yangiliklar

Xulosa

Induktorlar energiyani saqlash va quvvat filtrlari kabi konvertorlarni almashtirishda juda muhim komponentlardir. Turli xil ilovalar uchun (past chastotadan yuqori chastotaga) yoki induktorning xususiyatlariga ta'sir qiluvchi turli yadroli materiallar va boshqalar kabi ko'plab turdagi induktorlar mavjud. Kommutatsiya konvertorlarida ishlatiladigan induktorlar yuqori chastotali magnit komponentlardir. Biroq, materiallar, ish sharoitlari (kuchlanish va oqim kabi) va atrof-muhit harorati kabi turli omillar tufayli taqdim etilgan xususiyatlar va nazariyalar juda farq qiladi. Shuning uchun, sxemani loyihalashda, indüktans qiymatining asosiy parametriga qo'shimcha ravishda, induktorning empedansi va AC qarshiligi va chastotasi, yadro yo'qolishi va to'yinganlik oqimining xususiyatlari va boshqalar o'rtasidagi munosabatlar hali ham hisobga olinishi kerak. Ushbu maqola bir nechta muhim induktor yadrosi materiallari va ularning xususiyatlari bilan tanishadi, shuningdek, energetika muhandislariga sotiladigan standart induktorlarni tanlashga yordam beradi.

Muqaddima

Induktor - elektromagnit induksiya komponenti bo'lib, u izolyatsiyalangan sim bilan g'altak yoki yadroga ma'lum miqdordagi bobinlarni (lasanlarni) o'rash orqali hosil bo'ladi. Ushbu lasan indüktans bobini yoki induktor deb ataladi. Elektromagnit induktsiya printsipiga ko'ra, bobin va magnit maydon bir-biriga nisbatan harakat qilganda yoki bobin o'zgaruvchan tok orqali o'zgaruvchan magnit maydon hosil qilganda, asl magnit maydonning o'zgarishiga qarshilik ko'rsatish uchun induksiyalangan kuchlanish hosil bo'ladi, va joriy o'zgarishlarni cheklashning bu xususiyati indüktans deb ataladi.

Induktivlik qiymati formulasi (1) formulasi bo'lib, u magnit o'tkazuvchanlikka, o'rashning kvadratiga N ga mutanosib va ​​ekvivalent magnit zanjirning kesma maydoni Ae va ekvivalent magnit zanjir uzunligiga teskari proportsionaldir. . Ko'p turdagi indüktans mavjud, ularning har biri turli xil ilovalar uchun mos keladi; indüktans shakli, o'lchami, o'rash usuli, burilishlar soni va oraliq magnit materialning turiga bog'liq.

(1)

Temir yadro shakliga qarab, indüktans toroidal, E yadro va barabanni o'z ichiga oladi; temir yadro materiali bo'yicha, asosan, keramik yadro va ikkita yumshoq magnit turi mavjud. Ular ferrit va metall kukunlaridir. Tuzilishi yoki qadoqlash usuliga ko'ra, simli o'ralgan, ko'p qatlamli va qoliplangan bo'lib, tel o'ralgan holda ekranlanmagan va magnit elimning yarmi Himoyalangan (yarim himoyalangan) va ekranlangan (qalqonlangan) va boshqalar mavjud.

Induktor to'g'ridan-to'g'ri oqimda qisqa tutashuv kabi ishlaydi va o'zgaruvchan tokga nisbatan yuqori empedans ko'rsatadi. Sxemalarda asosiy foydalanish bo'g'ilish, filtrlash, sozlash va energiyani saqlashni o'z ichiga oladi. Kommutatsiya konvertorini qo'llashda induktor energiyani saqlashning eng muhim komponenti bo'lib, chiqish kuchlanishining dalgalanishini kamaytirish uchun chiqish kondansatörü bilan past o'tkazuvchan filtrni hosil qiladi, shuning uchun u filtrlash funktsiyasida ham muhim rol o'ynaydi.

Ushbu maqolada induktorlarning turli xil asosiy materiallari va ularning xarakteristikalari, shuningdek, induktorlarning ba'zi elektr xarakteristikalari, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi paytida induktorlarni tanlash uchun muhim baholash ma'lumotnomasi sifatida tanishtiriladi. Ilova misolida indüktans qiymatini qanday hisoblash va tijoratda mavjud bo'lgan standart induktorni qanday tanlash amaliy misollar orqali tanishtiriladi.

Asosiy material turi

Kommutatsiya konvertorlarida ishlatiladigan induktorlar yuqori chastotali magnit komponentlardir. Markazdagi asosiy material induktorning impedans va chastota, indüktans qiymati va chastotasi yoki yadro to'yinganlik xususiyatlari kabi xususiyatlariga eng ko'p ta'sir qiladi. Quyida bir nechta keng tarqalgan temir yadroli materiallar va ularning to'yinganlik ko'rsatkichlarini taqqoslash quvvat induktorlarini tanlash uchun muhim havola sifatida taqdim etiladi:

1. Keramika yadrosi

Seramika yadrosi keng tarqalgan indüktans materiallaridan biridir. U asosan lasanni o'rashda ishlatiladigan qo'llab-quvvatlovchi tuzilmani ta'minlash uchun ishlatiladi. U "havo yadrosi induktori" deb ham ataladi. Amaldagi temir yadro juda past harorat koeffitsientiga ega bo'lgan magnit bo'lmagan material bo'lganligi sababli, indüktans qiymati ish harorati oralig'ida juda barqaror. Biroq, vosita sifatida magnit bo'lmagan material tufayli indüktans juda past bo'lib, bu quvvat konvertorlarini qo'llash uchun juda mos kelmaydi.

2. Ferrit

Umumiy yuqori chastotali induktorlarda ishlatiladigan ferrit yadrosi nikel sink (NiZn) yoki marganets sink (MnZn) ni o'z ichiga olgan ferrit birikmasi bo'lib, u past koerstiviteli yumshoq magnit ferromagnit materialdir. 1-rasmda umumiy magnit yadroning histerezis egri chizig'i (BH halqasi) ko'rsatilgan. Magnit materialning HC majburlash kuchi, shuningdek, majburiy kuch deb ataladi, ya'ni magnit material magnit to'yinganlikka magnitlanganda, uning magnitlanishi (magnitlanishi) nolga kamayadi. Pastroq majburlash demagnetizatsiyaga nisbatan past qarshilikni anglatadi va shuningdek, histerezis yo'qolishining pastligini anglatadi.

Marganets-rux va nikel-rux ferritlari nisbatan yuqori nisbiy o'tkazuvchanlikka ega (mr), mos ravishda 1500-15000 va 100-1000. Ularning yuqori magnit o'tkazuvchanligi temir yadrosini ma'lum hajmda yuqoriroq qiladi. Induktivlik. Biroq, ahvolga tushib qolgani shundaki, uning bardoshli to'yinganlik oqimi past bo'lib, temir yadrosi to'yinganidan keyin magnit o'tkazuvchanligi keskin pasayadi. Temir yadrosi to'yingan bo'lsa, ferrit va kukunli temir yadrolarining magnit o'tkazuvchanligining pasayish tendentsiyasi uchun 4-rasmga qarang. Taqqoslash. Quvvat induktorlarida foydalanilganda, asosiy magnit pallasida havo bo'shlig'i qoladi, bu o'tkazuvchanlikni pasaytiradi, to'yinganlikni oldini oladi va ko'proq energiya saqlaydi; havo bo'shlig'i kiritilganda, ekvivalent nisbiy o'tkazuvchanlik taxminan 20- 200 orasida bo'lishi mumkin. Materialning yuqori qarshiligi girdob oqimidan kelib chiqadigan yo'qotishlarni kamaytirishi mumkinligi sababli, yo'qotish yuqori chastotalarda past bo'ladi va u ko'proq mos keladi. yuqori chastotali transformatorlar, EMI filtri induktorlari va quvvat konvertorlarining energiya saqlash induktorlari. Ish chastotasi nuqtai nazaridan, nikel-sink ferrit foydalanish uchun mos keladi (>1 MGts), marganets-sink ferrit esa past chastotali diapazonlarga (<2 MGts) mos keladi.

1

Shakl 1. Magnit yadroning histerezis egri chizig'i (BR: remanentlik; BSAT: to'yingan magnit oqim zichligi)

3. Kukunli temir yadrosi

Kukunli temir yadrolari ham yumshoq magnitli ferromagnit materiallardir. Ular turli materiallarning temir kukunlari qotishmalaridan yoki faqat temir kukunidan tayyorlanadi. Formulada turli zarracha o'lchamlari bo'lgan magnit bo'lmagan materiallar mavjud, shuning uchun to'yinganlik egri nisbatan yumshoq. Kukunli temir yadrosi asosan toroidaldir. 2-rasmda kukunli temir yadrosi va uning kesma ko'rinishi ko'rsatilgan.

Umumiy kukunli temir yadrolariga temir-nikel-molibden qotishmasi (MPP), sendust (Sendust), temir-nikel qotishmasi (yuqori oqim) va temir kukuni yadrosi (temir kukuni) kiradi. Turli xil komponentlar tufayli uning xususiyatlari va narxlari ham farq qiladi, bu esa induktorlarni tanlashga ta'sir qiladi. Quyida yuqorida aytib o'tilgan asosiy turlar bilan tanishtiriladi va ularning xususiyatlarini taqqoslaydi:

A. Temir-nikel-molibden qotishmasi (MPP)

Fe-Ni-Mo qotishmasi molypermalloy kukunining qisqartmasi bo'lgan MPP sifatida qisqartiriladi. Nisbiy o'tkazuvchanlik taxminan 14-500 ni tashkil qiladi va to'yingan magnit oqimining zichligi taxminan 7500 Gauss (Gauss) ni tashkil qiladi, bu ferritning to'yingan magnit oqimi zichligidan (taxminan 4000-5000 Gauss) yuqoridir. Ko'pchilik chiqdi. MPP eng kichik temir yo'qotilishiga ega va chang temir yadrolari orasida eng yaxshi harorat barqarorligiga ega. Tashqi doimiy oqim ISAT to'yinganlik oqimiga yetganda, indüktans qiymati keskin zaiflashmasdan asta-sekin kamayadi. MPP yaxshiroq ishlashga ega, lekin yuqori narxga ega va odatda quvvat konvertorlari uchun quvvat induktori va EMI filtri sifatida ishlatiladi.

B. Sendust

Temir-kremniy-alyuminiy qotishma temir yadrosi temir, kremniy va alyuminiydan tashkil topgan qotishma temir yadrosi bo'lib, nisbiy magnit o'tkazuvchanligi taxminan 26 dan 125 gacha. Temir yo'qotilishi temir kukuni yadrosi va MPP va temir-nikel qotishmasi o'rtasida. . To'yingan magnit oqimining zichligi MPP dan yuqori, taxminan 10500 Gauss. Haroratning barqarorligi va to'yinganlik oqimining xususiyatlari MPP va temir-nikel qotishmasidan biroz pastroq, ammo temir kukuni yadrosi va ferrit yadrosidan yaxshiroqdir va nisbiy xarajat MPP va temir-nikel qotishmasidan arzonroqdir. U asosan EMI filtrlash, quvvat faktorini to'g'rilash (PFC) davrlarida va kommutatsiya quvvat konvertorlarining quvvat induktorlarida qo'llaniladi.

C. Temir-nikel qotishmasi (yuqori oqim)

Temir-nikel qotishma yadrosi temir va nikeldan qilingan. Nisbiy magnit o'tkazuvchanligi taxminan 14-200 ni tashkil qiladi. Temir yo'qotilishi va harorat barqarorligi MPP va temir-kremniy-alyuminiy qotishmasi o'rtasida. Temir-nikel qotishma yadrosi eng yuqori to'yingan magnit oqim zichligiga ega, taxminan 15 000 Gauss va yuqori DC egilish oqimlariga bardosh bera oladi va uning doimiy oqim xususiyatlari ham yaxshiroq. Qo'llash doirasi: Faol quvvat omilini to'g'rilash, energiyani saqlash indüktansı, filtr indüktansı, flyback konvertorining yuqori chastotali transformatori va boshqalar.

D. Temir kukuni

Temir kukuni yadrosi bir-biridan izolyatsiya qilingan juda kichik zarrachalar bilan yuqori toza temir kukuni zarralaridan iborat. Ishlab chiqarish jarayoni uni taqsimlangan havo bo'shlig'iga ega qiladi. Halqa shaklidan tashqari, umumiy temir kukunli yadro shakllari ham E-turi va shtamplash turlariga ega. Temir kukuni yadrosining nisbiy magnit o'tkazuvchanligi taxminan 10 dan 75 gacha, yuqori to'yingan magnit oqimining zichligi esa taxminan 15000 Gauss. Kukunli temir yadrolari orasida temir kukuni yadrosi eng yuqori temir yo'qotadi, lekin eng past narxga ega.

3-rasmda TDK tomonidan ishlab chiqarilgan PC47 marganets-sink ferritining BH egri chiziqlari va MICROMETALS tomonidan ishlab chiqarilgan -52 va -2 kukunli temir yadrolari ko'rsatilgan; marganets-sink ferritning nisbiy magnit o'tkazuvchanligi kukunli temir yadrolariga qaraganda ancha yuqori va to'yingan Magnit oqim zichligi ham juda farq qiladi, ferrit taxminan 5000 Gauss va temir kukuni yadrosi 10000 Gauss dan ortiq.

3

Shakl 3. Turli materiallarning marganets-sink ferrit va temir kukunlari yadrolarining BH egri

Xulosa qilib aytganda, temir yadrosining to'yinganlik xususiyatlari boshqacha; to'yinganlik oqimi oshib ketgandan so'ng, ferrit yadrosining magnit o'tkazuvchanligi keskin pasayadi, temir kukuni yadrosi esa asta-sekin kamayishi mumkin. 4-rasmda bir xil magnit o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan kukunli temir yadro va turli xil magnit maydon kuchlari ostida havo bo'shlig'iga ega bo'lgan ferritning magnit o'tkazuvchanligini pasaytirish xususiyatlari ko'rsatilgan. Bu ferrit yadrosining induktivligini ham tushuntiradi, chunki yadro to'yingan bo'lsa, o'tkazuvchanlik keskin pasayadi, (1) tenglamadan ko'rinib turibdiki, u ham induktivlikning keskin pasayishiga olib keladi; tarqatilgan havo bo'shlig'iga ega bo'lgan chang yadrosi esa, magnit o'tkazuvchanligi Temir yadro to'yingan bo'lsa, tezligi asta-sekin kamayadi, shuning uchun indüktans yumshoqroq kamayadi, ya'ni u DC moyillik xususiyatlariga ega. Quvvat konvertorlarini qo'llashda bu xususiyat juda muhimdir; induktorning sekin to'yinganlik xarakteristikasi yaxshi bo'lmasa, indüktör oqimi to'yinganlik oqimiga ko'tariladi va indüktansning keskin pasayishi kommutatsiya kristalining joriy kuchlanishining keskin ko'tarilishiga olib keladi, bu esa shikastlanishga olib keladi.

4

Shakl 4. Har xil magnit maydon kuchi ostida havo bo'shlig'iga ega bo'lgan kukunli temir yadro va ferrit temir yadrosining magnit o'tkazuvchanligi tushishi xususiyatlari.

Induktorning elektr xususiyatlari va paket tuzilishi

Kommutatsiya konvertorini loyihalashda va induktorni tanlashda indüktans qiymati L, empedans Z, AC qarshilik ACR va Q qiymati (sifat omili), nominal oqim IDC va ISAT, yadro yo'qolishi (yadro yo'qolishi) va boshqa muhim elektr xususiyatlari hisobga olinadi. Bundan tashqari, induktorning qadoqlash tuzilishi magnit qochqinning kattaligiga ta'sir qiladi, bu esa o'z navbatida EMI ga ta'sir qiladi. Quyida yuqorida aytib o'tilgan xususiyatlar induktorlarni tanlash uchun alohida ko'rib chiqiladi.

1. Induktivlik qiymati (L)

Induktorning indüktans qiymati kontaktlarning zanglashiga olib keladigan eng muhim asosiy parametridir, ammo indüktans qiymati ish chastotasida barqaror yoki yo'qligini tekshirish kerak. Induktivlikning nominal qiymati odatda 100 kHz yoki 1 MGts chastotada tashqi doimiy oqimsiz o'lchanadi. Va ommaviy avtomatlashtirilgan ishlab chiqarish imkoniyatini ta'minlash uchun induktorning tolerantligi odatda ± 20% (M) va ± 30% (N) ni tashkil qiladi. Shakl 5 - Ueyn Kerrning LCR o'lchagichi bilan o'lchangan Taiyo Yuden induktorining NR4018T220M indüktans-chastota xarakteristikasi grafigi. Rasmda ko'rsatilganidek, indüktans qiymati egri chizig'i 5 MGts dan oldin nisbatan tekis bo'lib, indüktans qiymatini deyarli doimiy deb hisoblash mumkin. Yuqori chastotali diapazonda parazit sig'im va indüktans tomonidan yaratilgan rezonans tufayli indüktans qiymati ortadi. Ushbu rezonans chastotasi o'z-o'zidan rezonans chastotasi (SRF) deb ataladi, bu odatda ish chastotasidan ancha yuqori bo'lishi kerak.

5

Shakl 5, Taiyo Yuden NR4018T220M indüktans-chastota xarakteristikasi o'lchov diagrammasi

2. Empedans (Z)

6-rasmda ko'rsatilganidek, impedans diagrammasini turli chastotalarda indüktansning ishlashidan ham ko'rish mumkin. Induktorning empedansi chastotaga taxminan proportsionaldir (Z=2pfL), shuning uchun chastota qanchalik yuqori bo'lsa, reaktivlik AC qarshiligidan ancha katta bo'ladi, shuning uchun empedans sof indüktans kabi ishlaydi (faza 90˚). Yuqori chastotalarda, parazitar sig'im effekti tufayli, impedansning o'z-o'zidan rezonans chastotasi nuqtasini ko'rish mumkin. Ushbu nuqtadan keyin impedans tushadi va sig'imga aylanadi va faza asta-sekin -90 ˚ ga o'zgaradi.

6

3. Q qiymati va AC qarshiligi (ACR)

Induktivlik ta'rifidagi Q qiymati reaktivning qarshilikka nisbati, ya'ni (2) formuladagi kabi xayoliy qismning impedansning haqiqiy qismiga nisbati.

(2)

Bu erda XL - induktorning reaktivligi va RL - induktorning o'zgaruvchan tok qarshiligi.

Past chastota diapazonida AC qarshiligi indüktansdan kelib chiqadigan reaktivdan kattaroqdir, shuning uchun uning Q qiymati juda past; chastota oshgani sayin, teri ta'siri (teri effekti) va yaqinlik (yaqinlik) ta'siridan kelib chiqadigan qarshilik) bo'lsa ham, reaktivlik (taxminan 2pfL) kattaroq va katta bo'ladi) Effekt kattaroq va katta bo'ladi va Q qiymati hali ham chastota bilan ortadi. ; SRF ga yaqinlashganda, induktiv reaktivlik asta-sekin sig'imli reaktivlik bilan qoplanadi va Q qiymati asta-sekin kichikroq bo'ladi; SRF nolga aylanganda, chunki induktiv reaktans va sig'imli reaktivlik butunlay bir xil Yo'qoladi. 7-rasmda NR4018T220M ning Q qiymati va chastotasi o'rtasidagi munosabat ko'rsatilgan va munosabatlar teskari qo'ng'iroq shaklida.

7

Shakl 7. Taiyo Yuden induktorining Q qiymati va chastotasi o'rtasidagi bog'liqlik NR4018T220M

Induktivlikning dastur chastota diapazonida Q qiymati qanchalik baland bo'lsa, shuncha yaxshi bo'ladi; bu uning reaktivligi AC qarshiligidan ancha katta ekanligini anglatadi. Umuman olganda, eng yaxshi Q qiymati 40 dan yuqori, ya'ni induktorning sifati yaxshi. Biroq, odatda, doimiy to'g'ridan-to'g'ri chiziq ortishi bilan indüktans qiymati kamayadi va Q qiymati ham kamayadi. Agar tekis emallangan sim yoki ko'p simli sirlangan sim ishlatilsa, teri effekti, ya'ni o'zgaruvchan tokning qarshiligi kamayishi va induktorning Q qiymatini ham oshirish mumkin.

DC qarshilik odatda mis simning DC qarshiligi sifatida qabul qilinadi va qarshilik sim diametri va uzunligi bo'yicha hisoblanishi mumkin. Biroq, past oqim SMD induktorlarining ko'pchiligi o'rash terminalida SMD ning mis varag'ini qilish uchun ultratovushli payvandlashdan foydalanadi. Biroq, mis simning uzunligi uzoq emas va qarshilik qiymati yuqori emasligi sababli, payvandlash qarshiligi ko'pincha umumiy shahar qarshiligining sezilarli qismini tashkil qiladi. Misol tariqasida TDK ning sim bilan o'ralgan SMD induktorini CLF6045NIT-1R5N oladigan bo'lsak, o'lchangan doimiy oqim qarshiligi 14,6 mŌ, sim diametri va uzunligi asosida hisoblangan shahar qarshiligi esa 12,1 mŌ. Natijalar shuni ko'rsatadiki, bu payvandlash qarshiligi umumiy DC qarshiligining taxminan 17% ni tashkil qiladi.

AC qarshilik ACR teri ta'siriga va yaqinlik ta'siriga ega, bu ACR chastotasining oshishiga olib keladi; umumiy indüktansni qo'llashda, chunki AC komponenti DC komponentidan ancha past bo'ladi, ACR dan kelib chiqqan ta'sir aniq emas; lekin engil yukda, DC komponenti kamayganligi sababli, ACR tufayli kelib chiqadigan yo'qotishlarni e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi. Teri effekti AC sharoitida o'tkazgich ichidagi oqim taqsimoti notekis va sim yuzasida to'planganligini anglatadi, buning natijasida simning ekvivalent kesimi maydoni kamayadi, bu esa o'z navbatida simning ekvivalent qarshiligini oshiradi. chastota. Bundan tashqari, simli o'rashda qo'shni simlar oqim tufayli magnit maydonlarning qo'shilishi va ayirilishiga olib keladi, shuning uchun oqim simga ulashgan sirtda (yoki oqim yo'nalishiga qarab eng uzoq sirtda) to'planadi. ), bu ham ekvivalent simni ushlab turishga olib keladi. Hududning qisqarishi va ekvivalent qarshilik kuchayishi hodisasi yaqinlik effekti deb ataladi; ko'p qatlamli o'rashning indüktans qo'llanilishida yaqinlik ta'siri yanada aniqroq.

8

8-rasmda NR4018T220M simli SMD induktorining AC qarshiligi va chastotasi o'rtasidagi munosabat ko'rsatilgan. 1 kHz chastotada qarshilik taxminan 360 mŌ; 100 kHz chastotada qarshilik 775 mŌ gacha ko'tariladi; 10MHz chastotada qarshilik qiymati 160Ō ga yaqin. Misning yo'qotilishini baholashda hisob-kitob teri va yaqinlik ta'siridan kelib chiqqan ACRni hisobga olishi va uni (3) formulaga o'zgartirishi kerak.

4. To'yinganlik oqimi (ISAT)

To'yinganlik oqimi ISAT odatda indüktans qiymati 10%, 30% yoki 40% kabi zaiflashganda belgilanadigan oqim oqimidir. Havo bo'shlig'idagi ferrit uchun, uning to'yinganlik oqimining xarakteristikasi juda tez bo'lgani uchun, 10% va 40% o'rtasida unchalik katta farq yo'q. 4-rasmga qarang. Biroq, agar u temir kukuni yadrosi bo'lsa (masalan, shtamplangan induktor), to'yinganlik egri chizig'i nisbatan yumshoq bo'ladi, 9-rasmda ko'rsatilganidek, indüktansning susayishining 10% yoki 40% da egilish oqimi juda ko'p. har xil, shuning uchun to'yinganlik oqimi qiymati ikki turdagi temir yadrolari uchun quyidagi tarzda alohida muhokama qilinadi.

Havo bo'shlig'idagi ferrit uchun kontaktlarning zanglashiga olib kirish uchun maksimal induktor oqimining yuqori chegarasi sifatida ISAT dan foydalanish maqsadga muvofiqdir. Biroq, agar u temir kukunli yadro bo'lsa, sekin to'yinganlik xususiyati tufayli, dastur sxemasining maksimal oqimi ISAT dan oshsa ham, hech qanday muammo bo'lmaydi. Shuning uchun, bu temir yadro xususiyati konvertor ilovalarini almashtirish uchun eng mos keladi. Og'ir yuk ostida, induktorning indüktans qiymati past bo'lsa-da, 9-rasmda ko'rsatilganidek, joriy dalgalanma omili yuqori, lekin oqim kondansatkich tolerantligi yuqori, shuning uchun muammo bo'lmaydi. Engil yuk ostida induktorning indüktans qiymati kattaroqdir, bu induktorning dalgalanma oqimini kamaytirishga yordam beradi va shu bilan temir yo'qotilishini kamaytiradi. 9-rasmda TDK ning yara ferriti SLF7055T1R5N va shtamplangan temir kukunli yadro induktori SPM6530T1R5M indüktansning bir xil nominal qiymati ostida to'yinganlik oqimi egri solishtiriladi.

9

Shakl 9. Induktivlikning bir xil nominal qiymati ostida yara ferriti va shtamplangan temir kukuni yadrosining to'yinganlik oqimining egri chizig'i

5. Nominal oqim (IDC)

IDC qiymati indüktör harorati Tr˚C ga ko'tarilganda DC egilishidir. Texnik xususiyatlar, shuningdek, uning DC qarshilik qiymatini 20˚C da ko'rsatadi. Mis simning harorat koeffitsientiga ko'ra, taxminan 3,930 ppm, Tr harorati ko'tarilganda, uning qarshilik qiymati RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), quvvat sarfi esa PCU = I2DCxRDC. Ushbu mis yo'qolishi induktor yuzasida tarqaladi va induktorning termal qarshiligi TH ni hisoblash mumkin:

(2)

2-jadval TDK VLS6045EX seriyasining (6,0 × 6,0 × 4,5 mm) ma'lumotlar varag'iga ishora qiladi va 40˚C harorat ko'tarilganda termal qarshilikni hisoblaydi. Shubhasiz, bir xil seriyali va o'lchamdagi induktorlar uchun hisoblangan issiqlik qarshiligi bir xil sirt issiqlik tarqalish maydoni tufayli deyarli bir xil bo'ladi; boshqacha qilib aytganda, turli induktorlarning nominal oqimi IDC ni taxmin qilish mumkin. Induktorlarning turli seriyalari (paketlari) turli xil termal qarshilikka ega. 3-jadvalda TDK VLS6045EX seriyali (yarim ekranli) va SPM6530 seriyali (qoliplangan) induktorlarining termal qarshiligi taqqoslanadi. Issiqlik qarshiligi qanchalik katta bo'lsa, indüktans yuk oqimi orqali oqib o'tganda hosil bo'ladigan harorat ko'tarilishi shunchalik yuqori bo'ladi; aks holda, pastroq.

(2)

2-jadval. VLS6045EX seriyali induktorlarning 40˚C harorat ko'tarilishida issiqlik qarshiligi

3-jadvaldan ko'rinib turibdiki, induktorlarning o'lchamlari o'xshash bo'lsa ham, shtamplangan induktorlarning issiqlik qarshiligi past, ya'ni issiqlik tarqalishi yaxshiroq.

(3)

Jadval 3. Turli paketli induktorlarning termal qarshiligini taqqoslash.

6. Asosiy yo'qotish

Temir yo'qotilishi deb ataladigan yadro yo'qolishi, asosan, oqim yo'qolishi va histerezis yo'qolishidan kelib chiqadi. Girdap oqimining yo'qolishining o'lchami, asosan, asosiy materialni "o'tkazish" osonmi yoki yo'qligiga bog'liq; agar o'tkazuvchanlik yuqori bo'lsa, ya'ni qarshiligi past bo'lsa, girdab oqimining yo'qolishi yuqori va ferritning qarshiligi yuqori bo'lsa, girdab oqimining yo'qolishi nisbatan past bo'ladi. Eddy oqimining yo'qolishi chastota bilan ham bog'liq. Chastota qanchalik baland bo'lsa, oqim oqimining yo'qolishi shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun yadro materiali yadroning to'g'ri ishlash chastotasini aniqlaydi. Umuman olganda, temir kukuni yadrosining ish chastotasi 1 MGts ga, ferritning ish chastotasi esa 10 MGts ga yetishi mumkin. Agar ish chastotasi bu chastotadan oshsa, girdab oqimining yo'qolishi tez oshadi va temir yadro harorati ham oshadi. Biroq, temir yadroli materiallarning jadal rivojlanishi bilan, yuqori ishlaydigan chastotalarga ega bo'lgan temir yadrolari burchakda bo'lishi kerak.

Boshqa temir yo'qotish - bu histerezisning yo'qolishi, bu oqimning AC komponentining tebranish amplitudasi bilan bog'liq bo'lgan histerezis egri chizig'i bilan o'ralgan maydonga mutanosibdir; AC tebranish qanchalik katta bo'lsa, histerezisning yo'qolishi shunchalik katta bo'ladi.

Induktorning ekvivalent sxemasida temir yo'qotilishini ifodalash uchun induktorga parallel ravishda ulangan qarshilik ko'pincha ishlatiladi. Chastota SRF ga teng bo'lsa, induktiv reaktivlik va sig'imli reaktivlik bekor qilinadi va ekvivalent reaktivlik nolga teng. Bu vaqtda induktorning empedansi o'rash qarshiligi bilan ketma-ket temir yo'qotish qarshiligiga tengdir va temir yo'qotish qarshiligi o'rash qarshiligidan ancha katta, shuning uchun SRFdagi impedans temir yo'qotish qarshiligiga taxminan tengdir. Misol tariqasida past kuchlanishli induktorni oladigan bo'lsak, uning temir yo'qotish qarshiligi taxminan 20 kŌ ni tashkil qiladi. Induktorning har ikki uchida samarali qiymat kuchlanishi 5V deb hisoblansa, uning temir yo'qotilishi taxminan 1,25 mVtni tashkil qiladi, bu ham temir yo'qotish qarshiligi qanchalik katta bo'lsa, shuncha yaxshi ekanligini ko'rsatadi.

7. Qalqon tuzilishi

Ferrit induktorlarining qadoqlash tuzilishi himoyalanmagan, magnit elim bilan yarim himoyalangan va ekranlangan bo'lib, ularning har birida sezilarli havo bo'shlig'i mavjud. Shubhasiz, havo bo'shlig'ida magnit qochqin bo'ladi va eng yomon holatda, u atrofdagi kichik signal davrlariga to'sqinlik qiladi yoki yaqin atrofda magnit material bo'lsa, uning indüktansı ham o'zgaradi. Yana bir qadoqlash tuzilishi shtamplangan temir kukunli induktordir. Induktor ichida bo'shliq yo'qligi va o'rash strukturasi mustahkam bo'lgani uchun magnit maydonning tarqalishi muammosi nisbatan kichikdir. 10-rasm RTO 1004 osiloskopining FFT funksiyasidan shtamplangan induktorning 3 mm ustidagi va yon tomonidagi qochqin magnit maydonining kattaligini o'lchash uchun foydalanish. 4-jadvalda turli xil paketli struktura induktorlarining qochqin magnit maydonini taqqoslash keltirilgan. Ko'rinib turibdiki, himoyalanmagan induktorlar eng jiddiy magnit qochqinga ega; shtamplangan induktorlar eng kichik magnit qochqinga ega bo'lib, eng yaxshi magnit ekranlash effektini ko'rsatadi. . Ushbu ikki strukturaning induktorlarining qochqin magnit maydonining kattaligidagi farq taxminan 14 dB ni tashkil qiladi, bu deyarli 5 baravar.

10

Shakl 10. Shtamplangan induktorning yuqorisida va yon tomonida 3 mm da o'lchangan qochqin magnit maydonining kattaligi

(4)

Jadval 4. Turli paketli struktura induktorlarining qochqin magnit maydonini taqqoslash

8. ulash

Ba'zi ilovalarda, ba'zida PCBda bir nechta DC konvertorlari mavjud bo'lib, ular odatda bir-birining yonida joylashgan va ularning mos keladigan induktorlari ham bir-birining yonida joylashgan. Agar siz magnit elimli ekranlanmagan yoki yarim ekranlangan turdan foydalansangiz, EMI shovqinini hosil qilish uchun induktorlar bir-biri bilan bog'lanishi mumkin. Shuning uchun, induktorni joylashtirishda birinchi navbatda induktorning polaritesini belgilash va induktorning eng ichki qatlamining boshlang'ich va o'rash nuqtasini konvertorning kommutatsiya kuchlanishiga ulash tavsiya etiladi, masalan, konvertorning VSW, qaysi harakatlanuvchi nuqta. Chiqish terminali statik nuqta bo'lgan chiqish kondansatkichiga ulangan; mis simli o'rash shuning uchun ma'lum darajada elektr maydonini himoya qiladi. Multiplekserning simlarini joylashtirishda indüktansning qutbliligini aniqlash o'zaro indüktansning kattaligini aniqlashga yordam beradi va ba'zi kutilmagan EMI muammolarini oldini oladi.

Ilovalar:

Oldingi bobda asosiy material, paket tuzilishi va induktorning muhim elektr xususiyatlari muhokama qilindi. Ushbu bobda konvertorning tegishli indüktans qiymatini qanday tanlash va sotuvda mavjud bo'lgan induktorni tanlash bo'yicha fikrlar tushuntiriladi.

(5) tenglamada ko'rsatilganidek, induktorning qiymati va konvertorning o'tish chastotasi indüktör dalgalanma oqimiga (DiL) ta'sir qiladi. Induktorning to'lqinli oqimi chiqish kondansatörü orqali oqib o'tadi va chiqish kondansatkichining dalgalanma oqimiga ta'sir qiladi. Shuning uchun u chiqish kondansatkichini tanlashga ta'sir qiladi va chiqish voltajining dalgalanma hajmiga yanada ta'sir qiladi. Bundan tashqari, indüktans qiymati va chiqish sig'im qiymati tizimning qayta aloqa dizayniga va yukning dinamik javobiga ham ta'sir qiladi. Kattaroq indüktans qiymatini tanlash kondansatkichda kamroq oqim kuchlanishiga ega, shuningdek, chiqish voltajining dalgalanishini kamaytirish uchun foydalidir va ko'proq energiya saqlashi mumkin. Biroq, kattaroq indüktans qiymati katta hajmni, ya'ni yuqori narxni ko'rsatadi. Shuning uchun, konvertorni loyihalashda indüktans qiymatining dizayni juda muhimdir.

(5)

Formuladan (5) ko'rinib turibdiki, kirish kuchlanishi va chiqish kuchlanishi orasidagi bo'shliq kattaroq bo'lsa, indüktör dalgalanma oqimi katta bo'ladi, bu induktor dizaynining eng yomon holatidir. Boshqa induktiv tahlillar bilan birgalikda pastga tushadigan konvertorning indüktans dizayn nuqtasi odatda maksimal kirish kuchlanishi va to'liq yuk sharoitida tanlanishi kerak.

Induktivlik qiymatini loyihalashda induktorning to'lqinli oqimi va induktor o'lchami o'rtasida o'zaro kelishuvni amalga oshirish kerak va bu erda to'lqinli oqim omili (to'lqinli oqim omili; g) formula (6) kabi aniqlanadi.

（6）

Formula (6) ni (5) formulaga almashtirib, induktivlik qiymatini (7) formula bilan ifodalash mumkin.

（7）

Formula (7) ga ko'ra, kirish va chiqish voltaji orasidagi farq kattaroq bo'lsa, g qiymatini kattaroq tanlash mumkin; aksincha, agar kirish va chiqish kuchlanishi yaqinroq bo'lsa, g qiymati dizayni kichikroq bo'lishi kerak. An'anaviy dizayn tajribasi qiymatiga ko'ra, indüktör dalgalanma oqimi va hajmi o'rtasida tanlov qilish uchun, g odatda 0,2 dan 0,5 gacha. Quyida RT7276 induktivlikni hisoblash va sotiladigan induktorlarni tanlash misol sifatida keltirilgan.

Dizayn namunasi: RT7276 ilg'or doimiy ish vaqtida (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) sinxron rektifikatsion pasaytiruvchi konvertor bilan ishlab chiqilgan, uning o'tish chastotasi 700 kHz, kirish kuchlanishi 4,5 V dan 18 V gacha, chiqish kuchlanishi esa 1,05 V ni tashkil qiladi. . To'liq yuk oqimi 3A ni tashkil qiladi. Yuqorida aytib o'tilganidek, indüktans qiymati maksimal kirish kuchlanishi 18V va to'liq yuk 3A sharoitida ishlab chiqilishi kerak, g qiymati 0,35 sifatida qabul qilinadi va yuqoridagi qiymat tenglama (7) ga almashtiriladi, indüktans qiymati hisoblanadi

An'anaviy nominal indüktans qiymati 1,5 µH bo'lgan induktordan foydalaning. Induktorning to'lqinli oqimini hisoblash uchun formula (5) ni quyidagi tarzda almashtiring.

Shuning uchun induktorning eng yuqori oqimi

Va induktor oqimining (IRMS) samarali qiymati

Indüktör dalgalanma komponenti kichik bo'lgani uchun indüktör oqimining samarali qiymati asosan uning DC komponentidir va bu samarali qiymat induktor nominal oqimi IDC ni tanlash uchun asos sifatida ishlatiladi. 80% pasaytirish (deating) dizayni bilan indüktans talablari:

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

5-jadvalda o'lchamiga o'xshash, ammo paket tuzilishi jihatidan farq qiluvchi TDK ning turli seriyalarining mavjud induktorlari keltirilgan. Jadvaldan ko'rinib turibdiki, shtamplangan induktorning (SPM6530T-1R5M) to'yinganlik oqimi va nominal oqimi katta va issiqlik qarshiligi kichik va issiqlik tarqalishi yaxshi. Bundan tashqari, oldingi bobdagi muhokamaga ko'ra, shtamplangan induktorning asosiy materiali temir kukunli yadrodir, shuning uchun u yarim himoyalangan (VLS6045EX-1R5N) va ekranlangan (SLF7055T-1R5N) induktorlarning ferrit yadrosi bilan taqqoslanadi. magnit elim bilan. , Yaxshi DC moyillik xususiyatlariga ega. 11-rasmda RT7276 ilg'or doimiy o'z vaqtida sinxron rektifikatsion pasayish konvertoriga qo'llaniladigan turli induktorlarning samaradorligini taqqoslash ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, uchtasi o'rtasidagi samaradorlik farqi unchalik katta emas. Agar siz issiqlik tarqalishini, doimiy to'g'ridan-to'g'ri oqim xususiyatlarini va magnit maydonning tarqalishini hisobga olsangiz, SPM6530T-1R5M induktorlaridan foydalanish tavsiya etiladi.

（5）

Jadval 5. TDK ning turli seriyali induktivliklarini solishtirish

11

Shakl 11. Konverter samaradorligini turli induktorlar bilan taqqoslash

Agar siz bir xil paket tuzilishi va indüktans qiymatini tanlasangiz, lekin kichikroq o'lchamdagi indüktörler, masalan, SPM4015T-1R5M (4,4 × 4,1 × 1,5 mm), uning o'lchami kichik bo'lsa-da, lekin DC qarshilik RDC (44,5 mŌ) va termal qarshilik THTH ( 51˚C) /W) Kattaroq. Xuddi shu xususiyatlarga ega konvertorlar uchun induktor tomonidan toqat qilinadigan oqimning samarali qiymati ham bir xil bo'ladi. Shubhasiz, DC qarshiligi og'ir yuk ostida samaradorlikni pasaytiradi. Bundan tashqari, katta termal qarshilik yomon issiqlik tarqalishini anglatadi. Shuning uchun, induktorni tanlayotganda, nafaqat kichraytirilgan o'lchamning afzalliklarini hisobga olish, balki uning hamroh bo'lgan kamchiliklarini baholash kerak.

Yakunida

Endüktans energiyani saqlash va filtrlash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan quvvat konvertorlarini almashtirishda keng qo'llaniladigan passiv komponentlardan biridir. Biroq, sxemani loyihalashda nafaqat indüktans qiymatiga e'tibor berish kerak, balki boshqa parametrlar, shu jumladan AC qarshiligi va Q qiymati, oqim bardoshliligi, temir yadrosining to'yinganligi va o'ram tuzilishi va boshqalar ham barcha parametrlardir. induktorni tanlashda e'tiborga olish kerak. . Ushbu parametrlar odatda asosiy materialga, ishlab chiqarish jarayoniga, hajmi va narxiga bog'liq. Shuning uchun, ushbu maqola turli xil temir yadroli materiallarning xususiyatlarini va elektr ta'minoti dizayni uchun mos yozuvlar sifatida mos indüktansni qanday tanlashni taqdim etadi.