"Untuk memilih yang benar Induktor, perlu untuk sepenuhnya memahami kinerja induktor dan bagaimana internal yang diinginkan sirkit kinerja terkait dengan informasi dalam lembar data pemasok. Artikel ini menjelaskan katalog induktor dan spesifikasi penting induktor untuk ahli konversi daya yang berpengalaman dan non-profesional.
"
Untuk memilih induktor yang tepat, perlu memahami sepenuhnya kinerja induktor dan bagaimana kinerja rangkaian internal yang diinginkan terkait dengan informasi dalam lembar data pemasok. Artikel ini menjelaskan katalog induktor dan spesifikasi penting induktor untuk ahli konversi daya yang berpengalaman dan non-profesional.
memperkenalkan
Penggunaan konverter DC-DC menjadi semakin umum. Karena sistem elektronik menjadi lebih kecil, lebih mobile, lebih kompleks, dan lebih populer, kebutuhan daya menjadi beragam. Baterai yang tersedia tegangan, tegangan operasi yang diperlukan, persyaratan ukuran dan bentuk terus berubah, yang membuat perancang peralatan harus terus-menerus menemukan cara baru untuk memecahkan masalah konversi daya. Persyaratan produk seringkali harus dipenuhi dengan meningkatkan kinerja dan mengurangi ukuran, sehingga pengoptimalan menjadi sangat penting. Untuk konversi daya, tidak semua aplikasi dapat menjadi "satu ukuran untuk semua". Misalnya, banyak aplikasi praktis memerlukan penggunaan komponen tipis seperti Gambar 1.
Gambar 1: Merancang yang tipis dan ringan Converter membutuhkan penggunaan induktor tipis
Selain berkembangnya pasar untuk pembelian konverter dalam jumlah besar, banyak perancang sirkuit kini juga merancang sirkuit konversi DC-DC mereka sendiri daripada bergantung pada perusahaan pemasok listrik, sehingga lebih banyak perancang sirkuit dapat memilih komponen mereka sendiri. Rangkaian dasar konversi DC-DC sudah sangat matang teknologi dan masih berkembang perlahan. Oleh karena itu, penulis profesional dapat menulis bahan desain tambahan praktis, dan perancang peralatan dapat menggunakan bahan-bahan ini untuk merancang konverter mereka sendiri. Beberapa perangkat lunak yang tersedia dengan mudah juga dapat menyederhanakan proses desain ini1.
Setelah menentukan topologi sirkuit, salah satu tugas desain utama adalah memilih komponen. Banyak program desain sirkuit dapat mencantumkan nilai parameter komponen yang diperlukan. Pada saat ini, perancang harus mulai dengan menentukan nilai induktansi yang diperlukan, dan akhirnya memilih komponen dari rentang yang tersedia untuk melakukan pekerjaan. Induktor yang digunakan dalam konverter DC-DC tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. Gambar 2 dan 3 menunjukkan dua di antaranya. Untuk membandingkan berbagai jenis dan memilih komponen yang sesuai untuk aplikasi tertentu, perancang harus memahami dengan benar spesifikasi yang dipublikasikan untuk induktor ini.
Gambar 2: Luka induktor inti besi berbentuk E dengan kawat datar
Gambar 3: Induktor terlindung secara magnetis dengan struktur kokoh untuk sirkuit berkepadatan tinggi
Persyaratan konverter DC-DC
Singkatnya, fungsi dari konverter DC-DC adalah untuk memberikan tegangan keluaran DC yang stabil di bawah tegangan masukan yang diberikan. Untuk mengatur tegangan keluaran DC tanpa melebihi rentang arus beban dan/atau rentang tegangan input yang diberikan, biasanya diperlukan konverter. Idealnya, output DC adalah "murni", yaitu, arus riak atau tegangan riak dikendalikan dalam tingkat yang ditentukan. Selain itu, proses pemindahan daya dari sumber daya ke beban juga harus mencapai tingkat efisiensi yang ditentukan. Untuk mencapai tujuan ini, pemilihan induktor daya merupakan langkah penting.
Parameter induktor daya
Kinerja induktansi dapat dijelaskan dengan beberapa angka. Tabel 1 adalah lembar data induktansi khas. Data ini menggambarkan induktor daya pemasangan permukaan yang digunakan dalam konverter DC-DC.
Tabel 1: Kutipan dari katalog induktor tipikal 2 
A. Nilai induktansi diukur pada 1MHz dan 0.1Vrms
B. Isat adalah nilai tipikal ketika nilai induktansi turun 30%
C. Irms adalah nilai tipikal ketika menyebabkan kenaikan suhu 40℃
D. Semua parameter diukur pada 25℃
definisi
L―Nilai induktansi: Parameter fungsional utama induktor, dihitung dengan rumus desain konverter, digunakan untuk menentukan kemampuan induktor menangani daya keluaran dan mengontrol arus riak.
Resistansi DCR-DC: Resistansi komponen tergantung pada panjang dan diameter lilitan kawat tembaga yang digunakan.
Frekuensi resonansi-diri SRF: titik frekuensi di mana nilai induktansi kumparan induktor beresonansi dengan kapasitansi terdistribusi.
Arus isat―Saturasi: Arus yang menyebabkan inti besi menjadi jenuh ketika melewati induktor sehingga menyebabkan nilai induktansi turun.
Irms-Root Mean Square Current: Arus yang terus menerus melewati induktor dan menyebabkan kenaikan suhu maksimum yang diijinkan.
Untuk menggunakan peringkat dengan benar, Anda harus memahami bagaimana mereka diturunkan. Karena lembar data tidak dapat menunjukkan kinerja di bawah semua kondisi kerja, perlu dipahami bagaimana peringkat berubah di bawah kondisi kerja yang berbeda.
Nilai induktansi (L)
Nilai induktansi adalah parameter utama untuk mewujudkan fungsi rangkaian yang diperlukan, dan juga merupakan parameter pertama yang dihitung dalam sebagian besar proses desain. Nilai ini dihitung berdasarkan standar penyediaan kapasitas penyimpanan energi minimum tertentu (atau kapasitas volt-mikrodetik) dan mengurangi riak arus keluaran. Jika nilai induktansi yang digunakan lebih kecil dari hasil perhitungan, maka riak AC keluaran DC akan meningkat. Menggunakan nilai induktansi yang terlalu besar atau terlalu kecil dapat memaksa konverter untuk mengubah antara mode operasi kontinu dan diskontinu.
toleransi
Sebagian besar aplikasi konverter DC-DC tidak memiliki persyaratan yang ketat untuk toleransi induktansi. Untuk sebagian besar komponen, memilih produk toleransi standar hemat biaya dan dapat memenuhi persyaratan sebagian besar konverter. Toleransi induktansi dari Tabel 1 adalah ±20%, yang cocok untuk sebagian besar konverter.
Kondisi Uji
Tegangan. Nilai induktansi pengenal harus menunjukkan frekuensi dan tegangan uji yang digunakan. Sebagian besar nilai induktansi pengenal katalog didasarkan pada tegangan sinusoidal "kecil". Untuk pemasok induktor, ini adalah yang paling mudah untuk diterapkan dan metode yang paling nyaman untuk aplikasi berulang, dan cocok untuk menurunkan nilai induktansi untuk sebagian besar aplikasi.
Bentuk gelombang. Tegangan sinusoidal adalah kondisi pengujian instrumen standar, biasanya dapat memastikan bahwa nilai induktansi yang diperoleh sesuai dengan nilai induktansi yang dihitung dengan rumus desain.
Frekuensi pengujian. Sebagian besar induktor daya tidak banyak berubah dalam kisaran 20kHz hingga 500kHz, sehingga pendekatan yang umum digunakan dan lebih tepat adalah menggunakan peringkat berdasarkan 100kHz. Harus diingat bahwa dengan meningkatnya frekuensi, nilai induktansi pada akhirnya akan menurun. Alasan untuk fenomena ini mungkin berasal dari karakteristik roll-off frekuensi bahan inti besi yang digunakan, atau mungkin berasal dari resonansi induktansi kumparan dan kapasitansi terdistribusi. Karena sebagian besar konverter bekerja dalam kisaran 50kHz hingga 500kHz, 100kHz adalah frekuensi uji standar yang sesuai. Ketika frekuensi switching meningkat menjadi 500kHz, 1MHz dan di atasnya, bahkan lebih penting untuk mempertimbangkan penggunaan nilai pengenal berdasarkan frekuensi aplikasi yang sebenarnya.
Perlawanan
Resistansi DC (DCR)
DCR hanyalah ukuran kawat tembaga yang digunakan dalam induktor, berdasarkan diameter dan panjang kawat tembaga. Nilai yang ditentukan dalam katalog biasanya merupakan “nilai maksimum”, tetapi nilai nominal dengan toleransi juga dapat ditentukan. Metode kedua mungkin lebih instruktif dengan memberikan nilai nominal atau resistansi yang diharapkan, tetapi pada saat yang sama mungkin tidak perlu mengencangkan spesifikasi, karena resistansi produk terlalu kecil dan selalu tidak ada salahnya.
Seperti resistivitas bahan kumparan yang biasanya tembaga, DCR juga berubah dengan suhu. Peringkat DCR harus mempertimbangkan suhu uji lingkungan, yang sangat penting. Koefisien suhu resistansi tembaga kira-kira +0.4% per derajat Celcius3. Oleh karena itu, produk yang ditunjukkan dengan peringkat maksimum 0.009 ohm memiliki peringkat maksimum 0.011 ohm yang sesuai pada 85 °C, yang hanya berjarak 2 miliohm, tetapi perubahan totalnya adalah 25%. Hubungan antara DCR yang diharapkan dan suhu ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4: Berdasarkan resistansi DC yang diharapkan 0.009Ω Maks pada 25°C
Resistensi AC
Parameter ini umumnya tidak ditunjukkan dalam lembar data induktansi, dan biasanya tidak menjadi masalah untuk dipertimbangkan kecuali komponen AC dari frekuensi atau arus operasi lebih besar daripada komponen DC.
Karena efek kulit, resistansi sebagian besar kumparan induktansi meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi operasi. Jika arus AC atau riak relatif kecil terhadap arus rata-rata atau DC, maka DCR adalah ukuran yang baik untuk kerugian resistansi. Efek kulit bervariasi dengan diameter dan frekuensi kawat tembaga3. Oleh karena itu, untuk memasukkan data ini, kurva frekuensi lengkap dari setiap induktor yang tercantum dalam katalog perlu diberikan.
Gambar 5: Resistansi AC / resistansi DC dari pengukur kawat Amerika 22 kawat tembaga bulat
Ini tidak diperlukan untuk sebagian besar aplikasi di bawah 500kHz. Dapat dilihat dari Gambar 5 bahwa pada frekuensi di bawah sekitar 200kHz, resistansi AC tidak dapat dibandingkan dengan resistansi DC. Bahkan di atas frekuensi ini, jika arus AC tidak lebih besar dari komponen DC, resistansi AC tidak menimbulkan masalah. Namun, jika frekuensinya lebih tinggi dari 200-300kHz, pendekatan yang disarankan adalah meminta informasi dari pemasok tentang hubungan antara kehilangan dan frekuensi sebagai pelengkap informasi yang dipublikasikan.
Jika ingin memperkecil ukuran komponen, desainer sebaiknya memilih komponen dengan hambatan sebesar mungkin. Dalam keadaan normal, mengurangi DCR berarti kabel tembaga yang lebih tebal harus digunakan, dan ukuran keseluruhan mungkin lebih besar. Oleh karena itu, mengoptimalkan pemilihan DCR adalah trade-off antara efisiensi daya, penurunan tegangan yang diizinkan komponen, dan ukuran komponen.
Untuk memilih induktor yang tepat, perlu memahami sepenuhnya kinerja induktor dan bagaimana kinerja rangkaian internal yang diinginkan terkait dengan informasi dalam lembar data pemasok. Artikel ini menjelaskan katalog induktor dan spesifikasi penting induktor untuk ahli konversi daya yang berpengalaman dan non-profesional.
memperkenalkan
Penggunaan konverter DC-DC menjadi semakin umum. Karena sistem elektronik menjadi lebih kecil, lebih mobile, lebih kompleks, dan lebih populer, kebutuhan daya menjadi beragam. Tegangan baterai yang tersedia, tegangan operasi yang diperlukan, persyaratan ukuran dan bentuk terus berubah, yang membuat perancang peralatan harus terus-menerus menemukan cara baru untuk memecahkan masalah konversi daya. Persyaratan produk seringkali harus dipenuhi dengan meningkatkan kinerja dan mengurangi ukuran, sehingga pengoptimalan menjadi sangat penting. Untuk konversi daya, tidak semua aplikasi dapat menjadi "satu ukuran untuk semua". Misalnya, banyak aplikasi praktis memerlukan penggunaan komponen tipis seperti Gambar 1.
Gambar 1: Merancang konverter tipis dan ringan memerlukan penggunaan induktor tipis
Selain pasar yang berkembang untuk pembelian konverter dalam jumlah besar, banyak desainer sirkuit sekarang juga merancang sirkuit konversi DC-DC mereka sendiri daripada mengandalkan perusahaan catu daya, sehingga lebih banyak desainer sirkuit dapat memilih komponen mereka sendiri. Rangkaian konversi DC-DC dasar adalah teknologi yang sangat matang dan masih berkembang perlahan. Oleh karena itu, penulis profesional dapat menulis bahan desain tambahan yang praktis, dan perancang peralatan dapat menggunakan bahan ini untuk merancang konverter mereka sendiri. Beberapa perangkat lunak yang tersedia dengan mudah juga dapat menyederhanakan proses desain ini1.
Setelah menentukan topologi sirkuit, salah satu tugas desain utama adalah memilih komponen. Banyak program desain sirkuit dapat mencantumkan nilai parameter komponen yang diperlukan. Pada saat ini, perancang harus mulai dengan menentukan nilai induktansi yang diperlukan, dan akhirnya memilih komponen dari rentang yang tersedia untuk melakukan pekerjaan. Induktor yang digunakan dalam konverter DC-DC tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. Gambar 2 dan 3 menunjukkan dua di antaranya. Untuk membandingkan berbagai jenis dan memilih komponen yang sesuai untuk aplikasi tertentu, perancang harus memahami dengan benar spesifikasi yang dipublikasikan untuk induktor ini.
Gambar 2: Luka induktor inti besi berbentuk E dengan kawat datar
Gambar 3: Induktor terlindung secara magnetis dengan struktur kokoh untuk sirkuit berkepadatan tinggi
Persyaratan konverter DC-DC
Singkatnya, fungsi konverter DC-DC adalah memberikan tegangan keluaran DC yang stabil di bawah tegangan masukan yang diberikan. Untuk mengatur tegangan keluaran DC tanpa melebihi rentang arus beban dan/atau rentang tegangan masukan yang diberikan, biasanya diperlukan konverter. Idealnya, output DC adalah "murni", yaitu, arus riak atau tegangan riak dikendalikan dalam tingkat yang ditentukan. Selain itu, proses pemindahan daya dari sumber daya ke beban juga harus mencapai tingkat efisiensi yang ditentukan. Untuk mencapai tujuan ini, pemilihan induktor daya merupakan langkah penting.
Parameter induktor daya
Kinerja induktansi dapat dijelaskan dengan beberapa angka. Tabel 1 adalah lembar data induktansi khas. Data ini menggambarkan induktor daya pemasangan permukaan yang digunakan dalam konverter DC-DC.
Tabel 1: Kutipan dari katalog induktor tipikal 2 
A. Nilai induktansi diukur pada 1MHz dan 0.1Vrms
B. Isat adalah nilai tipikal ketika nilai induktansi turun 30%
C. Irms adalah nilai tipikal ketika menyebabkan kenaikan suhu 40℃
D. Semua parameter diukur pada 25℃
definisi
L―Nilai induktansi: Parameter fungsional utama induktor, dihitung dengan rumus desain konverter, digunakan untuk menentukan kemampuan induktor menangani daya keluaran dan mengontrol arus riak.
Resistansi DCR-DC: Resistansi komponen tergantung pada panjang dan diameter lilitan kawat tembaga yang digunakan.
Frekuensi resonansi-diri SRF: titik frekuensi di mana nilai induktansi kumparan induktor beresonansi dengan kapasitansi terdistribusi.
Arus isat―Saturasi: Arus yang menyebabkan inti besi menjadi jenuh ketika melewati induktor sehingga menyebabkan nilai induktansi turun.
Irms-Root Mean Square Current: Arus yang terus menerus melewati induktor dan menyebabkan kenaikan suhu maksimum yang diijinkan.
Untuk menggunakan peringkat dengan benar, Anda harus memahami bagaimana mereka diturunkan. Karena lembar data tidak dapat menunjukkan kinerja di bawah semua kondisi kerja, perlu dipahami bagaimana peringkat berubah di bawah kondisi kerja yang berbeda.
Nilai induktansi (L)
Nilai induktansi adalah parameter utama untuk mewujudkan fungsi rangkaian yang diperlukan, dan juga merupakan parameter pertama yang dihitung dalam sebagian besar proses desain. Nilai ini dihitung berdasarkan standar penyediaan kapasitas penyimpanan energi minimum tertentu (atau kapasitas volt-mikrodetik) dan mengurangi riak arus keluaran. Jika nilai induktansi yang digunakan lebih kecil dari hasil perhitungan, maka riak AC keluaran DC akan meningkat. Menggunakan nilai induktansi yang terlalu besar atau terlalu kecil dapat memaksa konverter untuk mengubah antara mode operasi kontinu dan diskontinu.
toleransi
Sebagian besar aplikasi konverter DC-DC tidak memiliki persyaratan yang ketat untuk toleransi induktansi. Untuk sebagian besar komponen, memilih produk toleransi standar hemat biaya dan dapat memenuhi persyaratan sebagian besar konverter. Toleransi induktansi dari Tabel 1 adalah ±20%, yang cocok untuk sebagian besar konverter.
Kondisi Uji
Tegangan. Nilai induktansi pengenal harus menunjukkan frekuensi dan tegangan uji yang digunakan. Sebagian besar nilai induktansi pengenal katalog didasarkan pada tegangan sinusoidal "kecil". Untuk pemasok induktor, ini adalah yang paling mudah untuk diterapkan dan metode yang paling nyaman untuk aplikasi berulang, dan cocok untuk menurunkan nilai induktansi untuk sebagian besar aplikasi.
Bentuk gelombang. Tegangan sinusoidal adalah kondisi pengujian instrumen standar, biasanya dapat memastikan bahwa nilai induktansi yang diperoleh sesuai dengan nilai induktansi yang dihitung dengan rumus desain.
Frekuensi pengujian. Sebagian besar induktor daya tidak banyak berubah dalam kisaran 20kHz hingga 500kHz, sehingga pendekatan yang umum digunakan dan lebih tepat adalah menggunakan peringkat berdasarkan 100kHz. Harus diingat bahwa dengan meningkatnya frekuensi, nilai induktansi pada akhirnya akan menurun. Alasan untuk fenomena ini mungkin berasal dari karakteristik roll-off frekuensi bahan inti besi yang digunakan, atau mungkin berasal dari resonansi induktansi kumparan dan kapasitansi terdistribusi. Karena sebagian besar konverter bekerja dalam kisaran 50kHz hingga 500kHz, 100kHz adalah frekuensi uji standar yang sesuai. Ketika frekuensi switching meningkat menjadi 500kHz, 1MHz dan di atasnya, bahkan lebih penting untuk mempertimbangkan penggunaan nilai pengenal berdasarkan frekuensi aplikasi yang sebenarnya.
Perlawanan
Resistansi DC (DCR)
DCR hanyalah ukuran kawat tembaga yang digunakan dalam induktor, berdasarkan diameter dan panjang kawat tembaga. Nilai yang ditentukan dalam katalog biasanya merupakan “nilai maksimum”, tetapi nilai nominal dengan toleransi juga dapat ditentukan. Metode kedua mungkin lebih instruktif dengan memberikan nilai nominal atau resistansi yang diharapkan, tetapi pada saat yang sama mungkin memperketat spesifikasi yang tidak perlu, karena resistansi produk terlalu kecil dan tidak ada salahnya.
Seperti resistivitas bahan kumparan yang biasanya tembaga, DCR juga berubah dengan suhu. Peringkat DCR harus mempertimbangkan suhu uji lingkungan, yang sangat penting. Koefisien suhu resistansi tembaga kira-kira +0.4% per derajat Celcius3. Oleh karena itu, produk yang ditunjukkan dengan peringkat maksimum 0.009 ohm memiliki peringkat maksimum 0.011 ohm yang sesuai pada 85 °C, yang hanya berjarak 2 miliohm, tetapi perubahan totalnya adalah 25%. Hubungan antara DCR yang diharapkan dan suhu ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4: Berdasarkan resistansi DC yang diharapkan 0.009Ω Maks pada 25°C
Resistensi AC
Parameter ini umumnya tidak ditunjukkan dalam lembar data induktansi, dan biasanya tidak menjadi masalah untuk dipertimbangkan kecuali komponen AC dari frekuensi atau arus operasi lebih besar daripada komponen DC.
Karena efek kulit, resistansi sebagian besar kumparan induktansi meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi operasi. Jika arus AC atau riak relatif kecil terhadap arus rata-rata atau DC, maka DCR adalah ukuran yang baik untuk kerugian resistansi. Efek kulit bervariasi dengan diameter dan frekuensi kawat tembaga3. Oleh karena itu, untuk memasukkan data ini, kurva frekuensi lengkap dari setiap induktor yang tercantum dalam katalog perlu diberikan.
Gambar 5: Resistansi AC / resistansi DC dari pengukur kawat Amerika 22 kawat tembaga bulat
Ini tidak diperlukan untuk sebagian besar aplikasi di bawah 500kHz. Dapat dilihat dari Gambar 5 bahwa pada frekuensi di bawah sekitar 200kHz, resistansi AC tidak dapat dibandingkan dengan resistansi DC. Bahkan di atas frekuensi ini, jika arus AC tidak lebih besar dari komponen DC, resistansi AC tidak menimbulkan masalah. Namun, jika frekuensinya lebih tinggi dari 200-300kHz, pendekatan yang disarankan adalah meminta informasi dari pemasok tentang hubungan antara kehilangan dan frekuensi sebagai pelengkap informasi yang dipublikasikan.
Jika ingin memperkecil ukuran komponen, desainer sebaiknya memilih komponen dengan hambatan sebesar mungkin. Dalam keadaan normal, mengurangi DCR berarti kabel tembaga yang lebih tebal harus digunakan, dan ukuran keseluruhan mungkin lebih besar. Oleh karena itu, mengoptimalkan pemilihan DCR adalah trade-off antara efisiensi daya, penurunan tegangan yang diizinkan komponen, dan ukuran komponen.