfaktor (rimpelstroomfaktor; γ) word hier gedefinieer, soos in formule (6).

（6）

Deur formule (6) in formule (5) te vervang, kan die induktansiewaarde uitgedruk word as formule (7).

（7）

Volgens formule (7), wanneer die verskil tussen die inset- en uitsetspanning groter is, kan die γ-waarde groter gekies word; inteendeel, as die inset- en uitsetspanning nader is, moet die γ-waarde-ontwerp kleiner wees. Om te kies tussen die induktorrimpelstroom en die grootte, volgens die tradisionele ontwerpervaringswaarde, is γ gewoonlik 0,2 tot 0,5. Die volgende neem RT7276 as 'n voorbeeld om die berekening van induktansie en die keuse van kommersieel beskikbare induktors te illustreer.

Ontwerpvoorbeeld: Ontwerp met RT7276 gevorderde konstante aantyd (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sinchroniese gelykrig-afstap-omskakelaar, sy skakelfrekwensie is 700 kHz, die insetspanning is 4.5V tot 18V, en die uitsetspanning is 1.05V . Die vollasstroom is 3A. Soos hierbo genoem, moet die induktansiewaarde ontwerp word onder die toestande van die maksimum insetspanning van 18V en die volle las van 3A, die waarde van γ word as 0.35 geneem, en die bogenoemde waarde word in vergelyking (7) vervang, die induktansie waarde is

Gebruik 'n induktor met 'n konvensionele nominale induktansiewaarde van 1,5 µH. Vervang formule (5) om die induktorrimpelstroom soos volg te bereken.

Daarom is die piekstroom van die induktor

En die effektiewe waarde van die induktorstroom (IRMS) is

Omdat die induktorrimpelkomponent klein is, is die effektiewe waarde van die induktorstroom hoofsaaklik sy GS-komponent, en hierdie effektiewe waarde word gebruik as die basis vir die seleksie van die induktor-aanslagstroom IDC. Met 80% derating (derating) ontwerp, is die induktansievereistes:

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

Tabel 5 lys die beskikbare induktors van verskillende reekse TDK, soortgelyk in grootte maar verskillend in pakketstruktuur. Dit kan uit die tabel gesien word dat die versadigingsstroom en aangeslane stroom van die gestempelde induktor (SPM6530T-1R5M) groot is, en die termiese weerstand is klein en die hitteafvoer goed. Daarbenewens, volgens die bespreking in die vorige hoofstuk, is die kernmateriaal van die gestempelde induktor ysterpoeierkern, dus word dit vergelyk met die ferrietkern van die semi-afskermde (VLS6045EX-1R5N) en afgeskermde (SLF7055T-1R5N) induktore met magnetiese gom. , Het goeie DC-vooroordeel-eienskappe. Figuur 11 toon die doeltreffendheidsvergelyking van verskillende induktors wat toegepas word op die RT7276 gevorderde konstante aantydse sinchroniese regstelling-afstap-omskakelaar. Die resultate toon dat die doeltreffendheidsverskil tussen die drie nie betekenisvol is nie. As jy hitteafvoer, GS-vooroordeelkenmerke en magnetiese velddissipasiekwessies oorweeg, word dit aanbeveel om SPM6530T-1R5M induktors te gebruik.

（5）

Tabel 5. Vergelyking van induktansies van verskillende reekse TDK

11

Figuur 11. Vergelyking van omsetterdoeltreffendheid met verskillende induktors

As jy dieselfde pakketstruktuur en induktansiewaarde kies, maar kleiner induktors, soos SPM4015T-1R5M (4.4×4.1×1.5mm), alhoewel sy grootte klein is, maar die DC weerstand RDC (44.5mΩ) en termiese weerstand ΘTH ( 51˚C) /W) Groter. Vir omsetters van dieselfde spesifikasies is die effektiewe waarde van die stroom wat deur die induktor geduld word ook dieselfde. Dit is duidelik dat die GS-weerstand die doeltreffendheid onder swaar las sal verminder. Boonop beteken 'n groot termiese weerstand swak hitteafvoer. Daarom, by die keuse van 'n induktor, is dit nie net nodig om die voordele van verminderde grootte te oorweeg nie, maar ook om die gepaardgaande tekortkominge te evalueer.

Ter afsluiting

Induktansie is een van die algemeen gebruikte passiewe komponente in skakelkragomsetters, wat vir energieberging en -filtrering gebruik kan word. In stroombaanontwerp is dit egter nie net die induktansiewaarde waaraan aandag gegee moet word nie, maar ander parameters insluitend AC-weerstand en Q-waarde, stroomtoleransie, ysterkernversadiging en pakketstruktuur, ens., is almal parameters wat moet oorweeg word wanneer 'n induktor gekies word. . Hierdie parameters hou gewoonlik verband met die kernmateriaal, die vervaardigingsproses en die grootte en koste. Daarom stel hierdie artikel die kenmerke van verskillende ysterkernmateriale bekend en hoe om 'n toepaslike induktansie te kies as verwysing vir kragtoevoerontwerp.