Xülasə
İnduktorlar enerji saxlama və güc filtrləri kimi kommutasiya çeviricilərində çox vacib komponentlərdir. İnduktorların bir çox növləri var, məsələn, müxtəlif tətbiqlər üçün (aşağı tezlikdən yüksək tezlikə qədər) və ya induktorun xüsusiyyətlərinə təsir edən müxtəlif əsas materiallar və s. Kommutasiya çeviricilərində istifadə olunan induktorlar yüksək tezlikli maqnit komponentləridir. Bununla belə, materiallar, iş şəraiti (gərginlik və cərəyan kimi) və ətraf mühitin temperaturu kimi müxtəlif amillərə görə təqdim olunan xüsusiyyətlər və nəzəriyyələr tamamilə fərqlidir. Buna görə də, dövrənin layihələndirilməsində, endüktans dəyərinin əsas parametrinə əlavə olaraq, endüktansın empedansı ilə AC müqaviməti və tezliyi, nüvə itkisi və doyma cərəyanının xüsusiyyətləri və s. Bu məqalə bir neçə mühüm induktor əsas materiallarını və onların xüsusiyyətlərini təqdim edəcək, həmçinin energetika mühəndislərinə kommersiyada mövcud olan standart induktorları seçmək üçün rəhbərlik edəcək.
Ön söz
İnduktor elektromaqnit induksiya komponentidir, müəyyən sayda rulonun (bobin) bir bobin və ya nüvəyə izolyasiya edilmiş bir tel ilə sarılması nəticəsində yaranır. Bu rulona endüktans rulonu və ya induktor deyilir. Elektromaqnit induksiyası prinsipinə görə, bobin və maqnit sahəsi bir-birinə nisbətən hərəkət etdikdə və ya bobin alternativ cərəyan vasitəsilə alternativ bir maqnit sahəsi yaratdıqda, orijinal maqnit sahəsinin dəyişməsinə müqavimət göstərmək üçün induksiya edilmiş bir gərginlik yaranacaq, və cari dəyişikliyi məhdudlaşdıran bu xüsusiyyət induktivlik adlanır.
İnduktivlik dəyərinin düsturu maqnit keçiriciliyinə, sarımın kvadratına N növbəsinə və ekvivalent maqnit dövrəsinin kəsişmə sahəsi Ae ilə mütənasib olan düstur (1) kimidir və ekvivalent maqnit dövrəsinin uzunluğuna tərs mütənasibdir. . Bir çox növ endüktans var, hər biri müxtəlif tətbiqlər üçün uyğundur; endüktans forma, ölçü, sarma üsulu, növbələrin sayı və aralıq maqnit materialının növü ilə bağlıdır.
(1)
Dəmir nüvənin formasından asılı olaraq, endüktansa toroidal, E nüvəsi və nağara daxildir; dəmir nüvəli material baxımından əsasən keramika nüvəsi və iki yumşaq maqnit növü var. Onlar ferrit və metal tozdur. Quruluşundan və ya qablaşdırma üsulundan asılı olaraq məftillə sarılmış, çoxqatlı və qəliblənmiş, naqil sarğısı isə qorunmayan və yarısı maqnit yapışqanlıdır.
İndüktör birbaşa cərəyanda qısa qapanma kimi fəaliyyət göstərir və alternativ cərəyana yüksək empedans təqdim edir. Sxemlərdə əsas istifadələrə boğulma, filtrləmə, tənzimləmə və enerji saxlama daxildir. Kommutasiya çeviricisinin tətbiqində induktor ən vacib enerji saxlama komponentidir və çıxış gərginliyinin dalğalanmasını azaltmaq üçün çıxış kondansatörü ilə aşağı keçidli filtr təşkil edir, buna görə də filtrləmə funksiyasında mühüm rol oynayır.
Bu məqalə dövrə dizaynı zamanı induktorların seçilməsi üçün mühüm qiymətləndirmə istinadı kimi induktorların müxtəlif əsas materiallarını və onların xüsusiyyətlərini, həmçinin induktorların bəzi elektrik xüsusiyyətlərini təqdim edəcəkdir. Tətbiq nümunəsində endüktans dəyərinin necə hesablanması və kommersiya baxımından mövcud olan standart induktorun necə seçiləcəyi praktik nümunələr vasitəsilə təqdim ediləcək.
Əsas materialın növü
Kommutasiya çeviricilərində istifadə olunan induktorlar yüksək tezlikli maqnit komponentləridir. Mərkəzdəki əsas material induktorun empedans və tezlik, endüktans dəyəri və tezliyi və ya nüvənin doyma xüsusiyyətləri kimi xüsusiyyətlərinə ən çox təsir göstərir. Aşağıdakılar bir neçə ümumi dəmir nüvəli materialın və onların doyma xüsusiyyətlərinin müqayisəsini güc induktorlarının seçilməsi üçün mühüm istinad kimi təqdim edəcək:
1. Keramika nüvəsi
Keramika nüvəsi ümumi endüktans materiallarından biridir. Əsasən sarğı sararkən istifadə olunan dəstəkləyici quruluşu təmin etmək üçün istifadə olunur. Buna "hava nüvəsi induktoru" da deyilir. İstifadə olunan dəmir nüvəsi çox aşağı temperatur əmsalı olan qeyri-maqnit material olduğundan, endüktans dəyəri əməliyyat temperaturu diapazonunda çox sabitdir. Bununla belə, mühit kimi qeyri-maqnit materiala görə endüktans çox aşağıdır, bu da güc çeviricilərinin tətbiqi üçün çox uyğun deyil.
2. Ferrit
Ümumi yüksək tezlikli induktorlarda istifadə olunan ferrit nüvəsi aşağı məcburiyyətə malik yumşaq maqnit ferromaqnit materialı olan nikel sink (NiZn) və ya manqan sink (MnZn) olan ferrit birləşməsidir. Şəkil 1-də ümumi maqnit nüvəsinin histerezis əyrisi (BH döngəsi) göstərilir. Maqnit materialının HC məcburiyyət qüvvəsi də məcburiyyət qüvvəsi adlanır, bu o deməkdir ki, maqnit materialı maqnit doymasına qədər maqnitləşdirildikdə, onun maqnitləşməsi (maqnitləşmə) sıfıra endirilir. Aşağı məcburiyyət demaqnitləşməyə daha aşağı müqavimət deməkdir və eyni zamanda daha az histerez itkisi deməkdir.
Manqan-sink və nikel-sink ferritləri nisbətən yüksək nisbi keçiriciliyə (μr) malikdirlər, müvafiq olaraq təxminən 1500-15000 və 100-1000-dir. Onların yüksək maqnit keçiriciliyi dəmir nüvəni müəyyən həcmdə daha yüksək edir. İnduktivlik. Bununla belə, dezavantaj ondan ibarətdir ki, onun dözümlü doyma cərəyanı aşağıdır və dəmir nüvəsi doyduqdan sonra maqnit keçiriciliyi kəskin şəkildə aşağı düşəcəkdir. Dəmir nüvəsi doymuş olduqda ferrit və toz dəmir nüvələrinin maqnit keçiriciliyinin azalması tendensiyası üçün Şəkil 4-ə baxın. Müqayisə. Güc induktorlarında istifadə edildikdə, əsas maqnit dövrəsində hava boşluğu qalacaq, bu, keçiriciliyi azalda bilər, doymadan qaçır və daha çox enerji saxlaya bilər; hava boşluğu daxil edildikdə, ekvivalent nisbi keçiricilik təxminən 20- 200 arasında ola bilər. Materialın özünün yüksək müqaviməti burulğan cərəyanının yaratdığı itkini azalda bildiyi üçün itki yüksək tezliklərdə daha aşağı olur və bu, daha uyğundur. yüksək tezlikli transformatorlar, EMI filtr induktorları və güc çeviricilərinin enerji saxlama induktorları. İşləmə tezliyi baxımından nikel-sink ferrit istifadə üçün uyğundur (>1 MHz), manqan-sink ferrit isə daha aşağı tezlik diapazonları üçün uyğundur (<2 MHz).
1
Şəkil 1. Maqnit nüvəsinin histerezis əyrisi (BR: remanence; BSAT: doyma maqnit axınının sıxlığı)
3. Toz dəmir nüvəsi
Toz dəmir nüvələri də yumşaq maqnitli ferromaqnit materiallardır. Onlar müxtəlif materialların dəmir tozu ərintilərindən və ya yalnız dəmir tozundan hazırlanır. Formula müxtəlif hissəcik ölçülərinə malik qeyri-maqnit materialları ehtiva edir, ona görə də doyma əyrisi nisbətən yumşaqdır. Toz dəmir nüvəsi əsasən toroidaldır. Şəkil 2-də toz dəmir özəyi və onun en kəsiyi görünüşü göstərilir.
Ümumi tozlu dəmir nüvələrinə dəmir-nikel-molibden ərintisi (MPP), sendust (Sendust), dəmir-nikel ərintisi (yüksək axın) və dəmir tozu nüvəsi (dəmir tozu) daxildir. Fərqli komponentlərə görə onun xüsusiyyətləri və qiymətləri də fərqlidir, bu da induktorların seçiminə təsir göstərir. Aşağıdakılar yuxarıda qeyd olunan əsas növləri təqdim edəcək və onların xüsusiyyətlərini müqayisə edəcək:
A. Dəmir-nikel-molibden ərintisi (MPP)
Fe-Ni-Mo ərintisi molipermalloy tozunun abreviaturası olan MPP kimi qısaldılmışdır. Nisbi keçiricilik təxminən 14-500, doyma maqnit axınının sıxlığı isə təxminən 7500 Qauss (Gauss) təşkil edir ki, bu da ferritin doyma maqnit axınının sıxlığından (təxminən 4000-5000 Qauss) yüksəkdir. Çoxları çıxdı. MPP ən kiçik dəmir itkisinə malikdir və toz dəmir nüvələri arasında ən yaxşı temperatur sabitliyinə malikdir. Xarici DC cərəyanı ISAT doyma cərəyanına çatdıqda, endüktans dəyəri kəskin zəifləmə olmadan yavaş-yavaş azalır. MPP daha yaxşı performansa malikdir, lakin daha yüksək qiymətə malikdir və adətən güc çeviriciləri üçün güc induktoru və EMI filtri kimi istifadə olunur.
B. Sendust
Dəmir-silikon-alüminium ərintisi dəmir nüvəsi dəmir, silisium və alüminiumdan ibarət, nisbi maqnit keçiriciliyi təxminən 26 ilə 125 arasında olan bir ərintisi olan dəmir nüvədir. Dəmir itkisi dəmir tozu nüvəsi ilə MPP və dəmir-nikel ərintisi arasındadır. . Doyma maqnit axınının sıxlığı MPP-dən yüksəkdir, təxminən 10500 Gauss. Temperatur sabitliyi və doyma cərəyanı xüsusiyyətləri MPP və dəmir-nikel ərintisi ilə müqayisədə bir qədər aşağıdır, lakin dəmir tozu nüvəsindən və ferrit nüvəsindən daha yaxşıdır və nisbi dəyəri MPP və dəmir-nikel ərintisindən daha ucuzdur. Daha çox EMI filtrində, güc faktorunun korreksiyası (PFC) sxemlərində və kommutasiya güc çeviricilərinin güc induktorlarında istifadə olunur.
C. Dəmir-nikel ərintisi (yüksək axın)
Dəmir-nikel ərintisi nüvəsi dəmir və nikeldən hazırlanır. Nisbi maqnit keçiriciliyi təxminən 14-200-dir. Dəmir itkisi və temperatur sabitliyi MPP və dəmir-silikon-alüminium ərintisi arasındadır. Dəmir-nikel ərintisi nüvəsi ən yüksək doyma maqnit axını sıxlığına malikdir, təxminən 15.000 Gauss və daha yüksək DC meyl cərəyanlarına tab gətirə bilər və onun DC meyl xüsusiyyətləri də daha yaxşıdır. Tətbiq sahəsi: Aktiv güc faktorunun korreksiyası, enerji saxlama endüktansı, filtr endüktansı, uçan çeviricinin yüksək tezlikli transformatoru və s.
D. Dəmir tozu
Dəmir tozunun nüvəsi bir-birindən izolyasiya edilmiş çox kiçik hissəciklərə malik yüksək təmizlikli dəmir tozu hissəciklərindən hazırlanır. İstehsal prosesi onu paylanmış hava boşluğuna malikdir. Üzük formasına əlavə olaraq, ümumi dəmir tozu nüvəsi formaları da E tipli və ştamplama növlərinə malikdir. Dəmir tozunun nüvəsinin nisbi maqnit keçiriciliyi təxminən 10 ilə 75 arasındadır və yüksək doyma maqnit axınının sıxlığı təxminən 15000 Gauss təşkil edir. Toz dəmir nüvələri arasında dəmir tozu nüvəsi ən yüksək dəmir itkisinə malikdir, lakin ən aşağı qiymətə malikdir.
Şəkil 3-də TDK tərəfindən istehsal edilən PC47 manqan-sink ferritinin və MICROMETALS tərəfindən istehsal olunan -52 və -2 toz dəmir özlərinin BH əyriləri göstərilir; manqan-sink ferritinin nisbi maqnit keçiriciliyi toz halında olan dəmir nüvələrdən xeyli yüksəkdir və doymuşdur. Maqnit axınının sıxlığı da çox fərqlidir, ferrit təxminən 5000 Qauss və dəmir tozu nüvəsi 10000 Qauss-dan çoxdur.
3
Şəkil 3. Müxtəlif materialların manqan-sink ferrit və dəmir tozu nüvələrinin BH əyrisi
Xülasə, dəmir nüvənin doyma xüsusiyyətləri fərqlidir; doyma cərəyanını aşdıqdan sonra ferrit nüvəsinin maqnit keçiriciliyi kəskin azalacaq, dəmir tozunun nüvəsi isə yavaş-yavaş azala bilər. Şəkil 4-də eyni maqnit keçiriciliyinə malik bir toz dəmir nüvəsinin və müxtəlif maqnit sahəsinin gücləri altında hava boşluğu olan ferritin maqnit keçiriciliyinin düşmə xüsusiyyətləri göstərilir. Bu, həm də ferrit nüvəsinin induktivliyini izah edir, çünki nüvə doymuş olduqda keçiricilik kəskin şəkildə aşağı düşür, (1) tənliyindən göründüyü kimi, bu da endüktansın kəskin azalmasına səbəb olur; paylanmış hava boşluğu ilə toz əsas isə, maqnit keçiriciliyi dəmir əsas doymuş zaman dərəcəsi yavaş-yavaş azalır, belə ki, endüktans daha yumşaq azalır, yəni, daha yaxşı DC meyl xüsusiyyətləri var. Güc çeviricilərinin tətbiqində bu xüsusiyyət çox vacibdir; induktivatorun yavaş doyma xarakteristikası yaxşı deyilsə, induktiv cərəyan doyma cərəyanına qədər yüksəlir və endüktansın qəfil azalması keçid kristalının cari gərginliyinin kəskin artmasına səbəb olacaq, bu da zədələnmək asandır.
4
Şəkil 4. Müxtəlif maqnit sahəsinin gücü altında hava boşluğu olan toz dəmir nüvəsinin və ferrit dəmir nüvəsinin maqnit keçiriciliyinin düşmə xüsusiyyətləri.
İndüktörün elektrik xüsusiyyətləri və paket quruluşu
Kommutasiya çeviricisinin layihələndirilməsi və induktorun seçilməsi zamanı endüktans dəyəri L, empedans Z, AC müqaviməti ACR və Q dəyəri (keyfiyyət faktoru), nominal cərəyan IDC və ISAT, nüvə itkisi (əsas itkisi) və digər vacib elektrik xüsusiyyətləri mütləq olmalıdır. nəzərə alınmalıdır. Bundan əlavə, induktorun qablaşdırma strukturu maqnit sızmasının böyüklüyünə təsir edəcək, bu da öz növbəsində EMI-yə təsir göstərir. Aşağıda induktorların seçilməsi üçün yuxarıda qeyd olunan xüsusiyyətləri ayrıca müzakirə edəcəyik.
1. Endüktans dəyəri (L)
İnduktorun endüktans dəyəri dövrə dizaynında ən vacib əsas parametrdir, lakin endüktans dəyərinin işləmə tezliyində sabit olub-olmadığını yoxlamaq lazımdır. İndüktansın nominal dəyəri adətən xarici DC meyli olmadan 100 kHz və ya 1 MHz-də ölçülür. Kütləvi avtomatlaşdırılmış istehsalın mümkünlüyünü təmin etmək üçün induktorun tolerantlığı adətən ±20% (M) və ±30% (N) təşkil edir. Şəkil 5, Wayne Kerr-in LCR sayğacı ilə ölçülən NR4018T220M Taiyo Yuden induktorunun endüktans-tezlik xarakteristikası qrafikidir. Şəkildə göstərildiyi kimi, endüktans dəyəri əyrisi 5 MHz-dən əvvəl nisbətən düzdür və endüktans dəyəri demək olar ki, sabit hesab edilə bilər. Parazitar tutum və endüktans tərəfindən yaradılan rezonans səbəbindən yüksək tezlik diapazonunda endüktans dəyəri artacaq. Bu rezonans tezliyi adətən iş tezliyindən çox yüksək olması lazım olan öz rezonans tezliyi (SRF) adlanır.
5
Şəkil 5, Taiyo Yuden NR4018T220M endüktans-tezlik xarakteristikasının ölçü diaqramı
2. Empedans (Z)
Şəkil 6-da göstərildiyi kimi, empedans diaqramını müxtəlif tezliklərdə endüktansın performansından da görmək olar. İndüktörün empedansı təqribən tezliyə mütənasibdir (Z=2πfL), buna görə də tezlik nə qədər yüksək olarsa, reaktivlik AC müqavimətindən çox böyük olacaq, buna görə də empedans özünü təmiz endüktans kimi aparır (faza 90˚). Yüksək tezliklərdə, parazitar tutum effektinə görə, empedansın öz-özünə rezonans tezlik nöqtəsi görünə bilər. Bu nöqtədən sonra empedans aşağı düşür və kapasitiv olur və faza tədricən -90 ˚-ə dəyişir.
6
3. Q dəyəri və AC müqaviməti (ACR)
İnduktivliyin tərifində Q dəyəri reaktivliyin müqavimətə nisbətidir, yəni (2) düsturunda olduğu kimi xəyali hissənin empedansın həqiqi hissəsinə nisbətidir.
(2)
Burada XL induktorun reaktivliyi, RL isə induktivatorun AC müqavimətidir.
Aşağı tezlik diapazonunda AC müqaviməti endüktansın yaratdığı reaksiyadan daha böyükdür, ona görə də onun Q dəyəri çox aşağıdır; tezlik artdıqca reaktivlik (təxminən 2πfL) dəri effekti (dəri effekti) və yaxınlıq (yaxınlıq) effektinə görə müqavimət olsa belə, getdikcə daha böyük olur) Təsir getdikcə böyüyür və Q dəyəri yenə də tezliklə artır ; SRF-ə yaxınlaşdıqda, induktiv reaksiya tədricən kapasitiv reaksiya ilə əvəzlənir və Q dəyəri tədricən kiçik olur; SRF sıfır olduqda, çünki induktiv reaksiya və kapasitiv reaksiya tamamilə eynidir. Şəkil 7, Q dəyəri ilə NR4018T220M tezliyi arasındakı əlaqəni göstərir və əlaqə ters çevrilmiş zəng şəklindədir.
7
Şəkil 7. Taiyo Yuden induktorunun NR4018T220M Q dəyəri ilə tezliyi arasındakı əlaqə
Endüktansın tətbiqi tezlik diapazonunda Q dəyəri nə qədər yüksək olarsa, bir o qədər yaxşıdır; bu o deməkdir ki, onun reaktivliyi AC müqavimətindən çox böyükdür. Ümumiyyətlə, ən yaxşı Q dəyəri 40-dan yuxarıdır, yəni induktorun keyfiyyəti yaxşıdır. Bununla belə, ümumiyyətlə DC meyli artdıqca endüktans dəyəri azalacaq və Q dəyəri də azalacaq. Yastı emaye məftil və ya çox telli emaye məftil istifadə edilərsə, dəri effekti, yəni AC müqaviməti azaldıla bilər və indüktörün Q qiyməti də artırıla bilər.
DC müqaviməti ümumiyyətlə mis telin DC müqaviməti kimi qəbul edilir və müqavimət telin diametrinə və uzunluğuna görə hesablana bilər. Bununla birlikdə, aşağı cərəyanlı SMD induktorlarının əksəriyyəti, sarım terminalında SMD-nin mis təbəqəsini hazırlamaq üçün ultrasəs qaynağından istifadə edəcəkdir. Bununla belə, mis telin uzunluğu uzun olmadığından və müqavimət dəyəri yüksək olmadığından, qaynaq müqaviməti çox vaxt ümumi DC müqavimətinin əhəmiyyətli bir hissəsini təşkil edir. Nümunə olaraq TDK-nın məftillə sarılmış SMD induktorunu CLF6045NIT-1R5N götürsək, ölçülmüş DC müqaviməti 14,6 mΩ, telin diametri və uzunluğu əsasında hesablanmış DC müqaviməti isə 12,1 mΩ-dir. Nəticələr göstərir ki, bu qaynaq müqaviməti ümumi DC müqavimətinin təxminən 17% -ni təşkil edir.
AC müqaviməti ACR dəri effektinə və yaxınlıq effektinə malikdir, bu da ACR-nin tezliyi ilə artmasına səbəb olacaq; ümumi endüktansın tətbiqində, AC komponenti DC komponentindən çox aşağı olduğundan, ACR-nin yaratdığı təsir aydın deyil; lakin yüngül yükdə, DC komponenti azaldığından, ACR-nin yaratdığı itki nəzərə alına bilməz. Dəri effekti o deməkdir ki, AC şəraitində dirijor daxilində cərəyan paylanması qeyri-bərabərdir və naqilin səthində cəmləşir, nəticədə ekvivalent naqilin en kəsiyi sahəsi azalır və bu da öz növbəsində telin ekvivalent müqavimətini artırır. tezlik. Bundan əlavə, bir naqil sarımında, bitişik naqillər cərəyana görə maqnit sahələrinin əlavə və çıxmasına səbəb olacaq ki, cərəyan naqillə bitişik səthdə (və ya cərəyanın istiqamətindən asılı olaraq ən uzaq səthdə) cəmləşsin. ), bu da ekvivalent naqilin tutulmasına səbəb olur. Sahənin azalması və ekvivalent müqavimətin artması fenomeni yaxınlıq effekti adlanır; çox qatlı sarımın endüktans tətbiqində yaxınlıq effekti daha aydın görünür.
8
Şəkil 8 NR4018T220M naqilli SMD induktorunun AC müqaviməti ilə tezliyi arasındakı əlaqəni göstərir. 1kHz tezliyində müqavimət təxminən 360mΩ-dir; 100kHz-də müqavimət 775mΩ-ə qədər yüksəlir; 10MHz-də müqavimət dəyəri 160Ω-a yaxındır. Mis itkisini qiymətləndirərkən, hesablama dərinin və yaxınlıq təsirlərinin səbəb olduğu ACR-ni nəzərə almalı və onu (3) düsturuna dəyişdirməlidir.
4. Doyma cərəyanı (ISAT)
Doyma cərəyanı ISAT ümumiyyətlə endüktans dəyəri 10%, 30% və ya 40% kimi zəiflədikdə qeyd olunan əyilmə cərəyanıdır. Hava boşluğu ferriti üçün onun doyma cərəyanı xarakteristikası çox sürətli olduğu üçün 10% ilə 40% arasında çox fərq yoxdur. Şəkil 4-ə baxın. Bununla belə, əgər o, dəmir tozu nüvəsidirsə (məsələn, möhürlənmiş induktor), doyma əyrisi Şəkil 9-da göstərildiyi kimi nisbətən yumşaqdır, endüktansın zəifləməsinin 10% və ya 40% -də əyilmə cərəyanı çox olur. fərqlidir, buna görə də doyma cərəyanı dəyəri iki növ dəmir nüvəsi üçün aşağıdakı kimi ayrıca müzakirə olunacaq.
Hava boşluğu ferriti üçün dövrə tətbiqləri üçün maksimum induktor cərəyanının yuxarı həddi kimi ISAT-dan istifadə etmək məqsədəuyğundur. Bununla belə, əgər bu, dəmir tozu nüvəsidirsə, yavaş doyma xarakteristikasına görə, tətbiq dövrəsinin maksimum cərəyanı ISAT-ı keçsə belə, heç bir problem olmayacaqdır. Buna görə də, bu dəmir əsas xarakteristikası çevirici tətbiqlərini dəyişdirmək üçün ən uyğundur. Ağır yük altında induktorun endüktans dəyəri aşağı olsa da, Şəkil 9-da göstərildiyi kimi, cari dalğalanma faktoru yüksəkdir, lakin cari kondansatör cərəyanına dözümlülük yüksəkdir, buna görə də problem olmayacaqdır. Yüngül yük altında indüktörün endüktans dəyəri daha böyükdür, bu da induktorun dalğalanma cərəyanını azaltmağa kömək edir və bununla da dəmir itkisini azaldır. Şəkil 9-da TDK-nın yara ferriti SLF7055T1R5N və möhürlənmiş dəmir tozu nüvəli induktor SPM6530T1R5M induktivliyin eyni nominal dəyəri altında doyma cərəyanı əyrisi müqayisə edilir.
9
Şəkil 9. İndüktansın eyni nominal dəyəri altında yara ferritinin və ştamplanmış dəmir tozu nüvəsinin doyma cərəyanı əyrisi
5. Nominal cərəyan (IDC)
IDC dəyəri indüktörün temperaturu Tr˚C-ə yüksəldikdə DC meylidir. Spesifikasiyalar həmçinin 20˚C-də DC müqavimət dəyərini göstərir. Mis naqilin temperatur əmsalına görə təxminən 3,930 ppm-dir, Tr temperaturu yüksəldikdə onun müqavimət qiyməti RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), enerji sərfiyyatı isə PCU = I2DCxRDC-dir. Bu mis itkisi induktorun səthində yayılır və induktorun istilik müqaviməti ΘTH hesablana bilər:
(2)
Cədvəl 2 TDK VLS6045EX seriyasının (6.0×6.0×4.5mm) məlumat vərəqinə istinad edir və 40˚C temperatur artımında istilik müqavimətini hesablayır. Aydındır ki, eyni seriyalı və ölçülü induktorlar üçün, eyni səthin istilik yayılması sahəsinə görə hesablanmış istilik müqaviməti demək olar ki, eynidır; başqa sözlə, müxtəlif induktorların nominal cari IDC-si təxmin edilə bilər. İnduktorların müxtəlif seriyaları (paketləri) fərqli istilik müqavimətinə malikdir. Cədvəl 3-də TDK VLS6045EX seriyasının (yarı qorunan) və SPM6530 seriyasının (qəliblənmiş) induktorlarının istilik müqaviməti müqayisə edilir. İstilik müqaviməti nə qədər böyükdürsə, endüktansın yük cərəyanından axdığı zaman yaranan temperatur artımı bir o qədər yüksəkdir; əks halda, aşağı.
(2)
Cədvəl 2. 40˚C temperatur artımında VLS6045EX seriyalı induktorların istilik müqaviməti
Cədvəl 3-dən görünür ki, induktorların ölçüləri oxşar olsa belə, ştamplanmış induktorların istilik müqaviməti aşağı olur, yəni istilik yayılması daha yaxşıdır.
(3)
Cədvəl 3. Müxtəlif paket induktorlarının istilik müqavimətinin müqayisəsi.
6. Əsas itki
Dəmir itkisi olaraq adlandırılan nüvə itkisi əsasən burulğan cərəyanı itkisi və histerezis itkisindən qaynaqlanır. Burulğan cərəyanı itkisinin ölçüsü əsasən əsas materialın "keçirilməsi" asan olub-olmamasından asılıdır; keçiricilik yüksək olarsa, yəni müqavimət aşağı olarsa, burulğan cərəyanı itkisi yüksək olarsa, ferritin müqaviməti yüksək olarsa, burulğan cərəyanının itkisi nisbətən az olur. Burulğan cərəyanının itməsi də tezliklə bağlıdır. Tezlik nə qədər yüksək olsa, burulğan cərəyanı itkisi bir o qədər çox olar. Buna görə də, əsas material nüvənin düzgün işləmə tezliyini təyin edəcəkdir. Ümumiyyətlə, dəmir tozu nüvəsinin işləmə tezliyi 1MHz-ə çata bilər və ferritin işləmə tezliyi 10MHz-ə çata bilər. İşləmə tezliyi bu tezlikdən çox olarsa, burulğan cərəyanı itkisi sürətlə artacaq və dəmirin əsas temperaturu da artacaq. Bununla belə, dəmir nüvəli materialların sürətli inkişafı ilə daha yüksək işləmə tezlikləri olan dəmir nüvələr yalnız küncdə olmalıdır.
Başqa bir dəmir itkisi, cərəyanın AC komponentinin yelləncək amplitudası ilə əlaqəli olan histerezis əyrisi ilə əhatə olunan sahəyə mütənasib olan histerez itkisidir; AC yelləncək nə qədər çox olarsa, histerezis itkisi bir o qədər çox olar.
İndüktörün ekvivalent dövrəsində, dəmir itkisini ifadə etmək üçün tez-tez induktorla paralel bağlanan bir rezistor istifadə olunur. Tezlik SRF-ə bərabər olduqda, induktiv reaksiya və kapasitiv reaktivlik ləğv edilir və ekvivalent reaktivlik sıfırdır. Bu zaman induktorun empedansı sarım müqaviməti ilə ardıcıl olaraq dəmir itkisi müqavimətinə bərabərdir və dəmir itkisi müqaviməti sarım müqavimətindən çox böyükdür, buna görə də SRF-də empedans dəmir itkisi müqavimətinə təxminən bərabərdir. Nümunə olaraq aşağı gərginlikli induktor götürsək, onun dəmir itkisinə qarşı müqaviməti təxminən 20kΩ-dir. İndüktörün hər iki ucundakı effektiv dəyər gərginliyinin 5V olduğu təxmin edilirsə, onun dəmir itkisi təxminən 1,25 mVt təşkil edir ki, bu da dəmir itkisinə qarşı müqavimətin nə qədər böyük olduğunu göstərir.
7. Qalxan quruluşu
Ferrit induktorlarının qablaşdırma strukturuna qorunmayan, maqnit yapışqanlı yarı qoruyucu və qoruyucu daxildir və onların hər birində əhəmiyyətli bir hava boşluğu var. Aydındır ki, hava boşluğunda maqnit sızması olacaq və ən pis halda, ətrafdakı kiçik siqnal dövrələrinə müdaxilə edəcək və ya yaxınlıqda bir maqnit materialı varsa, onun endüktansı da dəyişəcəkdir. Başqa bir qablaşdırma quruluşu möhürlənmiş dəmir tozu induktorudur. İndüktörün içərisində boşluq olmadığından və dolama quruluşu möhkəm olduğundan, maqnit sahəsinin yayılması problemi nisbətən kiçikdir. Şəkil 10, möhürlənmiş induktorun 3 mm yuxarısında və yan tərəfində sızma maqnit sahəsinin böyüklüyünü ölçmək üçün RTO 1004 osiloskopunun FFT funksiyasının istifadəsidir. Cədvəl 4-də müxtəlif paket strukturunun induktorlarının sızma maqnit sahəsinin müqayisəsi verilmişdir. Görünür ki, qorunmayan induktorlar ən ciddi maqnit sızmasına malikdir; möhürlənmiş induktorlar ən kiçik maqnit sızmasına malikdir və ən yaxşı maqnit qoruyucu təsir göstərir. . Bu iki strukturun induktorlarının sızma maqnit sahəsinin böyüklüyündəki fərq təxminən 14 dB-dir ki, bu da təxminən 5 dəfədir.
10
Şəkil 10. Möhürlənmiş induktorun yuxarısında və yan tərəfində 3 mm-də ölçülən sızma maqnit sahəsinin böyüklüyü
(4)
Cədvəl 4. Müxtəlif paket quruluşlu induktorların sızma maqnit sahəsinin müqayisəsi
8. mufta
Bəzi tətbiqlərdə, bəzən PCB-də bir çox DC çevirici dəsti var, onlar adətən bir-birinin yanında yerləşdirilir və onlara uyğun induktorlar da bir-birinin yanında yerləşdirilir. Əgər siz maqnit yapışqanlı qorunmayan və ya yarı qorunan tipdən istifadə edirsinizsə, EMI müdaxiləsi yaratmaq üçün induktorlar bir-biri ilə birləşdirilə bilər. Buna görə də, induktoru yerləşdirərkən, ilk növbədə induktorun polaritesini qeyd etmək və induktorun ən daxili təbəqəsinin başlanğıc və dolama nöqtəsini çeviricinin keçid gərginliyinə, məsələn, bir buck çeviricisinin VSW, hansı hərəkət nöqtəsidir. Çıxış terminalı statik nöqtə olan çıxış kondansatörünə bağlıdır; mis məftil sarğı buna görə də müəyyən dərəcədə elektrik sahəsinin qorunmasını təşkil edir. Multipleksorun naqil təşkilində, endüktansın polaritesinin təyin edilməsi qarşılıqlı endüktansın böyüklüyünü düzəltməyə və bəzi gözlənilməz EMI problemlərindən qaçmağa kömək edir.
Tətbiqlər:
Əvvəlki fəsildə induktorun əsas materialı, paket strukturu və mühüm elektrik xüsusiyyətləri müzakirə edilmişdir. Bu fəsildə pul çeviricisinin uyğun endüktans dəyərinin necə seçiləcəyi və kommersiyada mövcud olan induktorun seçilməsi üçün mülahizələr izah ediləcək.
Tənlik (5)-də göstərildiyi kimi, induktorun dəyəri və çeviricinin keçid tezliyi induktor dalğalanma cərəyanına (ΔiL) təsir edəcəkdir. İndüktörün dalğalanma cərəyanı çıxış kondensatorundan keçəcək və çıxış kondansatörünün dalğalanma cərəyanına təsir edəcəkdir. Buna görə də, çıxış kondansatörünün seçilməsinə təsir edəcək və çıxış gərginliyinin dalğalanma ölçüsünə daha da təsir edəcəkdir. Bundan əlavə, endüktans dəyəri və çıxış tutumunun dəyəri də sistemin geribildirim dizaynına və yükün dinamik reaksiyasına təsir edəcəkdir. Daha böyük endüktans dəyərinin seçilməsi kondansatördə daha az cərəyan gərginliyinə malikdir və çıxış gərginliyinin dalğalanmasını azaltmaq üçün də faydalıdır və daha çox enerji saxlaya bilər. Bununla belə, daha böyük endüktans dəyəri daha böyük bir həcmi, yəni daha yüksək qiyməti göstərir. Buna görə çeviricinin dizaynı zamanı endüktans dəyərinin dizaynı çox vacibdir.
(5)
(5) düsturundan görünə bilər ki, giriş gərginliyi ilə çıxış gərginliyi arasındakı boşluq daha böyük olduqda, induktorun dalğalanma cərəyanı daha çox olacaqdır ki, bu da endüktörün dizaynının ən pis vəziyyətidir. Digər induktiv analizlərlə birlikdə, endirici çeviricinin endüktans dizayn nöqtəsi adətən maksimum giriş gərginliyi və tam yük şəraitində seçilməlidir.
İnduktivlik dəyərini layihələndirərkən induktiv dalğalanma cərəyanı ilə induktorun ölçüsü arasında mübadilə etmək lazımdır və dalğalanma cərəyanı əmsalı (dalğalanma cərəyanı əmsalı; γ) düstur (6) kimi burada müəyyən edilir.
（6）
Düstur (6)-nı düstur (5) ilə əvəz etməklə, endüktans dəyəri düstur (7) kimi ifadə edilə bilər.
（7）
Formula (7) uyğun olaraq, giriş və çıxış gərginliyi arasındakı fərq daha böyük olduqda, γ dəyəri daha böyük seçilə bilər; əksinə, giriş və çıxış gərginliyi daha yaxındırsa, γ dəyərinin dizaynı daha kiçik olmalıdır. İndüktörün dalğalanma cərəyanı və ölçüsü arasında seçim etmək üçün ənənəvi dizayn təcrübəsi dəyərinə görə γ adətən 0,2 ilə 0,5 arasındadır. Aşağıda endüktansın hesablanmasını və kommersiyada mövcud olan induktorların seçilməsini göstərmək üçün RT7276 nümunəsi götürülür.
Dizayn nümunəsi: RT7276 qabaqcıl sabit işləmə zamanı (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sinxron rektifikasiya pilləli endirici çevirici ilə dizayn edilmişdir, onun keçid tezliyi 700 kHz, giriş gərginliyi 4,5-18V, çıxış gərginliyi isə 1,05V-dir. . Tam yük cərəyanı 3A-dır. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, endüktans dəyəri 18V maksimum giriş gərginliyi və 3A tam yük şəraitində layihələndirilməlidir, γ dəyəri 0,35 olaraq qəbul edilir və yuxarıdakı dəyər (7) tənliyində əvəz olunur, endüktans dəyəridir
Ənənəvi nominal endüktans dəyəri 1,5 µH olan induktordan istifadə edin. İndüktörün dalğalanma cərəyanını hesablamaq üçün (5) düsturunu aşağıdakı kimi əvəz edin.
Buna görə induktorun pik cərəyanı
İnduktor cərəyanının (IRMS) effektiv dəyəri isə belədir
İndüktörün dalğalanma komponenti kiçik olduğu üçün induktor cərəyanının effektiv dəyəri əsasən onun DC komponentidir və bu effektiv dəyər induktor nominal cərəyanının IDC seçilməsi üçün əsas kimi istifadə olunur. 80% azalma (azaltma) dizaynı ilə endüktans tələbləri aşağıdakılardır:
L = 1,5 µH (100 kHz), IDC = 3,77 A, ISAT = 4,34 A
Cədvəl 5-də ölçülərinə görə oxşar, lakin paket strukturunda fərqli olan müxtəlif seriyalı TDK-ların mövcud induktorları verilmişdir. Cədvəldən görünə bilər ki, möhürlənmiş induktorun (SPM6530T-1R5M) doyma cərəyanı və nominal cərəyanı böyük, istilik müqaviməti isə kiçikdir və istilik yayılması yaxşıdır. Bundan əlavə, əvvəlki fəsildə müzakirəyə əsasən, möhürlənmiş induktorun əsas materialı dəmir tozu nüvəsidir, buna görə də yarı ekranlı (VLS6045EX-1R5N) və qorunan (SLF7055T-1R5N) induktorların ferrit nüvəsi ilə müqayisə edilir. maqnit yapışqan ilə. , Yaxşı DC meyl xüsusiyyətlərinə malikdir. Şəkil 11, RT7276 qabaqcıl sabit vaxtında sinxron rektifikasiya pilləsini aşağı salan çeviriciyə tətbiq olunan müxtəlif induktorların səmərəliliyinin müqayisəsini göstərir. Nəticələr göstərir ki, üçü arasında səmərəlilik fərqi əhəmiyyətli deyil. İstiliyin yayılmasını, DC meylinin xüsusiyyətlərini və maqnit sahəsinin yayılması məsələlərini nəzərə alsanız, SPM6530T-1R5M induktorlarından istifadə etmək tövsiyə olunur.
（5）
Cədvəl 5. TDK-nın müxtəlif seriyalarının endüktanslarının müqayisəsi
11
Şəkil 11. Konvertorun səmərəliliyinin müxtəlif induktorlarla müqayisəsi
Eyni paket quruluşu və endüktans dəyərini seçsəniz, lakin daha kiçik ölçülü induktorlar, məsələn, SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), ölçüsü kiçik olsa da, DC müqaviməti RDC (44,5 mΩ) və istilik müqaviməti ΘTH ( 51˚C) /W) Daha böyük. Eyni spesifikasiyalı çeviricilər üçün indüktörün yol verdiyi cərəyanın effektiv dəyəri də eynidır. Aydındır ki, DC müqaviməti ağır yük altında səmərəliliyi azaldacaq. Bundan əlavə, böyük bir istilik müqaviməti zəif istilik yayılması deməkdir. Buna görə, bir induktor seçərkən, yalnız azaldılmış ölçüsün faydalarını nəzərə almaq deyil, həm də onu müşayiət edən çatışmazlıqları qiymətləndirmək lazımdır.
Yekun olaraq
Endüktans enerjinin saxlanması və süzülməsi üçün istifadə edilə bilən kommutasiya güc çeviricilərində çox istifadə olunan passiv komponentlərdən biridir. Bununla belə, dövrə dizaynında diqqət yetirilməli olan yalnız endüktans dəyərinə deyil, AC müqaviməti və Q dəyəri, cərəyan dözümlülüyü, dəmir nüvənin doyması və paket quruluşu və s., o cümlədən digər parametrlərə diqqət yetirilməli olan bütün parametrlərdir. induktor seçərkən nəzərə alın. . Bu parametrlər adətən əsas material, istehsal prosesi, ölçüsü və dəyəri ilə bağlıdır. Buna görə də, bu məqalə müxtəlif dəmir nüvəli materialların xüsusiyyətlərini və enerji təchizatı dizaynı üçün istinad kimi müvafiq endüktansın necə seçiləcəyini təqdim edir.
Göndərmə vaxtı: 15 iyun 2021-ci il
