124

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 yang 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 operasi (seperti tegangan dan arus), dan suhu lingkungan, karakteristik dan teori yang disajikan sangat 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 masih harus dipertimbangkan. Artikel ini akan memperkenalkan beberapa bahan inti induktor penting dan karakteristiknya, dan juga memandu insinyur listrik untuk memilih induktor standar yang tersedia secara komersial.

Kata pengantar

Induktor adalah komponen induksi elektromagnetik, yang dibentuk dengan melilitkan sejumlah kumparan (coil) tertentu 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, tegangan induksi akan dihasilkan untuk menahan perubahan medan magnet asli, dan karakteristik menahan perubahan arus ini disebut induktansi.

Rumus nilai induktansi adalah sebagai rumus (1), yaitu berbanding lurus dengan permeabilitas magnet, kuadrat lilitan belitan N, dan luas penampang rangkaian magnet ekivalen Ae, dan berbanding terbalik dengan panjang rangkaian magnet ekivalen le . Ada banyak jenis induktansi, masing-masing cocok untuk aplikasi yang berbeda; induktansi terkait dengan bentuk, ukuran, metode penggulungan, jumlah lilitan, dan jenis bahan magnet menengah.

图片1

(1)

Tergantung pada bentuk inti besi, induktansi termasuk toroidal, inti E dan drum; dalam hal bahan inti besi, terutama ada inti keramik dan dua jenis magnet lunak. Mereka adalah ferit dan bubuk logam. Tergantung pada struktur atau metode pengemasan, ada luka kawat, multi-lapisan, dan cetakan, dan luka kawat memiliki non-terlindung dan setengah dari lem magnet Terlindung (semi-terlindung) dan terlindung (terlindung), dll.

Induktor bertindak seperti korsleting dalam arus searah, dan menyajikan impedansi tinggi untuk arus bolak-balik. Penggunaan dasar di sirkuit termasuk tersedak, penyaringan, penyetelan, dan penyimpanan energi. Dalam penerapan konverter switching, induktor adalah komponen penyimpan energi yang paling penting, dan membentuk filter low-pass dengan kapasitor keluaran untuk mengurangi riak tegangan keluaran, sehingga juga memainkan peran penting dalam fungsi penyaringan.

Artikel ini akan memperkenalkan berbagai bahan inti induktor dan karakteristiknya, serta beberapa karakteristik listrik induktor, sebagai referensi evaluasi penting untuk memilih induktor selama desain rangkaian. Dalam contoh aplikasi, bagaimana menghitung nilai induktansi dan bagaimana memilih induktor standar yang tersedia secara komersial akan diperkenalkan melalui contoh-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 dan frekuensi induktansi, atau karakteristik saturasi inti. Berikut ini akan memperkenalkan perbandingan beberapa bahan inti besi umum dan karakteristik saturasinya sebagai referensi penting untuk memilih induktor daya:

1. Inti keramik

Inti keramik adalah salah satu bahan induktansi umum. Ini terutama digunakan untuk menyediakan struktur pendukung yang digunakan saat melilitkan koil. Ini juga disebut "induktor inti udara". Karena inti besi yang digunakan merupakan material non-magnetik dengan koefisien temperatur yang sangat rendah, maka nilai induktansinya sangat stabil pada rentang temperatur operasi. Namun, karena bahan non-magnetik sebagai media, induktansinya sangat rendah, yang sangat tidak cocok untuk aplikasi konverter daya.

2. Ferit

Inti ferit yang digunakan pada induktor frekuensi tinggi umumnya adalah senyawa ferit yang mengandung seng nikel (NiZn) atau seng mangan (MnZn), yang merupakan bahan feromagnetik magnetik lunak dengan koersivitas rendah. Gambar 1 menunjukkan kurva histeresis (BH loop) dari inti magnet umum. Gaya koersif HC dari suatu bahan magnet disebut juga gaya koersif, yang berarti bahwa ketika bahan magnet telah dimagnetisasi hingga saturasi magnet, daya magnetisasinya (magnetisasi) 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 tinggi (μr), masing-masing sekitar 1500-15000 dan 100-1000. Permeabilitas magnetiknya yang tinggi membuat inti besi lebih tinggi dalam volume tertentu. Induktansi. Namun, kerugiannya adalah arus saturasi yang dapat ditoleransi rendah, dan begitu inti besi jenuh, permeabilitas magnetik akan turun tajam. Lihat Gambar 4 untuk tren penurunan permeabilitas magnetik inti besi ferit dan serbuk ketika inti besi jenuh. Perbandingan. Ketika digunakan dalam induktor daya, celah udara akan tertinggal di sirkuit magnetik utama, yang dapat mengurangi permeabilitas, menghindari saturasi dan menyimpan lebih banyak energi; ketika celah udara disertakan, permeabilitas relatif setara bisa sekitar 20- Antara 200. Karena resistivitas tinggi dari bahan itu sendiri dapat mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus eddy, kerugian lebih rendah pada frekuensi tinggi, dan lebih cocok untuk transformator frekuensi tinggi, induktor filter EMI dan induktor penyimpanan energi dari konverter daya. Dalam hal frekuensi operasi, ferit nikel-seng cocok untuk digunakan (>1 MHz), sedangkan ferit mangan-seng cocok untuk pita frekuensi yang lebih rendah (<2 MHz).

图片2         1

Gambar 1. Kurva histeresis inti magnet (BR: remanen; BSAT: kerapatan fluks magnet saturasi)

3. Inti besi bubuk

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

Inti besi bubuk yang umum termasuk paduan besi-nikel-molibdenum (MPP), sendust (Sendust), paduan besi-nikel (fluks tinggi) dan inti serbuk besi (serbuk besi). Karena komponen yang berbeda, karakteristik dan harganya juga berbeda, yang mempengaruhi pilihan induktor. Berikut ini akan memperkenalkan 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 relatif sekitar 14-500, dan kerapatan fluks magnet saturasi sekitar 7500 Gauss (Gauss), yang lebih tinggi dari kerapatan fluks magnetik jenuh ferit (sekitar 4000-5000 Gauss). Banyak 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 tiba-tiba. MPP memiliki kinerja yang 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 adalah inti besi paduan yang terdiri dari besi, silikon, dan aluminium, dengan permeabilitas magnetik relatif sekitar 26 hingga 125. Kehilangan besi adalah antara inti serbuk besi dan MPP dan 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 daripada 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 magnetik relatif adalah sekitar 14-200. Kehilangan besi dan stabilitas suhu 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. Lingkup aplikasi: Koreksi faktor daya aktif, induktansi penyimpanan energi, induktansi filter, transformator frekuensi tinggi dari konverter flyback, dll.

 

D. Serbuk besi

Inti serbuk besi terbuat dari partikel serbuk besi dengan kemurnian tinggi dengan partikel yang sangat kecil yang diisolasi satu sama lain. Proses pembuatannya membuatnya memiliki celah udara yang terdistribusi. Selain bentuk cincin, bentuk inti serbuk besi yang umum juga memiliki tipe E dan tipe stamping. Permeabilitas magnetik relatif dari inti serbuk besi adalah sekitar 10 hingga 75, dan kerapatan fluks magnet saturasi tinggi adalah sekitar 15000 Gauss. Di antara inti besi bubuk, inti bubuk 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 MIKROMETALS; permeabilitas magnetik relatif ferit mangan-seng jauh lebih tinggi daripada inti besi bubuk dan jenuh. Kepadatan fluks magnet juga sangat berbeda, ferit sekitar 5000 Gauss dan inti serbuk besi lebih dari 10.000 Gauss.

图片3   3

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

 

Singkatnya, karakteristik saturasi inti besi berbeda; 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 inti besi bubuk dengan permeabilitas magnetik yang sama dan ferit dengan celah udara di bawah kekuatan medan magnet yang berbeda. Ini juga menjelaskan induktansi inti ferit, karena permeabilitas turun tajam ketika inti jenuh, seperti dapat dilihat dari persamaan (1), hal itu juga menyebabkan induktansi turun tajam; sedangkan inti bubuk dengan celah udara terdistribusi, permeabilitas magnetik Laju menurun perlahan ketika inti besi jenuh, sehingga induktansi menurun lebih lembut, yaitu memiliki karakteristik bias DC yang lebih baik. Dalam penerapan konverter daya, karakteristik ini sangat penting; jika karakteristik saturasi lambat dari induktor tidak baik, arus induktor naik ke arus saturasi, dan penurunan induktansi yang tiba-tiba akan menyebabkan tegangan arus kristal pensaklaran meningkat tajam, yang mudah menyebabkan kerusakan.

图片3    4

Gambar 4. Karakteristik penurunan permeabilitas magnetik inti besi bubuk dan inti besi ferit dengan celah udara di bawah kekuatan medan magnet yang berbeda.

 

Karakteristik listrik induktor dan struktur paket

Saat merancang konverter switching dan memilih induktor, nilai induktansi L, impedansi Z, nilai resistansi AC ACR dan Q (faktor kualitas), arus pengenal IDC dan ISAT, dan rugi inti (core loss) dan karakteristik kelistrikan penting lainnya semuanya Harus dipertimbangkan. Selain itu, struktur kemasan induktor akan mempengaruhi besarnya kebocoran magnetik, yang pada gilirannya mempengaruhi EMI. Berikut ini akan dibahas karakteristik tersebut di atas secara terpisah sebagai pertimbangan untuk memilih induktor.

1. Nilai induktansi (L)

Nilai induktansi suatu induktor merupakan parameter dasar yang paling penting dalam perancangan rangkaian, tetapi harus diperiksa apakah nilai induktansinya 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 yang ditunjukkan pada gambar, kurva nilai induktansi relatif datar sebelum 5 MHz, dan nilai induktansi hampir dapat dianggap sebagai konstanta. Pada pita frekuensi tinggi karena resonansi yang dihasilkan oleh kapasitansi dan induktansi parasit, nilai induktansi akan meningkat. Frekuensi resonansi ini disebut frekuensi resonansi diri (SRF), yang biasanya perlu jauh lebih tinggi daripada frekuensi operasi.

图片5  5

Gambar 5, diagram pengukuran karakteristik frekuensi induktansi Taiyo Yuden NR4018T220M

 

2. Impedansi (Z)

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, diagram impedansi juga dapat dilihat dari kinerja induktansi pada frekuensi yang berbeda. Impedansi induktor kira-kira sebanding dengan frekuensi (Z=2πfL), sehingga semakin tinggi frekuensi, reaktansi akan jauh lebih besar daripada resistansi AC, sehingga impedansi berperilaku seperti induktansi murni (fase adalah 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 .

图片6  6

3. Nilai Q dan resistansi AC (ACR)

Nilai Q dalam definisi induktansi adalah rasio reaktansi terhadap resistansi, yaitu rasio bagian imajiner dengan bagian nyata dari impedansi, seperti pada rumus (2).

图片7

(2)

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

Dalam rentang frekuensi rendah, resistansi AC lebih besar daripada reaktansi yang disebabkan oleh induktansi, sehingga nilai Q-nya sangat rendah; dengan meningkatnya frekuensi, reaktansi (sekitar 2πfL) menjadi lebih besar dan lebih besar, bahkan jika resistensi karena efek kulit (efek kulit) dan efek kedekatan (proximity) Efeknya menjadi lebih besar dan lebih besar, dan nilai Q masih meningkat 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 benar-benar sama Menghilang. Gambar 7 menunjukkan hubungan antara nilai Q dan frekuensi NR4018T220M, dan hubungan tersebut berbentuk lonceng terbalik.

图片8  7

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

Dalam pita frekuensi aplikasi induktansi, semakin tinggi nilai Q, semakin baik; itu berarti reaktansinya jauh lebih besar daripada resistansi AC. Secara umum, nilai Q terbaik adalah di atas 40, yang berarti kualitas induktor baik. Namun, umumnya dengan meningkatnya bias DC, nilai induktansi akan berkurang dan nilai Q juga akan berkurang. 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 sesuai dengan 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 panjangnya tidak panjang dan nilai resistansinya tidak tinggi, resistansi pengelasan sering menjadi proporsi yang cukup besar dari resistansi DC keseluruhan. Mengambil induktor SMD kawat-luka TDK CLF6045NIT-1R5N sebagai contoh, 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 resistansi DC keseluruhan.

Resistensi AC ACR memiliki efek kulit dan efek kedekatan, yang akan menyebabkan ACR meningkat dengan frekuensi; dalam penerapan induktansi umum, karena komponen AC jauh lebih rendah daripada komponen DC, pengaruh yang disebabkan oleh ACR tidak jelas; tetapi pada beban ringan, Karena komponen DC berkurang, 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, menghasilkan pengurangan luas penampang kawat ekivalen, yang pada gilirannya meningkatkan resistansi ekivalen kawat dengan frekuensi. Selain itu, dalam 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 pada arah arus). ), yang juga menyebabkan intersepsi kawat yang setara. Fenomena bahwa area berkurang dan resistansi ekivalen meningkat disebut efek kedekatan; dalam aplikasi induktansi belitan multilayer, efek kedekatan bahkan lebih jelas.

图片9  8

Gambar 8 menunjukkan hubungan antara resistansi AC dan frekuensi induktor SMD wire-wound NR4018T220M. Pada frekuensi 1kHz, resistansinya sekitar 360mΩ; pada 100kHz, resistansi naik menjadi 775mΩ; pada 10MHz, nilai resistansi mendekati 160Ω. Saat memperkirakan rugi tembaga, perhitungan harus mempertimbangkan ACR yang disebabkan oleh efek kulit dan kedekatan, dan memodifikasinya ke rumus (3).

4. Arus saturasi (ISAT)

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

Untuk ferit celah udara, masuk akal untuk menggunakan ISAT sebagai batas atas arus induktor maksimum untuk aplikasi rangkaian. Namun, jika itu adalah inti serbuk besi, karena karakteristik saturasi yang lambat, tidak akan ada masalah bahkan jika arus maksimum dari rangkaian aplikasi melebihi ISAT. Oleh karena itu, karakteristik inti besi ini paling cocok untuk aplikasi konverter switching. Di bawah beban berat, meskipun nilai induktansi induktor rendah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9, faktor riak arus tinggi, tetapi toleransi arus kapasitor saat ini tinggi, sehingga tidak akan 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 luka ferit TDK SLF7055T1R5N dan induktor inti serbuk besi cap SPM6530T1R5M di bawah nilai induktansi nominal yang sama.

图片9   9

Gambar 9. Kurva arus jenuh ferit luka dan inti serbuk besi cap di bawah nilai induktansi nominal yang sama same

5. Nilai saat ini (IDC)

Nilai IDC adalah bias DC ketika suhu induktor naik ke Tr˚C. Spesifikasi juga menunjukkan nilai resistansi DC RDC pada 20˚C. Menurut koefisien suhu kawat tembaga adalah sekitar 3,930 ppm, ketika suhu Tr naik, nilai resistansinya adalah RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), dan konsumsi dayanya adalah PCU = I2DCxRDC. Kehilangan tembaga ini dihamburkan pada permukaan induktor, dan resistansi termal TH induktor dapat dihitung:

图片13(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. Jelas, untuk induktor dengan seri dan ukuran yang sama, resistansi termal yang dihitung hampir sama karena area disipasi panas permukaan yang sama; dengan kata lain, arus pengenal IDC dari induktor yang berbeda dapat diperkirakan. Seri (paket) induktor yang berbeda memiliki resistansi termal yang berbeda. Tabel 3 membandingkan resistansi termal induktor seri TDK VLS6045EX (semi-terlindung) dan seri SPM6530 (berbentuk). Semakin besar resistansi termal, semakin tinggi kenaikan suhu yang dihasilkan ketika induktansi mengalir melalui arus beban; sebaliknya, semakin rendah.

图片14  (2)

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

Dapat dilihat dari Tabel 3 bahwa meskipun ukuran induktor serupa, resistansi termal dari induktor yang dicap rendah, yaitu pembuangan panas lebih baik.

图片15  (3)

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

 

6. Kehilangan inti

Rugi inti, disebut sebagai rugi besi, terutama disebabkan oleh rugi arus eddy dan rugi histeresis. Ukuran kerugian arus eddy terutama tergantung pada apakah bahan inti mudah untuk "dilakukan"; jika konduktivitas tinggi, yaitu resistivitas rendah, rugi arus eddy tinggi, dan jika resistivitas ferit tinggi, rugi arus eddy relatif rendah. Rugi arus eddy juga terkait dengan frekuensi. Semakin tinggi frekuensinya, semakin besar rugi arus eddy. Oleh karena itu, bahan inti akan menentukan frekuensi operasi inti yang tepat. Secara umum, frekuensi kerja inti serbuk besi dapat mencapai 1MHz, dan frekuensi kerja ferit dapat mencapai 10MHz. Jika frekuensi operasi melebihi frekuensi ini, kerugian arus eddy akan meningkat dengan cepat dan suhu inti besi juga akan meningkat. Namun, dengan perkembangan pesat bahan inti besi, inti besi dengan frekuensi operasi yang lebih tinggi seharusnya sudah dekat.

Rugi besi lainnya adalah rugi histeresis, yang sebanding dengan area yang dilingkupi oleh kurva histeresis, yang terkait dengan amplitudo ayunan komponen AC dari arus; semakin besar ayunan AC, semakin besar kerugian histeresis.

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

7. Struktur perisai

Struktur kemasan induktor ferit termasuk non-terlindung, semi-terlindung dengan lem magnet, dan terlindung, dan ada celah udara yang cukup besar di salah satu dari mereka. Jelas, celah udara akan memiliki kebocoran magnetik, dan dalam kasus terburuk, itu akan mengganggu sirkuit sinyal kecil di sekitarnya, atau jika ada bahan magnetik 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 dari osiloskop RTO 1004 untuk mengukur besarnya medan magnet bocor pada 3mm di atas dan di samping induktor yang dicap. Tabel 4 mencantumkan perbandingan medan magnet kebocoran dari induktor struktur paket yang berbeda. Dapat dilihat bahwa induktor non-terlindung memiliki kebocoran magnetik paling serius; induktor yang dicap memiliki kebocoran magnetik terkecil, menunjukkan efek pelindung magnetik terbaik. . Perbedaan besarnya medan magnet bocor dari induktor kedua struktur ini adalah sekitar 14dB, yang hampir 5 kali lipat.

10图片16

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

图片17 (4)

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

8. kopling

Dalam beberapa aplikasi, terkadang ada beberapa set konverter DC pada PCB, yang biasanya disusun bersebelahan, dan induktor yang sesuai juga disusun bersebelahan. Jika Anda menggunakan tipe non-terlindung atau semi-terlindung 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 outlet terhubung ke kapasitor output, yang merupakan titik statis; gulungan kawat tembaga oleh karena itu membentuk tingkat tertentu dari perisai medan listrik. Dalam pengaturan pengkabelan multiplexer, 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 bagaimana memilih nilai induktansi yang sesuai dari konverter buck dan pertimbangan untuk memilih induktor yang tersedia secara komersial.

Seperti ditunjukkan 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, 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 dinamik beban. Memilih nilai induktansi yang lebih besar memiliki tegangan arus yang lebih kecil 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, desain nilai induktansi sangat penting.

图片18        (5)

Dapat dilihat dari rumus (5) bahwa ketika gap antara tegangan input dan tegangan output lebih besar, arus riak induktor akan lebih besar, yang merupakan kondisi terburuk dari desain induktor. Digabungkan dengan analisis induktif lainnya, titik desain induktansi dari konverter step-down biasanya harus dipilih pada kondisi tegangan input maksimum dan beban penuh.

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

图片196)

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

图片20  7)

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

Contoh desain: Dirancang dengan konverter step-down rektifikasi sinkron RT7276 maju konstan tepat waktu (Advanced Constant On-Time; ACOTTM), frekuensi switchingnya adalah 700 kHz, tegangan input 4,5V hingga 18V, dan tegangan output 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 diambil sebagai 0,35, dan nilai di atas disubstitusikan ke persamaan (7), induktansi nilai adalah

图片21

 

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

图片22

Oleh karena itu, arus puncak induktor adalah

图片23

Dan nilai efektif arus induktor (IRMS) adalah

图片24

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

 

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

 

Tabel 5 mencantumkan induktor yang tersedia dari seri TDK yang berbeda, ukurannya serupa tetapi berbeda dalam struktur paketnya. Dapat dilihat dari tabel bahwa arus saturasi dan arus pengenal induktor yang dicap (SPM6530T-1R5M) besar, dan hambatan termalnya kecil dan pembuangan panasnya bagus. Selain itu, sesuai dengan pembahasan pada bab sebelumnya, bahan inti induktor bercap 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 dari berbagai induktor yang diterapkan pada konverter step-down rektifikasi sinkron konstan RT7276 maju tepat waktu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan efisiensi antara ketiganya tidak signifikan. Jika Anda mempertimbangkan disipasi panas, karakteristik bias DC, dan masalah disipasi medan magnet, disarankan untuk menggunakan induktor SPM6530T-1R5M.

图片255)

Tabel 5. Perbandingan induktansi berbagai seri TDK

图片26 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 (4.4x4.1x1.5mm), meskipun ukurannya kecil, tetapi resistansi DC RDC (44,5mΩ) dan resistansi termal resistanceTH ( 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 di bawah beban berat. Selain itu, resistansi termal yang besar berarti pembuangan panas yang buruk. Oleh karena itu, ketika memilih induktor, tidak hanya perlu mempertimbangkan manfaat dari pengurangan ukuran, tetapi juga untuk mengevaluasi kekurangan yang menyertainya.

 

Kesimpulannya

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

 


Waktu posting: 15-Jun-2021