жаңалықтар

Түйіндеме

Индукторлар энергияны сақтау және қуат сүзгілері сияқты түрлендіргіштерді ауыстыруда өте маңызды компоненттер болып табылады. Индукторлардың көптеген түрлері бар, мысалы, әртүрлі қолданбалар үшін (төмен жиіліктен жоғары жиілікке дейін) немесе индуктордың сипаттамаларына әсер ететін әртүрлі ядролық материалдар және т.б. Ауыстырғыш түрлендіргіштерде қолданылатын индукторлар жоғары жиілікті магнитті компоненттер болып табылады. Дегенмен, материалдар, жұмыс жағдайлары (кернеу және ток сияқты) және қоршаған орта температурасы сияқты әртүрлі факторларға байланысты ұсынылған сипаттамалар мен теориялар мүлдем басқаша. Сондықтан тізбекті жобалау кезінде индуктивтілік шамасының негізгі параметрінен басқа, индуктивтік кедергі мен айнымалы ток кедергісі мен жиілігі арасындағы байланыс, өзек жоғалуы мен қанықтыру тоғының сипаттамалары және т.б. Бұл мақала бірнеше маңызды индуктордың негізгі материалдарымен және олардың сипаттамаларымен таныстырады, сондай-ақ энергетиктерге коммерциялық қол жетімді стандартты индукторларды таңдауға нұсқау береді.

Алғы сөз

Индуктор - орауышқа немесе өзекке оқшауланған сыммен белгілі бір мөлшердегі катушкаларды (орамдарды) орау арқылы түзілетін электромагниттік индукциялық құрамдас бөлік. Бұл катушкалар индуктивті катушкалар немесе индукторлар деп аталады. Электромагниттік индукция принципіне сәйкес, катушкалар мен магнит өрісі бір-біріне қатысты қозғалғанда немесе катушкалар айнымалы ток арқылы айнымалы магнит өрісін тудырғанда, бастапқы магнит өрісінің өзгеруіне қарсы тұру үшін индукцияланған кернеу пайда болады, және ток өзгерісін тежейтін бұл сипаттама индуктивтілік деп аталады.

Индуктивтілік шамасының формуласы (1) формуласы сияқты, ол магниттік өткізгіштікке пропорционал, орамның квадраты N бұрылыстары және эквивалентті магнит тізбегінің көлденең қимасының ауданы Ae және эквивалентті магнит тізбегінің ұзындығына кері пропорционал le. . Индуктивтіліктің көптеген түрлері бар, олардың әрқайсысы әртүрлі қолданбаларға жарамды; индуктивтілік пішініне, өлшеміне, орау әдісіне, айналымдар санына және аралық магниттік материалдың түріне байланысты.

(1)

Темір өзегінің пішініне байланысты индуктивтілікке тороидтық, Е өзегі және барабан жатады; темір өзек материалы бойынша негізінен керамикалық өзек және екі жұмсақ магниттік түрі бар. Олар феррит және металл ұнтағы. Құрылымына немесе орау әдісіне байланысты сыммен оралған, көп қабатты және пішінделген, ал сымның орамында экрандалмаған және жарты магнитті желім Экрандалған (жартылай экрандалған) және экрандалған (қалқандалған) және т.б.

Индуктор тұрақты токта қысқа тұйықталу сияқты әрекет етеді және айнымалы токқа жоғары кедергі береді. Схемалардағы негізгі қолдануларға тұншығу, сүзу, баптау және энергияны сақтау кіреді. Коммутациялық түрлендіргішті қолдануда индуктор энергияны сақтаудың ең маңызды құрамдас бөлігі болып табылады және шығыс кернеуінің толқынын азайту үшін шығыс конденсаторымен төмен жиілікті сүзгіні құрайды, сондықтан ол сүзу функциясында да маңызды рөл атқарады.

Бұл мақала индукторлардың әртүрлі негізгі материалдарын және олардың сипаттамаларын, сондай-ақ индукторлардың кейбір электрлік сипаттамаларын тізбекті жобалау кезінде индукторларды таңдау үшін маңызды бағалау анықтамасы ретінде таныстырады. Қолданбаның мысалында индуктивтіліктің мәнін қалай есептеу керек және коммерциялық қол жетімді стандартты индукторды қалай таңдау керектігі практикалық мысалдар арқылы енгізіледі.

Негізгі материалдың түрі

Ауыстырғыш түрлендіргіштерде қолданылатын индукторлар жоғары жиілікті магнитті компоненттер болып табылады. Орталықтағы негізгі материал индуктордың кедергі және жиілік, индуктивтілік мәні мен жиілігі немесе ядроның қанығу сипаттамалары сияқты сипаттамаларына көбірек әсер етеді. Төменде қуат индукторларын таңдау үшін маңызды анықтама ретінде бірнеше жалпы темір өзек материалдарын және олардың қанықтылық сипаттамаларын салыстыру ұсынылады:

1. Керамикалық өзек

Керамикалық өзек индуктивті материалдардың бірі болып табылады. Ол негізінен орамды орау кезінде қолданылатын тірек құрылымын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Оны «ауа ядросының индукторы» деп те атайды. Қолданылатын темір өзегі өте төмен температура коэффициенті бар магнитті емес материал болғандықтан, индуктивтілік мәні жұмыс температурасының диапазонында өте тұрақты. Дегенмен, орта ретінде магниттік емес материал болғандықтан, индуктивтілік өте төмен, бұл қуат түрлендіргіштерін қолдану үшін өте қолайлы емес.

2. Феррит

Жалпы жоғары жиілікті индукторларда қолданылатын феррит өзегі никель мырыш (NiZn) немесе марганец мырыш (MnZn) бар феррит қосылысы болып табылады, ол төмен коэрцивтілігі бар жұмсақ магнитті ферромагниттік материал болып табылады. 1-суретте жалпы магниттік ядроның гистерезис қисығы (BH контуры) көрсетілген. Магниттік материалдың HC коэрцив күшін коэрцив күші деп те атайды, яғни магниттік материал магниттік қанығуға дейін магниттелгенде оның магниттелуі (магниттелуі) нөлге дейін төмендейді Сол кездегі қажетті магнит өрісінің күші. Төменгі коэрцивтілік демагнетизацияға төзімділіктің төмендеуін білдіреді, сонымен қатар гистерезис жоғалтуының төмендеуін білдіреді.

Марганец-мырыш және никель-мырыш ферриттері салыстырмалы түрде жоғары салыстырмалы өткізгіштікке (мкр) ие, сәйкесінше шамамен 1500-15000 және 100-1000. Олардың жоғары магниттік өткізгіштігі темір өзегін белгілі бір көлемде жоғары етеді. Индуктивтілік. Дегенмен, кемшілігі оның рұқсат етілген қанықтыру тогы төмен, ал темір өзегі қаныққаннан кейін магниттік өткізгіштік күрт төмендейді. Темір өзегі қаныққан кезде феррит пен ұнтақ темір өзектерінің магниттік өткізгіштігінің төмендеу тенденциясын 4-суреттен қараңыз. Салыстыру. Қуат индукторларында пайдаланылған кезде негізгі магниттік тізбекте ауа саңылауы қалады, ол өткізгіштігін төмендетеді, қанықтыруды болдырмайды және көбірек энергияны сақтайды; ауа саңылауын қосқанда, эквивалентті салыстырмалы өткізгіштік шамамен 20- 200 арасында болуы мүмкін. Материалдың жоғары кедергісінің өзі құйынды ток әсерінен болатын шығынды азайта алатындықтан, жоғалту жоғары жиіліктерде төменірек болады және ол жоғары жиілікті трансформаторлар, EMI сүзгі индукторлары және қуат түрлендіргіштерінің энергия сақтау индукторлары. Жұмыс жиілігі бойынша никель-мырыш ферриті қолдануға жарамды (>1 МГц), ал марганец-мырыш ферриті төменгі жиілік диапазондары үшін қолайлы (<2 МГц).

1

Сурет 1. Магниттік ядроның гистерезис қисығы (BR: реманенс; BSAT: қанығу магнит ағынының тығыздығы)

3. Ұнтақ темір өзегі

Ұнтақ темір өзектері де жұмсақ магнитті ферромагниттік материалдар болып табылады. Олар әртүрлі материалдардың темір ұнтағы қорытпаларынан немесе тек темір ұнтағынан жасалған. Формула әртүрлі бөлшектердің өлшемдері бар магнитті емес материалдардан тұрады, сондықтан қанықтыру қисығы салыстырмалы түрде жұмсақ. Ұнтақ темір өзегі негізінен тороидты. 2-суретте ұнтақ темір өзегі және оның көлденең қимасы көрсетілген.

Қарапайым ұнтақ темір өзектеріне темір-никель-молибден қорытпасы (МПП), сендұст (Sendust), темір-никель қорытпасы (жоғары ағын) және темір ұнтағының өзегі (темір ұнтағы) жатады. Әртүрлі құрамдас бөліктерге байланысты оның сипаттамалары мен бағасы да әртүрлі, бұл индукторларды таңдауға әсер етеді. Төменде жоғарыда аталған негізгі түрлермен таныстырып, олардың сипаттамаларын салыстырады:

A. Темір-никель-молибден қорытпасы (МПП)

Fe-Ni-Mo қорытпасы MPP ретінде қысқартылған, ол молипермаллой ұнтағының аббревиатурасы болып табылады. Салыстырмалы өткізгіштігі шамамен 14-500, ал қанығу магнит ағынының тығыздығы шамамен 7500 Гаусс (Гаусс) құрайды, бұл ферриттің қанығу магнит ағынының тығыздығынан жоғары (шамамен 4000-5000 Гаусс). Көбі шықты. MPP темірдің ең аз шығынына ие және ұнтақ темір өзектері арасында ең жақсы температура тұрақтылығына ие. Сыртқы тұрақты ток ISAT қаныққан токқа жеткенде, индуктивтілік мәні кенет әлсіреусіз баяу төмендейді. MPP өнімділігі жақсырақ, бірақ құны жоғары және әдетте қуат түрлендіргіштері үшін қуат индукторы және EMI ​​сүзгісі ретінде пайдаланылады.

B. Sendust

Темір-кремний-алюминий қорытпасының темір өзегі - темір, кремний және алюминийден тұратын қорытпалы темір өзегі, салыстырмалы магниттік өткізгіштігі шамамен 26-дан 125-ке дейін. Темірдің жоғалуы темір ұнтағы өзегі мен MPP және темір-никель қорытпасы арасында болады. . Қаныққан магнит ағынының тығыздығы MPP-ден жоғары, шамамен 10500 Гаусс. Температураның тұрақтылығы мен қанықтыру тоғының сипаттамалары MPP және темір-никель қорытпасынан сәл төмен, бірақ темір ұнтағы өзегі мен феррит өзегінен жақсы, ал салыстырмалы құны MPP және темір-никель қорытпасынан арзанырақ. Ол көбінесе EMI ​​сүзгісінде, қуат факторын түзетуде (PFC) тізбектерде және коммутациялық қуат түрлендіргіштерінің қуат индукторларында қолданылады.

C. Темір-никель қорытпасы (жоғары ағын)

Темір-никель қорытпасының өзегі темір мен никельден жасалған. Салыстырмалы магниттік өткізгіштік шамамен 14-200. Темірдің жоғалуы және температураның тұрақтылығы MPP және темір-кремний-алюминий қорытпасы арасында. Темір-никель қорытпасының өзегі ең жоғары қаныққан магнит ағынының тығыздығына ие, шамамен 15 000 Гаусс және тұрақты ток ығысуының жоғары токтарына төтеп бере алады және оның тұрақты ток ығысу сипаттамалары да жақсырақ. Қолдану аясы: Белсенді қуат факторын түзету, энергияны сақтау индуктивтілігі, сүзгі индуктивтілігі, ұшатын түрлендіргіштің жоғары жиілікті трансформаторы және т.б.

D. Темір ұнтағы

Темір ұнтағының өзегі бір-бірінен оқшауланған өте ұсақ бөлшектері бар жоғары таза темір ұнтағы бөлшектерінен жасалған. Өндіріс процесі оны бөлінген ауа саңылауына ие етеді. Сақина пішінінен басқа, жалпы темір ұнтағы өзек пішіндерінің E-типті және штамптау түрлері де бар. Темір ұнтағының ядросының салыстырмалы магниттік өткізгіштігі шамамен 10-нан 75-ке дейін, ал жоғары қаныққан магнит ағынының тығыздығы шамамен 15000 Гауссты құрайды. Ұнтақ темір өзектерінің ішінде темір ұнтағы өзегі ең жоғары темір жоғалтуға ие, бірақ ең төмен құны.

3-суретте TDK өндіретін PC47 марганец-мырыш ферритінің және MICROMETALS шығарған -52 және -2 ұнтақ темір өзектерінің BH қисықтары көрсетілген; марганец-мырыш ферритінің салыстырмалы магниттік өткізгіштігі ұнтақ тәрізді темір өзектерге қарағанда әлдеқайда жоғары және қаныққан Магнит ағынының тығыздығы да өте әртүрлі, феррит шамамен 5000 Гаусс және темір ұнтағы өзегі 10000 Гаусс.

3

Сурет 3. Әр түрлі материалдардың марганец-мырыш ферриті және темір ұнтағы өзектерінің BH қисығы

Қорыта айтқанда, темір өзегінің қанығу сипаттамалары әртүрлі; қанықтыру тогы асып кеткенде, феррит өзегінің магниттік өткізгіштігі күрт төмендейді, ал темір ұнтағының өзегі баяу төмендеуі мүмкін. 4-суретте магниттік өткізгіштігі бірдей ұнтақ темір өзегі мен әртүрлі магнит өрісінің кернеулігі кезінде ауа саңылауы бар ферриттің магниттік өткізгіштігінің төмендеу сипаттамалары көрсетілген. Бұл сонымен қатар феррит өзегінің индуктивтілігін түсіндіреді, өйткені өзек қаныққан кезде өткізгіштік күрт төмендейді, (1) теңдеуден көрініп тұрғандай, ол индуктивтіліктің де күрт төмендеуіне әкеледі; бөлінген ауа саңылауы бар ұнтақ өзегі, ал магниттік өткізгіштігі Темір өзегі қаныққан кезде жылдамдық баяу төмендейді, сондықтан индуктивтілік ақырын төмендейді, яғни тұрақты ток ығысу сипаттамалары жақсы. Қуатты түрлендіргіштерді қолдануда бұл сипаттама өте маңызды; егер индуктивті катушканың баяу қанығу сипаттамасы жақсы болмаса, индуктивті тогы қанығу тоғына дейін көтеріледі, ал индуктивтіліктің кенет төмендеуі коммутациялық кристалдың ток кернеуінің күрт көтерілуіне әкеп соғады, бұл зақымдалуы оңай.

4

Сурет 4. Әр түрлі магнит өрісінің кернеулігі кезінде ауа саңылауы бар ұнтақ темір өзегі мен феррит темір өзегінің магниттік өткізгіштік төмендеу сипаттамалары.

Индуктордың электрлік сипаттамалары және орама құрылымы

Коммутациялық түрлендіргішті жобалау және индукторды таңдау кезінде индуктивтілік мәні L, кедергі Z, айнымалы ток кедергісі ACR және Q мәні (сапа факторы), номиналды ток IDC және ISAT, ядро ​​жоғалуы (ядроның жоғалуы) және басқа да маңызды электрлік сипаттамалар міндетті түрде орындалады. қарастырылады. Сонымен қатар, индуктордың орау құрылымы магниттік ағып кетудің шамасына әсер етеді, бұл өз кезегінде EMI ​​әсер етеді. Төменде жоғарыда аталған сипаттамалар индукторларды таңдау үшін қарастырылатын мәселелер ретінде бөлек талқыланады.

1. Индуктивтілік мәні (L)

Индуктивті катушканың индуктивтілік мәні тізбекті жобалаудағы ең маңызды негізгі параметр болып табылады, бірақ индуктивтілік мәні жұмыс жиілігінде тұрақты екенін тексеру керек. Индуктивтіліктің номиналды мәні әдетте 100 кГц немесе 1 МГц жиілікте сыртқы тұрақты ток ығысуынсыз өлшенеді. Ал жаппай автоматтандырылған өндіріс мүмкіндігін қамтамасыз ету үшін индуктордың төзімділігі әдетте ±20% (M) және ±30% (N) құрайды. 5-сурет - Уэйн Керрдің LCR өлшегішімен өлшенген Taiyo Yuden индукторының NR4018T220M индуктивті-жиілік сипаттамалық графигі. Суретте көрсетілгендей, индуктивтілік мәнінің қисығы 5 МГц-ке дейін салыстырмалы түрде тегіс, ал индуктивтілік мәнін тұрақты деп санауға болады. Жоғары жиілік диапазонында паразиттік сыйымдылық пен индуктивтілік тудыратын резонансқа байланысты индуктивтілік мәні артады. Бұл резонанстық жиілік өзін-өзі резонансты жиілік (SRF) деп аталады, ол әдетте жұмыс жиілігінен әлдеқайда жоғары болуы керек.

5

5-сурет, Taiyo Yuden NR4018T220M индуктивтілік-жиілік сипаттамалық өлшеу диаграммасы

2. Кедергі (Z)

6-суретте көрсетілгендей, кедергі диаграммасын әртүрлі жиіліктердегі индуктивтіліктің өнімділігінен де көруге болады. Индуктордың кедергісі жиілікке шамамен пропорционалды (Z=2πfL), сондықтан жиілік неғұрлым жоғары болса, реактивтілік айнымалы ток кедергісінен әлдеқайда үлкен болады, сондықтан кедергі таза индуктивтілік сияқты әрекет етеді (фаза 90˚). Жоғары жиіліктерде паразиттік сыйымдылық әсерінен кедергінің өздігінен резонансты жиілік нүктесін көруге болады. Осы нүктеден кейін кедергі төмендейді және сыйымдылыққа ие болады, ал фаза біртіндеп -90 ˚ дейін өзгереді.

6

3. Q мәні және айнымалы ток кедергісі (ACR)

Индуктивтіліктің анықтамасындағы Q шамасы – реактивтіліктің кедергіге қатынасы, яғни (2) формуладағыдай қиял бөлігінің кедергінің нақты бөлігіне қатынасы.

(2)

Мұндағы XL – индуктордың реактивтілігі, ал RL – индуктордың айнымалы ток кедергісі.

Төмен жиілік диапазонында айнымалы ток кедергісі индуктивтілік әсерінен болатын реактивтіліктен үлкен, сондықтан оның Q мәні өте төмен; жиілік ұлғайған сайын реактивтілік (шамамен 2πfL) тері әсерінен (тері әсері) және жақындық (жақындық) әсерінен болатын қарсылық болса да үлкен және үлкен болады) Әсер үлкейе түседі және Q мәні әлі де жиілікпен артады. ; SRF жақындаған кезде индуктивті реактивтілік сыйымдылықпен бірте-бірте өтеледі, ал Q мәні бірте-бірте азаяды; SRF нөлге айналғанда, өйткені индуктивті реактивтілік пен сыйымдылық реактивтілігі толығымен бірдей Жоғал. 7-сурет Q мәні мен NR4018T220M жиілігі арасындағы қатынасты көрсетеді және байланыс инверттелген қоңырау пішінінде.

7

Сурет 7. Taiyo Yuden индукторының NR4018T220M Q мәні мен жиілігі арасындағы байланыс

Индуктивтіліктің қолданбалы жиілік диапазонында Q мәні неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жақсы болады; бұл оның реактивтілігі айнымалы ток кедергісінен әлдеқайда үлкен екенін білдіреді. Жалпы айтқанда, ең жақсы Q мәні 40-тан жоғары, бұл индуктордың сапасы жақсы дегенді білдіреді. Дегенмен, әдетте тұрақты ток ығысуы артқан сайын индуктивтілік мәні төмендейді және Q мәні де төмендейді. Егер жалпақ эмальданған сым немесе көп тізбекті эмальданған сым қолданылса, тері әсерін, яғни айнымалы ток кедергісін азайтуға, индуктордың Q мәнін де арттыруға болады.

Тұрақты ток кедергісі DCR әдетте мыс сымның тұрақты тұрақты кедергісі ретінде қарастырылады және кедергіні сым диаметрі мен ұзындығына сәйкес есептеуге болады. Дегенмен, төмен ток SMD индукторларының көпшілігі орама терминалында SMD мыс парағын жасау үшін ультрадыбыстық дәнекерлеуді пайдаланады. Дегенмен, мыс сым ұзындығы ұзын емес және қарсылық мәні жоғары емес болғандықтан, дәнекерлеу кедергісі жиі тұрақты токтың жалпы кедергісінің айтарлықтай үлесін құрайды. Мысал ретінде TDK сыммен оралған SMD индукторын CLF6045NIT-1R5N алсақ, өлшенген тұрақты ток кедергісі 14,6 мОм, ал сым диаметрі мен ұзындығы негізінде есептелген тұрақты ток кедергісі 12,1 мОм. Нәтижелер көрсеткендей, бұл дәнекерлеу кедергісі жалпы тұрақты ток кедергісінің шамамен 17% құрайды.

Айнымалы ток кедергісі ACR тері әсері және жақындық әсері бар, бұл ACR жиілігінің артуын тудырады; жалпы индуктивтілікті қолдануда айнымалы ток құрамдас бөлігі тұрақты ток құрамдас бөлігінен әлдеқайда төмен болғандықтан, ACR тудыратын әсер айқын емес; бірақ жеңіл жүктемеде, Тұрақты ток құрамдас бөлігі азайғандықтан, ACR туындаған шығынды елемеуге болмайды. Тері эффектісі айнымалы ток жағдайында өткізгіш ішіндегі ток таралуы біркелкі емес және сымның бетінде шоғырланғанын білдіреді, нәтижесінде сымның эквивалентті көлденең қимасының ауданы азаяды, бұл өз кезегінде сымның эквивалентті кедергісін арттырады. жиілігі. Сонымен қатар, сым орамында іргелес сымдар ток әсерінен магнит өрістерінің қосылуы мен алынуын тудырады, осылайша ток сымға жақын бетке (немесе ток бағытына байланысты ең алыс бетке) шоғырланады. ), бұл да сымның эквивалентті кедергісін тудырады. Ауданның азаюы және эквивалентті қарсылықтың артуы құбылысы жақындық эффектісі деп аталады; көп қабатты орамның индуктивтілігін қолдануда жақындық әсері одан да айқынырақ.

8

8-суретте NR4018T220M сыммен оралған SMD индукторының айнымалы ток кедергісі мен жиілігі арасындағы байланыс көрсетілген. 1кГц жиілікте қарсылық шамамен 360мОм құрайды; 100 кГц жиілікте қарсылық 775 мОм дейін көтеріледі; 10 МГц жиілікте қарсылық мәні 160 Ом-ға жақын. Мыстың жоғалуын бағалау кезінде есептеу тері мен жақындық әсерінен туындаған ACR-ны ескеріп, оны (3) формулаға өзгерту керек.

4. Қаныққан ток (ISAT)

Қанықтыру тогы ISAT әдетте индуктивтілік мәні 10%, 30% немесе 40% әлсіреген кезде белгіленетін ауытқу тогы болып табылады. Ауа аралық феррит үшін оның қанығу тогы сипаттамасы өте жылдам болғандықтан, 10% және 40% арасында көп айырмашылық жоқ. 4-суретті қараңыз. Алайда, егер ол темір ұнтағы (мөрленген индуктор сияқты) болса, қанығу қисығы салыстырмалы түрде жұмсақ болады, 9-суретте көрсетілгендей, индуктивтіліктің әлсіреуінің 10% немесе 40% ығысу тогы көп болады. әр түрлі, сондықтан қанықтыру ток мәні төмендегідей темір өзектердің екі түрі үшін бөлек талқыланады.

Ауа аралық феррит үшін тізбекті қолдану үшін максималды индукторлық токтың жоғарғы шегі ретінде ISAT пайдалану орынды. Дегенмен, егер бұл темір ұнтағының өзегі болса, баяу қанықтыру сипаттамасына байланысты, қолданбалы тізбектің максималды тогы ISAT-тан асып кетсе де, ешқандай проблема болмайды. Сондықтан, бұл темір өзек сипаттамасы түрлендіргіш қолданбаларын ауыстыру үшін ең қолайлы. Ауыр жүктеме кезінде индуктордың индуктивтілігі төмен болғанымен, 9-суретте көрсетілгендей, токтың толқындық коэффициенті жоғары, бірақ ток конденсаторының толеранттылығы жоғары, сондықтан проблема болмайды. Жеңіл жүктеме кезінде индуктордың индуктивтік мәні үлкенірек болады, бұл индуктордың толқындық тогын азайтуға көмектеседі, осылайша темірдің жоғалуын азайтады. 9-суретте индуктивтіліктің бірдей номиналды мәні кезінде TDK жара ферриті SLF7055T1R5N және штампталған темір ұнтағының өзегі SPM6530T1R5M индукторының қанығу тогы қисығы салыстырылады.

9

Сурет 9. Индуктивтіліктің бірдей номиналды мәні кезінде жараланған феррит пен штампталған темір ұнтағы өзегінің қанығу тогы қисығы.

5. Номиналды ток (IDC)

IDC мәні индуктор температурасы Tr˚C дейін көтерілген кездегі тұрақты токтың ауытқуы болып табылады. Техникалық сипаттамалар сонымен қатар оның 20˚C кезіндегі тұрақты ток кедергісі RDC мәнін көрсетеді. Мыс сымның температуралық коэффициенті бойынша шамамен 3930 ppm, Tr температурасы көтерілгенде оның кедергі мәні RDC_Tr = RDC (1+0,00393Tr), ал оның тұтынылатын қуат мөлшері PCU = I2DCxRDC. Бұл мыс шығыны индуктивті катушка бетіне таралады және индуктордың жылу кедергісі ΘTH есептеуге болады:

(2)

2-кесте TDK VLS6045EX сериясының (6,0×6,0×4,5 мм) деректер парағына сілтеме жасайды және температураның 40˚C жоғарылауындағы жылу кедергісін есептейді. Әлбетте, бірдей сериядағы және өлшемдегі индукторлар үшін есептелген жылу кедергісі бірдей беттік жылуды бөлу ауданына байланысты бірдей дерлік; басқаша айтқанда, әртүрлі индукторлардың номиналды ток IDC мәнін бағалауға болады. Индукторлардың әртүрлі сериялары (пакеттері) әртүрлі термиялық кедергілерге ие. 3-кестеде TDK VLS6045EX сериясының (жартылай экрандалған) және SPM6530 сериясының (формаланған) индукторларының жылу кедергісі салыстырылады. Жылу кедергісі неғұрлым үлкен болса, индуктивтілік жүктеме тогы арқылы өткенде пайда болатын температураның жоғарылауы соғұрлым жоғары болады; әйтпесе, төменірек.

(2)

2-кесте. VLS6045EX сериялы индукторлардың 40˚C температурадағы жылу кедергісі

Индукциялық катушкалардың өлшемдері ұқсас болса да, штампталған индуктивті катушкалардың жылу кедергісі төмен, яғни жылуды тарату жақсырақ екенін 3-кестеден көруге болады.

(3)

Кесте 3. Әр түрлі орауыш индукторлардың жылу кедергісін салыстыру.

6. Негізгі жоғалту

Темірдің жоғалуы деп аталатын негізгі жоғалту негізінен құйынды ток жоғалуы мен гистерезис жоғалуынан туындайды. Құйынды ток жоғалту мөлшері негізінен негізгі материалды «өткізу» оңай ма; өткізгіштігі жоғары болса, яғни меншікті кедергісі төмен, құйынды ток шығыны жоғары, ал ферриттің меншікті кедергісі жоғары болса, құйынды ток шығыны салыстырмалы түрде аз болады. Құйынды токтың жоғалуы жиілікке де қатысты. Жиілік неғұрлым жоғары болса, соғұрлым құйынды ток жоғалады. Демек, негізгі материал ядроның дұрыс жұмыс жиілігін анықтайды. Жалпы айтқанда, темір ұнтағының ядросының жұмыс жиілігі 1 МГц, ал ферриттің жұмыс жиілігі 10 МГц жетуі мүмкін. Егер жұмыс жиілігі осы жиіліктен асып кетсе, құйынды ток жоғалуы тез артады және темірдің ішкі температурасы да жоғарылайды. Дегенмен, темір өзегі материалдарының қарқынды дамуымен жұмыс жиілігі жоғары темір өзектер бұрышта болуы керек.

Темірдің тағы бір жоғалуы - гистерезис қисығымен қоршалған аймаққа пропорционалды, ол токтың айнымалы тоқ компонентінің тербеліс амплитудасымен байланысты; айнымалы токтың ауытқуы неғұрлым көп болса, гистерезис жоғалуы соғұрлым көп болады.

Индуктордың эквивалентті тізбегінде темір шығынын өрнектеу үшін жиі индукторға параллель қосылған резистор қолданылады. Жиілік SRF-ге тең болғанда, индуктивті және сыйымдылық реактивтілігі жойылады, ал эквивалентті реактивтілік нөлге тең болады. Бұл кезде индуктордың кедергісі орама кедергісі бойынша тізбектей темір жоғалту кедергісіне тең, ал темір жоғалту кедергісі орама кедергісінен әлдеқайда үлкен, сондықтан SRF кезінде кедергі темір жоғалту кедергісіне шамамен тең. Мысал ретінде төмен вольтты индукторды алсақ, оның темір жоғалтуға төзімділігі шамамен 20 кОм құрайды. Егер индуктордың екі шетіндегі тиімді мән кернеуі 5 В деп есептелсе, оның темір жоғалуы шамамен 1,25 мВт құрайды, бұл сонымен қатар темір жоғалтуға төзімділік неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жақсы екенін көрсетеді.

7. Қалқан құрылымы

Феррит индукторларының орау құрылымына экрандалмаған, магнитті желіммен жартылай экрандалған және экрандалған кіреді және олардың екеуінде де айтарлықтай ауа саңылауы бар. Әлбетте, ауа саңылауында магниттік ағып кету болады, ал ең нашар жағдайда ол қоршаған шағын сигнал тізбектеріне кедергі келтіреді немесе жақын жерде магниттік материал болса, оның индуктивтілігі де өзгереді. Басқа қаптама құрылымы - штампталған темір ұнтағының индукторы. Индуктордың ішінде бос орын болмағандықтан және орама құрылымы қатты болғандықтан, магнит өрісінің диссипациясының мәселесі салыстырмалы түрде аз. 10-суретте штампталған индуктордың 3 мм жоғары және жағында ағып кету магнит өрісінің шамасын өлшеу үшін RTO 1004 осциллографының FFT функциясын пайдалану көрсетілген. 4-кестеде әртүрлі қаптама құрылымының индукторларының ағып кету магнит өрісін салыстыру келтірілген. Экрандалмаған индукторлардың магниттік ағып кетуінің ең ауыр екенін көруге болады; штампталған индукторлар ең жақсы магниттік қорғаныс әсерін көрсететін ең аз магниттік ағып кетуге ие. . Бұл екі құрылымның индукторларының ағып кету магнит өрісінің шамасындағы айырмашылық шамамен 14 дБ құрайды, бұл шамамен 5 есе.

10

Сурет 10. Штампталған индуктордың жоғарғы жағында және жағында 3 мм өлшенген ағып кету магнит өрісінің шамасы.

(4)

Кесте 4. Әр түрлі орама құрылымы индукторлардың ағып кету магнит өрісін салыстыру

8. муфта

Кейбір қолданбаларда кейде ПХД-да тұрақты ток түрлендіргіштерінің бірнеше жиынтығы болады, олар әдетте бір-біріне жақын орналасады және олардың сәйкес индукторлары да бір-бірінің жанында орналасады. Магниттік желіммен экрандалмаған немесе жартылай экрандалған түрді пайдалансаңыз, индукторлар EMI кедергісін қалыптастыру үшін бір-бірімен біріктірілуі мүмкін. Сондықтан индукторды орналастырған кезде алдымен индуктордың полярлығын белгілеп, индуктордың ең ішкі қабатының бастапқы және орама нүктесін түрлендіргіштің коммутациялық кернеуіне қосу ұсынылады, мысалы, индуктивті түрлендіргіштің VSW, бұл қозғалыс нүктесі. Шығыс терминалы статикалық нүкте болып табылатын шығыс конденсаторына қосылған; сондықтан мыс сым орамасы электр өрісінің белгілі бір дәрежесін құрайды. Мультиплексордың сымдық орналасуында индуктивтіліктің полярлығын бекіту өзара индуктивтіліктің шамасын бекітуге және кейбір күтпеген EMI мәселелерін болдырмауға көмектеседі.

Қолданбалар:

Алдыңғы тарауда негізгі материал, орама құрылымы және индуктордың маңызды электрлік сипаттамалары талқыланды. Бұл тарауда бак түрлендіргішінің сәйкес индуктивті мәнін қалай таңдау керектігі және сатылымдағы индукторды таңдауға қатысты ойлар түсіндіріледі.

(5) теңдеуде көрсетілгендей, индуктордың мәні мен түрлендіргіштің ауысу жиілігі индуктордың толқындық тогына (ΔiL) әсер етеді. Индуктордың толқындық тогы шығыс конденсатор арқылы өтеді және шығыс конденсаторының толқындық тогына әсер етеді. Демек, ол шығыс конденсаторын таңдауға әсер етеді және одан әрі шығыс кернеуінің толқындық өлшеміне әсер етеді. Бұдан басқа, индуктивтілік мәні мен шығыс сыйымдылық мәні жүйенің кері байланыс құрылымына және жүктеменің динамикалық реакциясына әсер етеді. Үлкен индуктивті мәнді таңдау конденсатордағы ток кернеуін азайтады, сонымен қатар шығыс кернеуінің толқынын азайту үшін пайдалы және көбірек энергияны сақтауға болады. Дегенмен, үлкен индуктивті мән үлкен көлемді, яғни жоғары бағаны көрсетеді. Сондықтан түрлендіргішті жобалау кезінде индуктивтіліктің мәнін жобалау өте маңызды.

(5)

(5) формуладан кіріс кернеуі мен шығыс кернеуі арасындағы алшақтық үлкен болған кезде индуктордың толқындық тогы үлкен болатынын көруге болады, бұл индуктор конструкциясының ең нашар жағдайы. Басқа индуктивті талдаулармен бірге төмендеткіш түрлендіргіштің индуктивтілігінің конструкция нүктесі әдетте максималды кіріс кернеуі және толық жүктеме жағдайында таңдалуы керек.

Индуктивтіліктің мәнін жобалағанда индуктордың толқындық тогы мен индуктивті катушка өлшемі арасында айырбас жасау қажет, ал бұл жерде толқындық ток коэффициенті (толқынды ток коэффициенті; γ) формула (6) сияқты анықталады.

（6）

(6) формуланы (5) формулаға қойып, индуктивтілік мәнін (7) формуламен көрсетуге болады.

（7）

(7) формулаға сәйкес кіріс және шығыс кернеу арасындағы айырмашылық үлкенірек болғанда γ мәнін үлкенірек таңдауға болады; керісінше, кіріс және шығыс кернеу жақынырақ болса, γ мәнінің дизайны кішірек болуы керек. Индуктордың толқындық тогы мен өлшемін таңдау үшін дәстүрлі дизайн тәжірибесінің мәніне сәйкес γ әдетте 0,2-ден 0,5-ке дейін болады. Төменде индуктивтілікті есептеуді және сатылымдағы индукторларды таңдауды көрсету үшін RT7276 мысал ретінде алынған.

Дизайн үлгісі: RT7276 кеңейтілген тұрақты қосу уақытында (Advanced Constant On-Time; ACOTTM) синхронды түзеткіш төмендеткіш түрлендіргішімен әзірленген, оның ауысу жиілігі 700 кГц, кіріс кернеуі 4,5 В-тан 18 В, шығыс кернеуі 1,05 В. . Толық жүктеме тогы 3А құрайды. Жоғарыда айтылғандай, индуктивтілік мәні 18В максималды кіріс кернеуі және 3А толық жүктеме жағдайында жобалануы керек, γ мәні 0,35 ретінде қабылданады, ал жоғарыдағы мән (7) теңдеуде ауыстырылады, индуктивтілік мәні болып табылады

Кәдімгі номиналды индуктивтілігі 1,5 мкН болатын индукторды пайдаланыңыз. Индуктордың толқындық тогын есептеу үшін формуланы (5) төмендегідей ауыстырыңыз.

Демек, индуктивті катушканың ең жоғары тогы

Ал индукторлық токтың тиімді мәні (IRMS) болып табылады

Индуктордың толқындық құрамдас бөлігі аз болғандықтан, индукторлық токтың тиімді мәні негізінен оның тұрақты ток құрамдас бөлігі болып табылады және бұл тиімді мән индуктордың номиналды тогын IDC таңдау үшін негіз ретінде пайдаланылады. 80% төмендететін (дерейтинг) дизайнымен индуктивтілік талаптары:

L = 1,5 мкН (100 кГц), IDC = 3,77 А, ISAT = 4,34 А

5-кестеде өлшемдері ұқсас, бірақ қаптама құрылымы бойынша әртүрлі TDK серияларының қолжетімді индукторлары келтірілген. Штампталған индуктордың (SPM6530T-1R5M) қанығу тогы мен номиналды тогы үлкен, ал термиялық кедергісі аз және жылуды бөлу жақсы екенін кестеден көруге болады. Сонымен қатар, алдыңғы тараудағы талқылауға сәйкес, штампталған индуктордың негізгі материалы темір ұнтағы болып табылады, сондықтан ол жартылай экрандалған (VLS6045EX-1R5N) және экрандалған (SLF7055T-1R5N) индукторлардың феррит өзегімен салыстырылады. магниттік желіммен. , Тұрақты ток ығысуының жақсы сипаттамалары бар. 11-суретте RT7276 кеңейтілген тұрақты уақытында синхронды түзету төмендеткіш түрлендіргішіне қолданылатын әртүрлі индукторлардың тиімділігін салыстыру көрсетілген. Нәтижелер үшеуі арасындағы тиімділік айырмашылығы айтарлықтай емес екенін көрсетеді. Егер сіз жылу диссипациясын, тұрақты ток ығысуының сипаттамаларын және магнит өрісінің диссипациясы мәселелерін қарастырсаңыз, SPM6530T-1R5M индукторларын пайдалану ұсынылады.

（5）

Кесте 5. ТДК әртүрлі серияларының индуктивтілігін салыстыру

11

Сурет 11. Түрлендіргіштің тиімділігін әртүрлі индукторлармен салыстыру

Егер сіз бірдей қаптама құрылымын және индуктивтілік мәнін таңдасаңыз, бірақ өлшемі кішірек индукторлар, мысалы, SPM4015T-1R5M (4,4×4,1×1,5мм), оның өлшемі шағын болғанымен, тұрақты ток кедергісі RDC (44,5мΩ) және жылу кедергісі ΘTH ( 51˚C) /Вт) Үлкенірек. Бірдей сипаттамалардағы түрлендіргіштер үшін индуктормен рұқсат етілген токтың тиімді мәні де бірдей. Әлбетте, тұрақты ток кедергісі ауыр жүктеме кезінде тиімділікті төмендетеді. Сонымен қатар, үлкен термиялық кедергі жылуды нашар таратуды білдіреді. Сондықтан индукторды таңдағанда, кішірейтілген өлшемнің артықшылықтарын ғана емес, сонымен қатар оның ілеспе кемшіліктерін де бағалау қажет.

Қорытындысында

Индуктивтілік қуат түрлендіргіштерін ауыстырып қосуда жиі қолданылатын пассивті компоненттердің бірі болып табылады, оны энергияны сақтау және сүзу үшін пайдалануға болады. Дегенмен, тізбекті жобалау кезінде тек индуктивтілік мәніне ғана емес, сонымен қатар айнымалы ток кедергісі мен Q мәні, ток төзімділігі, темір өзегінің қанықтылығы және қаптама құрылымы және т.б. қоса басқа параметрлерге назар аудару керек. индукторды таңдағанда ескеру керек. . Бұл параметрлер әдетте негізгі материалға, өндіріс процесіне, өлшемі мен құнына байланысты. Сондықтан, бұл мақала әртүрлі темір өзек материалдарының сипаттамаларын және қуат көзінің дизайнына сілтеме ретінде сәйкес индуктивтілікті қалай таңдау керектігін таныстырады.