berita

Ringkasan

Induktor merupakan komponen yang sangat penting dalam switching converter, seperti penyimpan energi dan filter daya. Ada banyak jenis induktor, seperti untuk aplikasi yang berbeda (dari frekuensi rendah ke frekuensi tinggi), atau bahan inti berbeda yang mempengaruhi karakteristik induktor, dan sebagainya. Induktor yang digunakan dalam konverter switching adalah komponen magnetik frekuensi tinggi. Namun karena berbagai faktor seperti bahan, kondisi pengoperasian (seperti tegangan dan arus), dan suhu lingkungan, karakteristik dan teori yang disajikan cukup berbeda. Oleh karena itu, dalam desain rangkaian, selain parameter dasar nilai induktansi, hubungan antara impedansi induktor dan resistansi dan frekuensi AC, rugi-rugi inti dan karakteristik arus saturasi, dll. Artikel ini akan memperkenalkan beberapa bahan inti induktor penting dan karakteristiknya, serta memandu teknisi listrik untuk memilih induktor standar yang tersedia secara komersial.

Kata pengantar

Induktor merupakan komponen induksi elektromagnetik yang dibentuk dengan cara melilitkan sejumlah kumparan (coil) pada kumparan atau inti dengan kawat berinsulasi. Kumparan ini disebut kumparan induktansi atau Induktor. Menurut prinsip induksi elektromagnetik, ketika kumparan dan medan magnet bergerak relatif satu sama lain, atau kumparan menghasilkan medan magnet bolak-balik melalui arus bolak-balik, akan dihasilkan tegangan induksi untuk menahan perubahan medan magnet asli, dan karakteristik menahan perubahan arus ini disebut induktansi.

Rumus nilai induktansi adalah seperti rumus (1), yaitu sebanding dengan permeabilitas magnet, kuadrat lilitan belitan N, dan luas penampang rangkaian magnet ekivalen Ae, serta berbanding terbalik dengan panjang rangkaian magnet ekivalen le . Ada banyak jenis induktansi, masing-masing cocok untuk aplikasi berbeda; induktansi berkaitan dengan bentuk, ukuran, metode belitan, jumlah lilitan, dan jenis bahan magnet perantara.

(1)

Tergantung pada bentuk inti besi, induktansinya meliputi toroidal, inti E dan drum; dalam hal bahan inti besi, sebagian besar terdapat inti keramik dan dua jenis magnet lunak. Mereka adalah ferit dan bubuk logam. Tergantung pada struktur atau metode pengemasannya, ada luka kawat, berlapis-lapis, dan dibentuk, dan luka kawat memiliki lem magnetik yang tidak terlindung dan setengah terlindung (semi terlindung) dan terlindung (terlindung), dll.

Induktor bertindak seperti arus pendek dalam arus searah, dan memberikan impedansi tinggi terhadap arus bolak-balik. Kegunaan dasar dalam sirkuit termasuk tersedak, penyaringan, penyetelan, dan penyimpanan energi. Dalam penerapan switching converter, induktor merupakan komponen penyimpan energi yang paling penting, dan membentuk filter low-pass dengan kapasitor keluaran untuk mengurangi riak tegangan keluaran, sehingga juga berperan penting dalam fungsi penyaringan.

Artikel ini akan memperkenalkan berbagai bahan inti induktor dan karakteristiknya, serta beberapa karakteristik kelistrikan induktor, sebagai referensi evaluasi penting dalam pemilihan induktor selama desain rangkaian. Dalam contoh aplikasi, cara menghitung nilai induktansi dan cara memilih induktor standar yang tersedia secara komersial akan diperkenalkan melalui contoh praktis.

Jenis bahan inti

Induktor yang digunakan dalam konverter switching adalah komponen magnetik frekuensi tinggi. Bahan inti di tengah paling mempengaruhi karakteristik induktor, seperti impedansi dan frekuensi, nilai induktansi dan frekuensi, atau karakteristik saturasi inti. Berikut ini akan diperkenalkan perbandingan beberapa bahan inti besi yang umum dan karakteristik saturasinya sebagai acuan penting dalam memilih induktor daya:

1. Inti keramik

Inti keramik adalah salah satu bahan induktansi yang umum. Hal ini terutama digunakan untuk menyediakan struktur pendukung yang digunakan saat melilitkan kumparan. Ini juga disebut "induktor inti udara". Karena inti besi yang digunakan merupakan bahan non magnet dengan koefisien temperatur yang sangat rendah, maka nilai induktansinya sangat stabil pada kisaran temperatur pengoperasian. Namun, karena medianya adalah bahan non-magnetik, induktansinya sangat rendah, sehingga sangat tidak cocok untuk penerapan konverter daya.

2. Ferit

Inti ferit yang digunakan pada induktor frekuensi tinggi secara umum merupakan senyawa ferit yang mengandung nikel seng (NiZn) atau seng mangan (MnZn), yaitu bahan feromagnetik magnet lunak dengan koersivitas rendah. Gambar 1 menunjukkan kurva histeresis (loop BH) dari inti magnet umum. Gaya koersif HC suatu bahan magnet disebut juga gaya koersif, artinya apabila bahan magnet tersebut telah dimagnetisasi hingga mencapai saturasi magnet, magnetisasinya (magnetisasi) akan berkurang menjadi nol. Kuat medan magnet yang dibutuhkan pada saat itu. Koersivitas yang lebih rendah berarti resistensi yang lebih rendah terhadap demagnetisasi dan juga berarti kehilangan histeresis yang lebih rendah.

Ferit mangan-seng dan nikel-seng memiliki permeabilitas relatif (μr) yang relatif tinggi, masing-masing sekitar 1500-15000 dan 100-1000. Permeabilitas magnetnya yang tinggi membuat inti besi menjadi lebih tinggi dalam volume tertentu. Induktansi. Namun, kelemahannya adalah arus saturasi yang dapat ditoleransi rendah, dan begitu inti besi jenuh, permeabilitas magnetis akan turun tajam. Lihat Gambar 4 untuk mengetahui tren penurunan permeabilitas magnetik inti besi ferit dan bubuk ketika inti besi jenuh. Perbandingan. Bila digunakan pada induktor daya, akan ada celah udara di sirkuit magnet utama, yang dapat mengurangi permeabilitas, menghindari saturasi, dan menyimpan lebih banyak energi; ketika celah udara dimasukkan, permeabilitas relatif setara bisa sekitar 20- Antara 200. Karena resistivitas material itu sendiri yang tinggi dapat mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus eddy, kerugian tersebut lebih rendah pada frekuensi tinggi, dan lebih cocok untuk transformator frekuensi tinggi, induktor filter EMI dan induktor penyimpanan energi konverter daya. Dari segi frekuensi operasi, ferit nikel-seng cocok untuk digunakan (>1 MHz), sedangkan ferit mangan-seng cocok untuk pita frekuensi rendah (<2 MHz).

1

Gambar 1. Kurva histeresis inti magnet (BR: remanensi; BSAT: rapat fluks magnet saturasi)

3. Inti besi bubuk

Inti besi bubuk juga merupakan bahan feromagnetik bermagnet lunak. Mereka terbuat dari paduan serbuk besi dari bahan berbeda atau hanya serbuk besi. Formulanya mengandung bahan non-magnetik dengan ukuran partikel berbeda, sehingga kurva saturasinya relatif landai. Inti besi bubuk sebagian besar berbentuk toroidal. Gambar 2 menunjukkan inti besi serbuk dan tampilan penampangnya.

Inti besi bubuk yang umum meliputi paduan besi-nikel-molibdenum (MPP), sendust (Sendust), paduan besi-nikel (fluks tinggi) dan inti serbuk besi (bubuk besi). Karena komponennya berbeda, karakteristik dan harganya pun berbeda, sehingga mempengaruhi pemilihan induktor. Berikut ini akan diperkenalkan tipe-tipe inti yang disebutkan di atas dan membandingkan karakteristiknya:

A. Paduan besi-nikel-molibdenum (MPP)

Paduan Fe-Ni-Mo disingkat MPP yang merupakan singkatan dari bubuk molypermalloy. Permeabilitas relatifnya sekitar 14-500, dan kerapatan fluks magnet saturasi sekitar 7500 Gauss (Gauss), lebih tinggi dari kerapatan fluks magnet saturasi ferit (sekitar 4000-5000 Gauss). Banyak yang keluar. MPP memiliki kehilangan besi terkecil dan memiliki stabilitas suhu terbaik di antara inti besi bubuk. Ketika arus DC eksternal mencapai arus saturasi ISAT, nilai induktansi menurun secara perlahan tanpa redaman mendadak. MPP memiliki kinerja lebih baik tetapi biaya lebih tinggi, dan biasanya digunakan sebagai induktor daya dan penyaringan EMI untuk konverter daya.

B.Sendus

Inti besi paduan besi-silikon-aluminium merupakan inti besi paduan yang tersusun dari besi, silikon, dan aluminium, dengan permeabilitas magnet relatif sekitar 26 hingga 125. Kehilangan besi berada di antara inti serbuk besi dan MPP serta paduan besi-nikel. . Kerapatan fluks magnet saturasi lebih tinggi dari MPP, sekitar 10500 Gauss. Stabilitas suhu dan karakteristik arus saturasi sedikit lebih rendah daripada MPP dan paduan besi-nikel, tetapi lebih baik daripada inti serbuk besi dan inti ferit, dan biaya relatif lebih murah dibandingkan MPP dan paduan besi-nikel. Ini banyak digunakan dalam penyaringan EMI, sirkuit koreksi faktor daya (PFC) dan induktor daya dari konverter daya switching.

C. Paduan besi-nikel (fluks tinggi)

Inti paduan besi-nikel terbuat dari besi dan nikel. Permeabilitas magnet relatif adalah sekitar 14-200. Kehilangan besi dan stabilitas suhu berada di antara MPP dan paduan besi-silikon-aluminium. Inti paduan besi-nikel memiliki kerapatan fluks magnet saturasi tertinggi, sekitar 15.000 Gauss, dan dapat menahan arus bias DC yang lebih tinggi, dan karakteristik bias DC-nya juga lebih baik. Ruang lingkup aplikasi: Koreksi faktor daya aktif, induktansi penyimpanan energi, induktansi filter, transformator frekuensi tinggi konverter flyback, dll.

D. Serbuk besi

Inti serbuk besi terbuat dari partikel serbuk besi dengan kemurnian tinggi dengan partikel sangat kecil yang diisolasi satu sama lain. Proses pembuatannya membuatnya memiliki celah udara yang terdistribusi. Selain bentuk cincin, bentuk inti serbuk besi pada umumnya juga memiliki tipe E dan tipe stamping. Permeabilitas magnet relatif inti serbuk besi adalah sekitar 10 hingga 75, dan kerapatan fluks magnet saturasi tinggi sekitar 15.000 Gauss. Di antara inti besi serbuk, inti serbuk besi memiliki kehilangan besi tertinggi tetapi biaya terendah.

Gambar 3 menunjukkan kurva BH ferit mangan-seng PC47 yang diproduksi oleh TDK dan inti besi bubuk -52 dan -2 yang diproduksi oleh MICROMETALS; permeabilitas magnet relatif ferit mangan-seng jauh lebih tinggi daripada inti besi bubuk dan jenuh. Kerapatan fluks magnet juga sangat berbeda, ferit sekitar 5000 Gauss dan inti serbuk besi lebih dari 10.000 Gauss.

3

Gambar 3. Kurva BH inti ferit mangan-seng dan inti serbuk besi dari bahan yang berbeda

Singkatnya, karakteristik kejenuhan inti besi berbeda-beda; setelah arus saturasi terlampaui, permeabilitas magnetik inti ferit akan turun tajam, sedangkan inti serbuk besi perlahan-lahan dapat menurun. Gambar 4 menunjukkan karakteristik penurunan permeabilitas magnetik dari inti besi bubuk dengan permeabilitas magnetik yang sama dan ferit dengan celah udara pada kekuatan medan magnet yang berbeda. Hal ini juga menjelaskan induktansi inti ferit, karena permeabilitas turun tajam ketika inti jenuh, seperti terlihat dari persamaan (1), juga menyebabkan induktansi turun tajam; sedangkan inti bubuk dengan celah udara terdistribusi, permeabilitas magnetis Lajunya menurun perlahan ketika inti besi jenuh, sehingga induktansinya menurun lebih perlahan, yaitu memiliki karakteristik bias DC yang lebih baik. Dalam penerapan konverter daya, karakteristik ini sangat penting; jika karakteristik saturasi lambat induktor tidak baik, arus induktor naik ke arus saturasi, dan penurunan induktansi secara tiba-tiba akan menyebabkan tegangan arus kristal switching meningkat tajam, yang mudah menyebabkan kerusakan.

4

Gambar 4. Karakteristik penurunan permeabilitas magnetik inti besi serbuk dan inti besi ferit dengan celah udara pada kekuatan medan magnet yang berbeda.

Karakteristik listrik induktor dan struktur paket

Saat merancang konverter switching dan memilih induktor, nilai induktansi L, impedansi Z, resistansi AC ACR dan nilai Q (faktor kualitas), arus pengenal IDC dan ISAT, dan kehilangan inti (kehilangan inti) dan karakteristik kelistrikan penting lainnya semuanya Harus dipertimbangkan. Selain itu, struktur kemasan induktor akan mempengaruhi besarnya kebocoran magnet yang selanjutnya mempengaruhi EMI. Berikut ini akan dibahas secara terpisah ciri-ciri tersebut di atas sebagai bahan pertimbangan pemilihan induktor.

1. Nilai induktansi (L)

Nilai induktansi suatu induktor merupakan parameter dasar terpenting dalam perancangan rangkaian, namun harus diperiksa apakah nilai induktansi stabil pada frekuensi operasi. Nilai nominal induktansi biasanya diukur pada 100 kHz atau 1 MHz tanpa bias DC eksternal. Dan untuk memastikan kemungkinan produksi otomatis massal, toleransi induktor biasanya ±20% (M) dan ±30% (N). Gambar 5 adalah grafik karakteristik frekuensi induktansi induktor Taiyo Yuden NR4018T220M yang diukur dengan LCR meter Wayne Kerr. Seperti terlihat pada gambar, kurva nilai induktansi relatif datar sebelum 5 MHz, dan nilai induktansi hampir dapat dianggap konstan. Pada pita frekuensi tinggi akibat resonansi yang dihasilkan oleh kapasitansi dan induktansi parasit, nilai induktansi akan meningkat. Frekuensi resonansi ini disebut frekuensi resonansi mandiri (SRF), yang biasanya harus jauh lebih tinggi daripada frekuensi pengoperasian.

5

Gambar 5, diagram pengukuran karakteristik frekuensi induktansi Taiyo Yuden NR4018T220M

2. Impedansi (Z)

Seperti terlihat pada Gambar 6, diagram impedansi juga dapat dilihat dari kinerja induktansi pada frekuensi yang berbeda. Impedansi induktor kira-kira sebanding dengan frekuensi (Z=2πfL), jadi semakin tinggi frekuensinya, reaktansinya akan jauh lebih besar daripada resistansi AC, sehingga impedansinya berperilaku seperti induktansi murni (fasanya 90˚). Pada frekuensi tinggi, karena efek kapasitansi parasit, titik frekuensi resonansi diri dari impedansi dapat dilihat. Setelah titik ini, impedansi turun dan menjadi kapasitif, dan fase secara bertahap berubah menjadi -90˚.

6

3. Nilai Q dan resistansi AC (ACR)

Nilai Q dalam pengertian induktansi adalah perbandingan reaktansi terhadap hambatan, yaitu perbandingan bagian imajiner dengan bagian nyata impedansi, seperti pada rumus (2).

(2)

Dimana XL adalah reaktansi induktor, dan RL adalah resistansi AC induktor.

Pada rentang frekuensi rendah, resistansi AC lebih besar dari reaktansi yang disebabkan oleh induktansi, sehingga nilai Q-nya sangat rendah; dengan meningkatnya frekuensi, reaktansi (sekitar 2πfL) menjadi semakin besar, bahkan jika resistansi akibat efek kulit (efek kulit) dan efek kedekatan (proximity) Efeknya menjadi semakin besar, dan nilai Q tetap meningkat seiring dengan frekuensi ; ketika mendekati SRF, reaktansi induktif secara bertahap diimbangi oleh reaktansi kapasitif, dan nilai Q secara bertahap menjadi lebih kecil; ketika SRF menjadi nol, karena reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif sama sekali Hilang. Gambar 7 menunjukkan hubungan antara nilai Q dan frekuensi NR4018T220M, dan hubungannya berbentuk bel terbalik.

7

Gambar 7. Hubungan antara nilai Q dan frekuensi induktor Taiyo Yuden NR4018T220M

Dalam penerapan pita frekuensi induktansi, semakin tinggi nilai Q, semakin baik; ini berarti reaktansinya jauh lebih besar daripada resistansi AC. Secara umum nilai Q terbaik adalah diatas 40 yang berarti kualitas induktornya baik. Namun, secara umum dengan meningkatnya bias DC, nilai induktansi akan menurun dan nilai Q juga akan menurun. Jika kawat berenamel datar atau kawat berenamel multi-untai digunakan, efek kulit, yaitu resistansi AC, dapat dikurangi, dan nilai Q induktor juga dapat ditingkatkan.

Resistansi DC DCR umumnya dianggap sebagai resistansi DC dari kawat tembaga, dan resistansi dapat dihitung berdasarkan diameter dan panjang kawat. Namun, sebagian besar induktor SMD arus rendah akan menggunakan pengelasan ultrasonik untuk membuat lembaran tembaga SMD di terminal belitan. Namun, karena kawat tembaga tidak panjang dan nilai resistansinya tidak tinggi, resistansi pengelasan sering kali menyumbang sebagian besar resistansi DC keseluruhan. Mengambil contoh induktor SMD lilitan kawat TDK CLF6045NIT-1R5N, resistansi DC yang diukur adalah 14,6mΩ, dan resistansi DC yang dihitung berdasarkan diameter dan panjang kawat adalah 12,1mΩ. Hasilnya menunjukkan bahwa resistansi pengelasan ini menyumbang sekitar 17% dari keseluruhan resistansi DC.

Resistensi AC ACR memiliki efek kulit dan efek kedekatan, yang akan menyebabkan ACR meningkat seiring frekuensi; dalam penerapan induktansi umum, karena komponen AC jauh lebih rendah daripada komponen DC, pengaruh ACR tidak terlihat jelas; Namun pada beban ringan, karena komponen DC berkurang maka kerugian yang disebabkan oleh ACR tidak dapat diabaikan. Efek kulit berarti bahwa dalam kondisi AC, distribusi arus di dalam konduktor tidak merata dan terkonsentrasi pada permukaan kawat, sehingga mengakibatkan pengurangan luas penampang kawat ekivalen, yang pada gilirannya meningkatkan resistansi ekivalen kawat dengan frekuensi. Selain itu, pada suatu belitan kawat, kawat yang berdekatan akan menyebabkan penambahan dan pengurangan medan magnet akibat arus, sehingga arus terkonsentrasi pada permukaan yang berdekatan dengan kawat (atau permukaan terjauh, tergantung arah arus). ), yang juga menyebabkan intersepsi kabel yang setara. Fenomena penurunan luas dan peningkatan resistansi ekuivalen disebut efek kedekatan; dalam penerapan induktansi belitan multilayer, efek kedekatan menjadi lebih jelas.

8

Gambar 8 menunjukkan hubungan antara resistansi AC dan frekuensi induktor SMD lilitan kawat NR4018T220M. Pada frekuensi 1kHz, resistansinya sekitar 360mΩ; pada 100kHz, resistansi meningkat menjadi 775mΩ; pada 10MHz, nilai resistansi mendekati 160Ω. Saat memperkirakan kehilangan tembaga, penghitungan harus mempertimbangkan ACR yang disebabkan oleh efek kulit dan jarak, dan memodifikasinya ke rumus (3).

4. Arus saturasi (ISAT)

Arus saturasi ISAT umumnya merupakan arus bias yang ditandai ketika nilai induktansi dilemahkan seperti 10%, 30%, atau 40%. Untuk ferit celah udara, karena karakteristik arus jenuhnya yang sangat cepat, perbedaan antara 10% dan 40% tidak terlalu besar. Lihat Gambar 4. Namun, jika itu adalah inti serbuk besi (seperti induktor yang dicap), kurva saturasinya relatif landai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9, arus bias pada 10% atau 40% dari redaman induktansi jauh lebih besar. berbeda, sehingga nilai arus saturasi akan dibahas tersendiri untuk kedua jenis inti besi tersebut sebagai berikut.

Untuk ferit celah udara, masuk akal untuk menggunakan ISAT sebagai batas atas arus induktor maksimum untuk aplikasi rangkaian. Namun jika inti serbuk besi, karena karakteristik saturasinya yang lambat, tidak akan ada masalah meskipun arus maksimum rangkaian aplikasi melebihi ISAT. Oleh karena itu, karakteristik inti besi ini paling cocok untuk aplikasi switching converter. Pada beban berat, walaupun nilai induktansi induktornya rendah, seperti terlihat pada Gambar 9, faktor riak arusnya tinggi, namun toleransi arus kapasitor arusnya tinggi, sehingga tidak menjadi masalah. Di bawah beban ringan, nilai induktansi induktor lebih besar, yang membantu mengurangi arus riak induktor, sehingga mengurangi kehilangan besi. Gambar 9 membandingkan kurva arus saturasi ferit luka SLF7055T1R5N TDK dan induktor inti serbuk besi stempel SPM6530T1R5M dengan nilai induktansi nominal yang sama.

9

Gambar 9. Kurva arus jenuh ferit luka dan inti serbuk besi stempel dengan nilai induktansi nominal yang sama

5. Nilai saat ini (IDC)

Nilai IDC merupakan bias DC ketika suhu induktor naik hingga Tr˚C. Spesifikasinya juga menunjukkan nilai resistansi DC-nya RDC pada 20˚C. Berdasarkan koefisien temperatur kawat tembaga sekitar 3,930 ppm, ketika temperatur Tr naik maka nilai resistansinya adalah RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), dan konsumsi dayanya adalah PCU = I2DCxRDC. Kehilangan tembaga ini hilang pada permukaan induktor, dan resistansi termal ΘTH induktor dapat dihitung:

(2)

Tabel 2 mengacu pada lembar data seri TDK VLS6045EX (6.0×6.0×4.5mm), dan menghitung ketahanan termal pada kenaikan suhu 40˚C. Jelasnya, untuk induktor dengan seri dan ukuran yang sama, resistansi termal yang dihitung hampir sama karena luas pembuangan panas permukaan yang sama; dengan kata lain, IDC arus pengenal dari berbagai induktor dapat diperkirakan. Seri (paket) induktor yang berbeda memiliki ketahanan termal yang berbeda. Tabel 3 membandingkan ketahanan termal induktor seri TDK VLS6045EX (semi-pelindung) dan seri SPM6530 (dibentuk). Semakin besar hambatan termal, semakin tinggi kenaikan suhu yang dihasilkan ketika induktansi mengalir melalui arus beban; jika tidak, semakin rendah.

(2)

Tabel 2. Resistansi termal induktor seri VLS6045EX pada kenaikan suhu 40˚C

Dapat dilihat dari Tabel 3 bahwa meskipun ukuran induktornya sama, ketahanan termal dari induktor yang dicap rendah, sehingga pembuangan panasnya lebih baik.

(3)

Tabel 3. Perbandingan ketahanan termal dari paket induktor yang berbeda.

6. Kerugian inti

Kehilangan inti, yang disebut kehilangan besi, terutama disebabkan oleh kehilangan arus eddy dan kehilangan histeresis. Besar kecilnya kerugian arus eddy terutama bergantung pada apakah material inti mudah “dihantarkan”; jika konduktivitasnya tinggi, yaitu resistivitasnya rendah, maka rugi-rugi arus eddy tinggi, dan jika resistivitas ferit tinggi, rugi-rugi arus eddy relatif rendah. Hilangnya arus Eddy juga berhubungan dengan frekuensi. Semakin tinggi frekuensinya, semakin besar pula kerugian arus eddy. Oleh karena itu, material inti akan menentukan frekuensi operasi inti yang tepat. Secara umum, frekuensi kerja inti serbuk besi bisa mencapai 1MHz, dan frekuensi kerja ferit bisa mencapai 10MHz. Jika frekuensi operasi melebihi frekuensi ini, maka kehilangan arus eddy akan meningkat dengan cepat dan suhu inti besi juga akan meningkat. Namun, dengan pesatnya perkembangan material inti besi, inti besi dengan frekuensi operasi yang lebih tinggi seharusnya sudah dekat.

Rugi-rugi besi lainnya adalah rugi-rugi histeresis, yang sebanding dengan luas area yang dibatasi oleh kurva histeresis, yang berhubungan dengan amplitudo ayunan komponen arus AC; semakin besar ayunan AC, semakin besar pula kerugian histeresis.

Dalam rangkaian ekivalen induktor, resistor yang dihubungkan secara paralel dengan induktor sering digunakan untuk menyatakan rugi-rugi besi. Ketika frekuensi sama dengan SRF, reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif dihilangkan, dan reaktansi ekivalen menjadi nol. Pada saat ini, impedansi induktor setara dengan resistansi rugi-rugi besi yang dirangkai seri dengan resistansi belitan, dan resistansi rugi-rugi besi jauh lebih besar daripada resistansi belitan, sehingga impedansi pada SRF kira-kira sama dengan resistansi rugi-rugi besi. Mengambil contoh induktor tegangan rendah, resistansi kehilangan besinya sekitar 20kΩ. Jika nilai efektif tegangan pada kedua ujung induktor diperkirakan 5V, maka rugi-rugi besinya sekitar 1,25mW, yang juga menunjukkan bahwa semakin besar resistansi rugi-rugi besi, semakin baik.

7. Struktur perisai

Struktur pengemasan induktor ferit meliputi non-pelindung, semi-pelindung dengan lem magnetik, dan terlindung, dan terdapat celah udara yang cukup besar di salah satunya. Jelas sekali, celah udara akan mengalami kebocoran magnet, dan dalam kasus terburuk, akan mengganggu rangkaian sinyal kecil di sekitarnya, atau jika ada bahan magnetis di dekatnya, induktansinya juga akan berubah. Struktur pengemasan lainnya adalah induktor serbuk besi yang dicap. Karena tidak ada celah di dalam induktor dan struktur belitannya kokoh, masalah disipasi medan magnet relatif kecil. Gambar 10 adalah penggunaan fungsi FFT osiloskop RTO 1004 untuk mengukur besarnya kebocoran medan magnet pada 3mm di atas dan di samping induktor yang dicap. Tabel 4 mencantumkan perbandingan medan magnet bocor dari induktor struktur paket yang berbeda. Dapat dilihat bahwa induktor tanpa pelindung memiliki kebocoran magnet yang paling serius; induktor yang dicap memiliki kebocoran magnet terkecil, menunjukkan efek pelindung magnet terbaik. . Perbedaan besarnya medan magnet bocor induktor kedua struktur ini adalah sekitar 14dB, yaitu hampir 5 kali lipat.

10

Gambar 10. Besarnya medan magnet bocor diukur pada 3mm di atas dan di samping induktor yang dicap

(4)

Tabel 4. Perbandingan medan magnet bocor dari induktor struktur paket yang berbeda

8. kopling

Dalam beberapa aplikasi, terkadang terdapat beberapa set konverter DC pada PCB, yang biasanya disusun bersebelahan, dan induktor yang sesuai juga disusun bersebelahan. Jika Anda menggunakan tipe non-pelindung atau semi-pelindung dengan lem magnet, Induktor dapat digabungkan satu sama lain untuk membentuk interferensi EMI. Oleh karena itu, ketika menempatkan induktor, disarankan untuk menandai polaritas induktor terlebih dahulu, dan menghubungkan titik awal dan belitan lapisan terdalam induktor ke tegangan switching konverter, seperti VSW konverter buck, yang merupakan titik bergerak. Terminal stopkontak terhubung ke kapasitor keluaran, yang merupakan titik statis; Oleh karena itu, belitan kawat tembaga membentuk pelindung medan listrik pada tingkat tertentu. Dalam pengaturan pengkabelan multiplekser, memperbaiki polaritas induktansi membantu memperbaiki besarnya induktansi timbal balik dan menghindari beberapa masalah EMI yang tidak terduga.

Aplikasi:

Bab sebelumnya membahas bahan inti, struktur paket, dan karakteristik listrik penting dari induktor. Bab ini akan menjelaskan cara memilih nilai induktansi yang sesuai dari buck converter dan pertimbangan dalam memilih induktor yang tersedia secara komersial.

Seperti terlihat pada persamaan (5), nilai induktor dan frekuensi switching konverter akan mempengaruhi arus riak induktor (ΔiL). Arus riak induktor akan mengalir melalui kapasitor keluaran dan mempengaruhi arus riak kapasitor keluaran. Oleh karena itu, hal ini akan mempengaruhi pemilihan kapasitor keluaran dan selanjutnya mempengaruhi ukuran riak tegangan keluaran. Selanjutnya nilai induktansi dan nilai kapasitansi keluaran juga akan mempengaruhi desain umpan balik sistem dan respon dinamis beban. Memilih nilai induktansi yang lebih besar akan mengurangi tekanan arus pada kapasitor, dan juga bermanfaat untuk mengurangi riak tegangan keluaran dan dapat menyimpan lebih banyak energi. Namun, nilai induktansi yang lebih besar menunjukkan volume yang lebih besar, yaitu biaya yang lebih tinggi. Oleh karena itu, ketika merancang konverter, perancangan nilai induktansi sangatlah penting.

(5)

Dapat dilihat dari rumus (5) bahwa semakin besar jarak antara tegangan masukan dan tegangan keluaran, maka arus riak induktor akan semakin besar, yang merupakan kondisi terburuk dari desain induktor. Ditambah dengan analisis induktif lainnya, titik desain induktansi dari konverter step-down biasanya harus dipilih dalam kondisi tegangan input maksimum dan beban penuh.

Saat merancang nilai induktansi, perlu dilakukan trade-off antara arus riak induktor dan ukuran induktor, dan faktor arus riak (faktor arus riak; γ) didefinisikan di sini, seperti dalam rumus (6).

（6）

Dengan mensubstitusi rumus (6) ke dalam rumus (5), nilai induktansi dapat dinyatakan sebagai rumus (7).

（7）

Menurut rumus (7), ketika perbedaan antara tegangan masukan dan keluaran lebih besar, nilai γ dapat dipilih lebih besar; sebaliknya jika tegangan masukan dan keluaran lebih dekat maka nilai desain harus lebih kecil. Untuk memilih antara arus riak induktor dan ukurannya, menurut nilai pengalaman desain tradisional, γ biasanya 0,2 hingga 0,5. Berikut ini adalah contoh RT7276 untuk menggambarkan penghitungan induktansi dan pemilihan induktor yang tersedia secara komersial.

Contoh desain: dirancang dengan konverter step-down rektifikasi sinkron RT7276 tepat waktu konstan canggih (Advanced Constant On-Time; ACOTTM), frekuensi peralihannya adalah 700 kHz, tegangan masukan adalah 4,5V hingga 18V, dan tegangan keluaran adalah 1,05V . Arus beban penuh adalah 3A. Seperti disebutkan di atas, nilai induktansi harus dirancang pada kondisi tegangan input maksimum 18V dan beban penuh 3A, nilai γ diambil 0,35, dan nilai di atas disubstitusikan ke persamaan (7), induktansi nilai adalah

Gunakan induktor dengan nilai induktansi nominal konvensional 1,5 µH. Gantikan rumus (5) untuk menghitung arus riak induktor sebagai berikut.

Oleh karena itu, arus puncak induktor adalah

Dan nilai efektif arus induktor (IRMS) adalah

Karena komponen riak induktor kecil, nilai efektif arus induktor sebagian besar adalah komponen DC-nya, dan nilai efektif ini digunakan sebagai dasar untuk memilih IDC arus pengenal induktor. Dengan desain penurunan daya (derating) 80%, persyaratan induktansinya adalah:

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

Tabel 5 mencantumkan induktor yang tersedia dari seri TDK berbeda, ukurannya serupa tetapi struktur paketnya berbeda. Dapat dilihat dari tabel bahwa arus saturasi dan arus pengenal induktor yang dicap (SPM6530T-1R5M) besar, resistansi termalnya kecil, dan pembuangan panasnya baik. Selain itu, berdasarkan pembahasan pada bab sebelumnya, bahan inti induktor stempel adalah inti serbuk besi, sehingga dibandingkan dengan inti ferit induktor semi terlindung (VLS6045EX-1R5N) dan terlindung (SLF7055T-1R5N). dengan lem magnet. , Memiliki karakteristik bias DC yang baik. Gambar 11 menunjukkan perbandingan efisiensi berbagai induktor yang diterapkan pada konverter step-down rektifikasi sinkron konstan tepat waktu canggih RT7276. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan efisiensi antara ketiganya tidak signifikan. Jika Anda mempertimbangkan masalah pembuangan panas, karakteristik bias DC, dan masalah pembuangan medan magnet, disarankan untuk menggunakan induktor SPM6530T-1R5M.

（5）

Tabel 5. Perbandingan induktansi rangkaian TDK yang berbeda

11

Gambar 11. Perbandingan efisiensi konverter dengan induktor yang berbeda

Jika Anda memilih struktur paket dan nilai induktansi yang sama, tetapi induktor berukuran lebih kecil, seperti SPM4015T-1R5M (4.4×4.1×1.5mm), meskipun ukurannya kecil, tetapi resistansi DC RDC (44.5mΩ) dan resistansi termal ΘTH ( 51˚C) /W) Lebih besar. Untuk konverter dengan spesifikasi yang sama, nilai efektif arus yang ditoleransi oleh induktor juga sama. Jelas, resistansi DC akan mengurangi efisiensi pada beban berat. Selain itu, ketahanan termal yang besar berarti pembuangan panas yang buruk. Oleh karena itu, ketika memilih induktor, tidak hanya perlu mempertimbangkan keuntungan dari pengurangan ukuran, tetapi juga untuk mengevaluasi kekurangan yang menyertainya.

Kesimpulannya

Induktansi adalah salah satu komponen pasif yang umum digunakan dalam switching konverter daya, yang dapat digunakan untuk penyimpanan dan penyaringan energi. Namun dalam perancangan rangkaian, tidak hanya nilai induktansi saja yang perlu diperhatikan, tetapi parameter lain termasuk resistansi AC dan nilai Q, toleransi arus, saturasi inti besi, dan struktur paket, dll., merupakan parameter yang harus diperhatikan. dipertimbangkan ketika memilih induktor. . Parameter ini biasanya berkaitan dengan bahan inti, proses pembuatan, serta ukuran dan biaya. Oleh karena itu, artikel ini memperkenalkan karakteristik bahan inti besi yang berbeda dan cara memilih induktansi yang tepat sebagai acuan desain catu daya.