"Untuk memilih yang betul Peraruh, adalah perlu untuk memahami sepenuhnya prestasi induktor dan bagaimana dalaman yang dikehendaki litar prestasi adalah berkaitan dengan maklumat dalam helaian data pembekal. Artikel ini menerangkan katalog induktor dan spesifikasi penting induktor untuk pakar penukaran kuasa yang berpengalaman dan bukan profesional.
"
Untuk memilih induktor yang betul, adalah perlu untuk memahami sepenuhnya prestasi induktor dan bagaimana prestasi litar dalaman yang diingini berkaitan dengan maklumat dalam helaian data pembekal. Artikel ini menerangkan katalog induktor dan spesifikasi penting induktor untuk pakar penukaran kuasa yang berpengalaman dan bukan profesional.
memperkenalkan
Penggunaan penukar DC-DC menjadi semakin biasa. Memandangkan sistem elektronik menjadi lebih kecil, lebih mudah alih, lebih kompleks dan lebih popular, keperluan kuasa telah menjadi pelbagai. Bateri yang ada voltan, voltan operasi yang diperlukan, keperluan saiz dan bentuk sentiasa berubah, yang menjadikan pereka peralatan perlu sentiasa mencari cara baharu untuk menyelesaikan masalah penukaran kuasa. Keperluan produk selalunya perlu dipenuhi dengan meningkatkan prestasi dan mengurangkan saiz, jadi pengoptimuman menjadi sangat penting. Untuk penukaran kuasa, tidak semua aplikasi boleh menjadi "satu saiz untuk semua". Sebagai contoh, banyak aplikasi praktikal memerlukan penggunaan komponen nipis seperti Rajah 1.
Rajah 1: Mereka bentuk nipis dan ringan Penukar memerlukan penggunaan induktor nipis
Selain pasaran yang semakin meningkat untuk pembelian pukal penukar, ramai pereka litar kini turut mereka bentuk litar penukaran DC-DC mereka sendiri dan bukannya bergantung kepada syarikat bekalan kuasa, jadi lebih ramai pereka litar boleh memilih komponen mereka sendiri. Litar penukaran DC-DC asas adalah sangat matang teknologi dan masih berkembang perlahan-lahan. Oleh itu, pengarang profesional boleh menulis bahan reka bentuk tambahan yang praktikal, dan pereka peralatan boleh menggunakan bahan ini untuk mereka bentuk penukar mereka sendiri. Beberapa perisian yang mudah didapati juga boleh memudahkan proses reka bentuk ini1.
Selepas menentukan topologi litar, salah satu tugas reka bentuk utama ialah memilih komponen. Banyak program reka bentuk litar boleh menyenaraikan nilai parameter komponen yang diperlukan. Pada masa ini, pereka bentuk harus bermula dengan menentukan nilai induktansi yang diperlukan, dan akhirnya memilih komponen daripada julat yang tersedia untuk melaksanakan kerja. Induktor yang digunakan dalam penukar DC-DC datang dalam pelbagai bentuk dan saiz. Rajah 2 dan 3 menunjukkan dua daripadanya. Untuk membandingkan jenis yang berbeza dan memilih komponen yang sesuai untuk aplikasi tertentu, pereka bentuk mesti memahami dengan betul spesifikasi yang diterbitkan untuk induktor ini.
Rajah 2: Induktor teras besi berbentuk E dililit dengan wayar rata
Rajah 3: Induktor acuan berperisai magnet dengan struktur lasak untuk litar berketumpatan tinggi
Keperluan penukar DC-DC
Secara ringkasnya, fungsi penukar DC-DC adalah untuk menyediakan voltan keluaran DC yang stabil di bawah voltan masukan yang diberikan. Untuk melaraskan voltan keluaran DC tanpa melebihi julat arus beban tertentu dan/atau julat voltan input, penukar biasanya diperlukan. Sebaik-baiknya, keluaran DC adalah "tulen", iaitu, arus riak atau voltan riak dikawal dalam tahap tertentu. Selain itu, proses pemindahan kuasa daripada punca kuasa kepada beban juga mesti mencapai tahap kecekapan yang ditetapkan. Untuk mencapai matlamat ini, pemilihan induktor kuasa adalah langkah penting.
Parameter induktor kuasa
Prestasi induktansi boleh dijelaskan oleh beberapa nombor. Jadual 1 ialah helaian data aruhan biasa. Data ini menerangkan induktor kuasa pelekap permukaan yang digunakan dalam penukar DC-DC.
Jadual 1: Petikan daripada katalog induktor biasa 2 
a. Nilai kearuhan diukur pada 1MHz dan 0.1Vrms
b. Isat ialah nilai biasa apabila nilai induktansi turun sebanyak 30%
c. Irms ialah nilai biasa apabila menyebabkan kenaikan suhu 40℃
d. Semua parameter diukur pada 25 ℃
definisi
L―Nilai kearuhan: Parameter fungsi utama induktor, dikira oleh formula reka bentuk penukar, digunakan untuk menentukan keupayaan induktor untuk mengendalikan kuasa keluaran dan mengawal arus riak.
Rintangan DCR-DC: Rintangan komponen bergantung pada panjang dan diameter wayar kuprum penggulungan yang digunakan.
Kekerapan resonans sendiri SRF: titik kekerapan di mana nilai induktansi gegelung induktor bergema dengan kemuatan teragihnya.
Isat―Arus tepu: Arus yang menyebabkan teras besi tepu apabila melalui induktor, menyebabkan nilai kearuhan menurun.
Irms-Root Mean Square Current: Arus yang berterusan melalui induktor dan menyebabkan kenaikan suhu maksimum yang dibenarkan.
Untuk menggunakan penilaian dengan betul, anda mesti memahami cara ia diperoleh. Memandangkan helaian data tidak dapat menunjukkan prestasi di bawah semua keadaan kerja, adalah perlu untuk memahami cara penilaian berubah dalam keadaan kerja yang berbeza.
Nilai kearuhan (L)
Nilai induktansi adalah parameter utama untuk merealisasikan fungsi litar yang diperlukan, dan ia juga merupakan parameter pertama yang akan dikira dalam kebanyakan proses reka bentuk. Nilai ini dikira berdasarkan piawaian menyediakan kapasiti penyimpanan tenaga minimum tertentu (atau kapasiti volt-mikrosaat) dan mengurangkan riak arus keluaran. Jika nilai induktansi yang digunakan adalah lebih kecil daripada hasil yang dikira, riak AC keluaran DC akan meningkat. Menggunakan nilai kearuhan yang terlalu besar atau terlalu kecil boleh memaksa penukar untuk menukar antara mod pengendalian berterusan dan terputus.
toleransi
Kebanyakan aplikasi penukar DC-DC tidak mempunyai keperluan yang sangat ketat untuk toleransi kearuhan. Bagi kebanyakan komponen, memilih produk toleransi standard adalah kos efektif dan boleh memenuhi keperluan kebanyakan penukar. Toleransi kearuhan Jadual 1 ialah ±20%, yang sesuai untuk kebanyakan penukar.
Keadaan ujian
■ Voltan. Nilai kearuhan terkadar harus menunjukkan kekerapan dan voltan ujian yang digunakan. Kebanyakan nilai induktansi dinilai katalog adalah berdasarkan voltan sinusoidal "kecil". Untuk pembekal induktor, ini adalah kaedah yang paling mudah untuk dilaksanakan dan paling mudah untuk aplikasi berulang, dan sesuai untuk memperoleh nilai kearuhan untuk kebanyakan aplikasi.
■ Bentuk gelombang. Voltan sinusoidal ialah keadaan ujian instrumen standard, biasanya ia boleh memastikan nilai kearuhan yang diperoleh sepadan dengan nilai kearuhan yang dikira oleh formula reka bentuk.
■ Kekerapan ujian. Kebanyakan induktor kuasa tidak banyak berubah dalam julat 20kHz hingga 500kHz, jadi pendekatan yang biasa digunakan dan lebih sesuai ialah menggunakan penarafan berdasarkan 100kHz. Perlu diingat bahawa apabila frekuensi meningkat, nilai induktansi akhirnya akan berkurangan. Sebab bagi fenomena ini mungkin datang daripada ciri-ciri roll-off frekuensi bahan teras besi yang digunakan, atau ia mungkin datang daripada resonans kearuhan gegelung dan kemuatan teragihnya. Memandangkan kebanyakan penukar berfungsi dalam julat 50kHz hingga 500kHz, 100kHz ialah kekerapan ujian standard yang sesuai. Apabila frekuensi pensuisan meningkat kepada 500kHz, 1MHz dan ke atas, adalah lebih penting untuk mempertimbangkan penggunaan nilai undian berdasarkan frekuensi aplikasi sebenar.
Rintangan
Rintangan DC (DCR)
DCR hanyalah ukuran dawai kuprum yang digunakan dalam induktor, berdasarkan diameter dan panjang dawai kuprum. Nilai yang dinyatakan dalam katalog biasanya ialah "nilai maksimum", tetapi nilai nominal dengan toleransi juga boleh ditentukan. Kaedah kedua mungkin lebih instruktif dengan memberikan nilai nominal atau rintangan yang dijangkakan, tetapi pada masa yang sama ia mungkin tidak perlu mengetatkan spesifikasi, kerana rintangan produk terlalu kecil dan sentiasa tidak membahayakan.
Seperti kerintangan bahan gegelung yang biasanya kuprum, DCR juga berubah mengikut suhu. Penarafan DCR harus mempertimbangkan suhu ujian alam sekitar, yang sangat penting. Pekali suhu rintangan kuprum adalah lebih kurang +0.4% setiap darjah Celsius3. Oleh itu, produk yang ditunjukkan dengan penarafan maksimum 0.009 ohm mempunyai penarafan maksimum yang sepadan sebanyak 0.011 ohm pada 85°C, iaitu hanya 2 miliohm jauhnya, tetapi jumlah perubahan ialah 25%. Hubungan antara jangkaan DCR dan suhu ditunjukkan dalam Rajah 4.
Rajah 4: Berdasarkan jangkaan rintangan DC 0.009Ω Maks pada 25°C
Rintangan AC
Parameter ini secara amnya tidak ditunjukkan dalam helaian data induktansi, dan ia biasanya tidak menjadi masalah untuk dipertimbangkan melainkan komponen AC frekuensi operasi atau arus lebih besar daripada komponen DC.
Disebabkan oleh kesan kulit, rintangan kebanyakan gegelung kearuhan meningkat apabila kekerapan operasi meningkat. Jika arus AC atau riak adalah kecil berbanding arus purata atau DC, maka DCR ialah ukuran kehilangan rintangan yang baik. Kesan kulit berbeza dengan diameter dan kekerapan wayar kuprum3. Oleh itu, untuk memasukkan data ini, lengkung frekuensi lengkap setiap induktor yang disenaraikan dalam katalog perlu diberikan.
Rajah 5: Rintangan AC/rintangan DC bagi tolok dawai Amerika 22 dawai kuprum bulat
Ini tidak diperlukan untuk kebanyakan aplikasi di bawah 500kHz. Ia boleh dilihat daripada Rajah 5 bahawa pada frekuensi di bawah kira-kira 200kHz, rintangan AC tidak boleh dibandingkan dengan rintangan DC. Walaupun di atas frekuensi ini, jika arus AC tidak lebih besar daripada komponen DC, rintangan AC tidak menimbulkan masalah. Walau bagaimanapun, jika frekuensi lebih tinggi daripada 200-300kHz, pendekatan yang disyorkan ialah meminta pembekal untuk mendapatkan maklumat tentang hubungan antara kehilangan dan kekerapan sebagai tambahan kepada maklumat yang diterbitkan.
Jika anda ingin meminimumkan saiz komponen, pereka bentuk harus memilih komponen dengan rintangan sebesar mungkin. Dalam keadaan biasa, mengurangkan DCR bermakna wayar tembaga yang lebih tebal mesti digunakan, dan saiz keseluruhan mungkin lebih besar. Oleh itu, mengoptimumkan pemilihan DCR adalah pertukaran antara kecekapan kuasa, penurunan voltan yang dibenarkan komponen dan saiz komponen.
Untuk memilih induktor yang betul, adalah perlu untuk memahami sepenuhnya prestasi induktor dan bagaimana prestasi litar dalaman yang diingini berkaitan dengan maklumat dalam helaian data pembekal. Artikel ini menerangkan katalog induktor dan spesifikasi penting induktor untuk pakar penukaran kuasa yang berpengalaman dan bukan profesional.
memperkenalkan
Penggunaan penukar DC-DC menjadi semakin biasa. Memandangkan sistem elektronik menjadi lebih kecil, lebih mudah alih, lebih kompleks dan lebih popular, keperluan kuasa telah menjadi pelbagai. Voltan bateri yang tersedia, voltan operasi yang diperlukan, keperluan saiz dan bentuk sentiasa berubah, yang menjadikan pereka peralatan perlu sentiasa mencari cara baharu untuk menyelesaikan masalah penukaran kuasa. Keperluan produk selalunya perlu dipenuhi dengan meningkatkan prestasi dan mengurangkan saiz, jadi pengoptimuman menjadi sangat penting. Untuk penukaran kuasa, tidak semua aplikasi boleh menjadi "satu saiz untuk semua". Sebagai contoh, banyak aplikasi praktikal memerlukan penggunaan komponen nipis seperti Rajah 1.
Rajah 1: Mereka bentuk penukar nipis dan ringan memerlukan penggunaan induktor nipis
Selain pasaran yang semakin meningkat untuk pembelian pukal penukar, ramai pereka litar kini turut mereka bentuk litar penukaran DC-DC mereka sendiri dan bukannya bergantung pada syarikat bekalan kuasa, jadi lebih ramai pereka litar boleh memilih komponen mereka sendiri. Litar penukaran DC-DC asas adalah teknologi yang sangat matang dan masih berkembang dengan perlahan. Oleh itu, pengarang profesional boleh menulis bahan reka bentuk tambahan yang praktikal, dan pereka peralatan boleh menggunakan bahan ini untuk mereka bentuk penukar mereka sendiri. Beberapa perisian yang mudah didapati juga boleh memudahkan proses reka bentuk ini1.
Selepas menentukan topologi litar, salah satu tugas reka bentuk utama ialah memilih komponen. Banyak program reka bentuk litar boleh menyenaraikan nilai parameter komponen yang diperlukan. Pada masa ini, pereka bentuk harus bermula dengan menentukan nilai induktansi yang diperlukan, dan akhirnya memilih komponen daripada julat yang tersedia untuk melaksanakan kerja. Induktor yang digunakan dalam penukar DC-DC datang dalam pelbagai bentuk dan saiz. Rajah 2 dan 3 menunjukkan dua daripadanya. Untuk membandingkan jenis yang berbeza dan memilih komponen yang sesuai untuk aplikasi tertentu, pereka bentuk mesti memahami dengan betul spesifikasi yang diterbitkan untuk induktor ini.
Rajah 2: Induktor teras besi berbentuk E dililit dengan wayar rata
Rajah 3: Induktor acuan berperisai magnet dengan struktur lasak untuk litar berketumpatan tinggi
Keperluan penukar DC-DC
Secara ringkasnya, fungsi penukar DC-DC adalah untuk menyediakan voltan keluaran DC yang stabil di bawah voltan masukan yang diberikan. Untuk melaraskan voltan keluaran DC tanpa melebihi julat arus beban tertentu dan/atau julat voltan input, penukar biasanya diperlukan. Sebaik-baiknya, keluaran DC adalah "tulen", iaitu, arus riak atau voltan riak dikawal dalam tahap tertentu. Di samping itu, proses pemindahan kuasa dari sumber kuasa kepada beban juga mesti mencapai tahap kecekapan yang ditentukan. Untuk mencapai matlamat ini, pemilihan induktor kuasa adalah langkah penting.
Parameter induktor kuasa
Prestasi induktansi boleh dijelaskan oleh beberapa nombor. Jadual 1 ialah helaian data aruhan biasa. Data ini menerangkan induktor kuasa pelekap permukaan yang digunakan dalam penukar DC-DC.
Jadual 1: Petikan daripada katalog induktor biasa 2 
a. Nilai kearuhan diukur pada 1MHz dan 0.1Vrms
b. Isat ialah nilai biasa apabila nilai induktansi turun sebanyak 30%
c. Irms ialah nilai biasa apabila menyebabkan kenaikan suhu 40℃
d. Semua parameter diukur pada 25 ℃
definisi
L―Nilai kearuhan: Parameter fungsi utama induktor, dikira oleh formula reka bentuk penukar, digunakan untuk menentukan keupayaan induktor untuk mengendalikan kuasa keluaran dan mengawal arus riak.
Rintangan DCR-DC: Rintangan komponen bergantung pada panjang dan diameter wayar kuprum penggulungan yang digunakan.
Kekerapan resonans sendiri SRF: titik kekerapan di mana nilai induktansi gegelung induktor bergema dengan kemuatan teragihnya.
Isat―Arus tepu: Arus yang menyebabkan teras besi tepu apabila melalui induktor, menyebabkan nilai kearuhan menurun.
Irms-Root Mean Square Current: Arus yang berterusan melalui induktor dan menyebabkan kenaikan suhu maksimum yang dibenarkan.
Untuk menggunakan penilaian dengan betul, anda mesti memahami cara ia diperoleh. Memandangkan helaian data tidak dapat menunjukkan prestasi di bawah semua keadaan kerja, adalah perlu untuk memahami cara penilaian berubah dalam keadaan kerja yang berbeza.
Nilai kearuhan (L)
Nilai induktansi adalah parameter utama untuk merealisasikan fungsi litar yang diperlukan, dan ia juga merupakan parameter pertama yang akan dikira dalam kebanyakan proses reka bentuk. Nilai ini dikira berdasarkan piawaian menyediakan kapasiti penyimpanan tenaga minimum tertentu (atau kapasiti volt-mikrosaat) dan mengurangkan riak arus keluaran. Jika nilai kearuhan yang digunakan adalah lebih kecil daripada hasil yang dikira, riak AC keluaran DC akan meningkat. Menggunakan nilai kearuhan yang terlalu besar atau terlalu kecil boleh memaksa penukar menukar antara mod pengendalian berterusan dan terputus.
toleransi
Kebanyakan aplikasi penukar DC-DC tidak mempunyai keperluan yang sangat ketat untuk toleransi kearuhan. Bagi kebanyakan komponen, memilih produk toleransi standard adalah kos efektif dan boleh memenuhi keperluan kebanyakan penukar. Toleransi kearuhan Jadual 1 ialah ±20%, yang sesuai untuk kebanyakan penukar.
Keadaan ujian
■ Voltan. Nilai kearuhan terkadar harus menunjukkan kekerapan dan voltan ujian yang digunakan. Kebanyakan nilai induktansi dinilai katalog adalah berdasarkan voltan sinusoidal "kecil". Untuk pembekal induktor, ini adalah kaedah yang paling mudah untuk dilaksanakan dan paling mudah untuk aplikasi berulang, dan sesuai untuk memperoleh nilai kearuhan untuk kebanyakan aplikasi.
■ Bentuk gelombang. Voltan sinusoidal ialah keadaan ujian instrumen standard, biasanya ia boleh memastikan nilai kearuhan yang diperoleh sepadan dengan nilai kearuhan yang dikira oleh formula reka bentuk.
■ Kekerapan ujian. Kebanyakan induktor kuasa tidak banyak berubah dalam julat 20kHz hingga 500kHz, jadi pendekatan yang biasa digunakan dan lebih sesuai ialah menggunakan penarafan berdasarkan 100kHz. Perlu diingat bahawa apabila frekuensi meningkat, nilai induktansi akhirnya akan berkurangan. Sebab bagi fenomena ini mungkin datang daripada ciri-ciri roll-off frekuensi bahan teras besi yang digunakan, atau ia mungkin datang daripada resonans kearuhan gegelung dan kemuatan teragihnya. Memandangkan kebanyakan penukar berfungsi dalam julat 50kHz hingga 500kHz, 100kHz ialah kekerapan ujian standard yang sesuai. Apabila frekuensi pensuisan meningkat kepada 500kHz, 1MHz dan ke atas, adalah lebih penting untuk mempertimbangkan penggunaan nilai undian berdasarkan frekuensi aplikasi sebenar.
Rintangan
Rintangan DC (DCR)
DCR hanyalah ukuran dawai kuprum yang digunakan dalam induktor, berdasarkan diameter dan panjang dawai kuprum. Nilai yang dinyatakan dalam katalog biasanya ialah "nilai maksimum", tetapi nilai nominal dengan toleransi juga boleh ditentukan. Kaedah kedua mungkin lebih instruktif dengan memberikan nilai nominal atau rintangan yang dijangkakan, tetapi pada masa yang sama ia mungkin mengetatkan spesifikasi secara tidak perlu, kerana rintangan produk terlalu kecil dan tidak ada bahaya.
Seperti kerintangan bahan gegelung yang biasanya kuprum, DCR juga berubah mengikut suhu. Penarafan DCR harus mempertimbangkan suhu ujian alam sekitar, yang sangat penting. Pekali suhu rintangan kuprum adalah lebih kurang +0.4% setiap darjah Celsius3. Oleh itu, produk yang ditunjukkan dengan penarafan maksimum 0.009 ohm mempunyai penarafan maksimum yang sepadan sebanyak 0.011 ohm pada 85°C, iaitu hanya 2 miliohm jauhnya, tetapi jumlah perubahan ialah 25%. Hubungan antara jangkaan DCR dan suhu ditunjukkan dalam Rajah 4.
Rajah 4: Berdasarkan jangkaan rintangan DC 0.009Ω Maks pada 25°C
Rintangan AC
Parameter ini secara amnya tidak ditunjukkan dalam helaian data induktansi, dan ia biasanya tidak menjadi masalah untuk dipertimbangkan melainkan komponen AC frekuensi operasi atau arus lebih besar daripada komponen DC.
Disebabkan oleh kesan kulit, rintangan kebanyakan gegelung kearuhan meningkat apabila kekerapan operasi meningkat. Jika arus AC atau riak adalah kecil berbanding arus purata atau DC, maka DCR ialah ukuran kehilangan rintangan yang baik. Kesan kulit berbeza dengan diameter dan kekerapan wayar kuprum3. Oleh itu, untuk memasukkan data ini, lengkung frekuensi lengkap setiap induktor yang disenaraikan dalam katalog perlu diberikan.
Rajah 5: Rintangan AC/rintangan DC bagi tolok dawai Amerika 22 dawai kuprum bulat
Ini tidak diperlukan untuk kebanyakan aplikasi di bawah 500kHz. Ia boleh dilihat daripada Rajah 5 bahawa pada frekuensi di bawah kira-kira 200kHz, rintangan AC tidak boleh dibandingkan dengan rintangan DC. Walaupun di atas frekuensi ini, jika arus AC tidak lebih besar daripada komponen DC, rintangan AC tidak menimbulkan masalah. Walau bagaimanapun, jika frekuensi lebih tinggi daripada 200-300kHz, pendekatan yang disyorkan ialah meminta pembekal untuk mendapatkan maklumat tentang hubungan antara kehilangan dan kekerapan sebagai tambahan kepada maklumat yang diterbitkan.
Jika anda ingin meminimumkan saiz komponen, pereka bentuk harus memilih komponen dengan rintangan sebesar mungkin. Dalam keadaan biasa, mengurangkan DCR bermakna wayar tembaga yang lebih tebal mesti digunakan, dan saiz keseluruhan mungkin lebih besar. Oleh itu, mengoptimumkan pemilihan DCR adalah pertukaran antara kecekapan kuasa, penurunan voltan yang dibenarkan komponen dan saiz komponen.