"Para escolher o certo Indutor, é necessário entender completamente o desempenho do indutor e como o interno desejado o circuito o desempenho está relacionado às informações da folha de dados do fornecedor. Este artigo explica o catálogo de indutores e especificações importantes de indutores para especialistas experientes em conversão de energia e não profissionais.
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Para escolher o indutor certo, é necessário entender completamente o desempenho do indutor e como o desempenho do circuito interno desejado está relacionado às informações na folha de dados do fornecedor. Este artigo explica o catálogo de indutores e especificações importantes de indutores para especialistas experientes em conversão de energia e não profissionais.
introduzir
O uso de conversores DC-DC está se tornando cada vez mais comum. À medida que os sistemas eletrônicos se tornaram menores, mais móveis, mais complexos e mais populares, os requisitos de energia se diversificaram. A bateria disponível Voltagem, os requisitos de tensão operacional necessária, tamanho e formato estão em constante mudança, o que faz com que os projetistas de equipamentos precisem encontrar constantemente novas maneiras de resolver o problema de conversão de energia. Os requisitos do produto geralmente precisam ser atendidos melhorando o desempenho e reduzindo o tamanho, portanto, a otimização se torna muito importante. Para conversão de energia, nem todos os aplicativos podem ser do tipo “tamanho único”. Por exemplo, muitas aplicações práticas requerem o uso de componentes finos como a Figura 1.
Figura 1: Projetando um fino e leve conversor requer o uso de indutores finos
Além do mercado crescente para compras em massa de conversores, muitos projetistas de circuitos agora também projetam seus próprios circuitos de conversão DC-DC, em vez de depender de empresas de fornecimento de energia, para que mais projetistas de circuitos possam escolher seus próprios componentes. O circuito básico de conversão DC-DC é muito maduro tecnologia e ainda está se desenvolvendo lentamente. Portanto, os autores profissionais podem escrever materiais de design auxiliares práticos, e os projetistas de equipamentos podem usar esses materiais para projetar seus próprios conversores. Alguns softwares facilmente disponíveis também podem simplificar o processo desses projetos1.
Depois de determinar a topologia do circuito, uma das principais tarefas do projeto é selecionar os componentes. Muitos programas de projeto de circuito podem listar os valores de parâmetro de componente necessários. Nesse momento, o projetista deve começar determinando o valor de indutância necessário e, por fim, selecionar um componente da faixa disponível para executar o trabalho. Os indutores usados nos conversores DC-DC vêm em vários formatos e tamanhos. As Figuras 2 e 3 mostram dois deles. Para comparar diferentes tipos e selecionar os componentes apropriados para uma aplicação específica, os projetistas devem entender corretamente as especificações publicadas para esses indutores.
Figura 2: indutor de núcleo de ferro em forma de E enrolado com fio plano
Figura 3: Indutor moldado com blindagem magnética com estrutura robusta para circuitos de alta densidade
Requisitos do conversor DC-DC
Resumindo, a função do conversor DC-DC é fornecer uma tensão de saída DC estável sob uma dada tensão de entrada. Para ajustar a tensão de saída CC sem exceder uma determinada faixa de corrente de carga e / ou faixa de tensão de entrada, geralmente é necessário um conversor. Idealmente, a saída DC é “pura”, ou seja, a ondulação da corrente ou tensão ondulada é controlada dentro de um nível especificado. Além disso, o processo de transferência de energia da fonte de alimentação para a carga também deve atingir um nível de eficiência especificado. Para atingir esses objetivos, a seleção de indutores de energia é uma etapa importante.
Parâmetros do indutor de potência
O desempenho da indutância pode ser explicado por vários números. A Tabela 1 é uma folha de dados de indutância típica. Esses dados descrevem um indutor de energia de montagem em superfície usado em um conversor DC-DC.
Tabela 1: Trecho do catálogo de indutores típicos 2 
uma. O valor da indutância é medido a 1 MHz e 0.1 Vrms
b. Isat é o valor típico quando o valor da indutância cai 30%
c. Irms é o valor típico ao causar um aumento de temperatura de 40 ℃
d. Todos os parâmetros são medidos a 25 ℃
definição
L ― Valor da indutância: Os principais parâmetros funcionais do indutor, calculados pela fórmula de projeto do conversor, são usados para determinar a capacidade do indutor de lidar com a potência de saída e controlar a ondulação da corrente.
Resistência DCR-DC: A resistência do componente depende do comprimento e do diâmetro do fio de cobre do enrolamento usado.
Freqüência auto-ressonante SRF: o ponto de freqüência no qual o valor da indutância da bobina indutora ressoa com sua capacitância distribuída.
Isat ― Corrente de saturação: A corrente que faz com que o núcleo de ferro sature ao passar pelo indutor, fazendo com que o valor da indutância caia.
Corrente quadrada média de raiz de Irms: A corrente que passa continuamente pelo indutor e causa o aumento máximo de temperatura permitido.
Para usar as classificações corretamente, você deve entender como elas são derivadas. Uma vez que a folha de dados não pode mostrar o desempenho em todas as condições de trabalho, é necessário entender como as classificações mudam em diferentes condições de trabalho.
Valor de indutância (L)
O valor da indutância é o parâmetro principal para realizar a função de circuito necessária e também é o primeiro parâmetro a ser calculado na maioria dos processos de projeto. Este valor é calculado com base no padrão de fornecer uma certa capacidade mínima de armazenamento de energia (ou capacidade volt-microssegundo) e reduzir a ondulação da corrente de saída. Se o valor da indutância usado for menor do que o resultado calculado, a ondulação CA da saída CC aumentará. Usar valores de indutância muito grandes ou muito pequenos pode forçar o conversor a alternar entre os modos de operação contínuo e descontínuo.
tolerância
A maioria das aplicações de conversores DC-DC não tem requisitos particularmente rígidos para tolerâncias de indutância. Para a maioria dos componentes, a escolha de produtos de tolerância padrão é econômica e pode atender aos requisitos da maioria dos conversores. A tolerância de indutância da Tabela 1 é de ± 20%, que é adequada para a maioria dos conversores.
Condições de teste
■ Voltagem. O valor da indutância nominal deve indicar a frequência e a tensão de teste usadas. A maioria dos valores de indutância nominais do catálogo são baseados em tensões sinusoidais “pequenas”. Para fornecedores de indutores, este é o método mais fácil de implementar e mais conveniente para aplicações repetidas e é adequado para derivar valores de indutância para a maioria das aplicações.
■ Forma de onda. A tensão sinusoidal é uma condição de teste de instrumento padrão, geralmente ela pode garantir que o valor de indutância obtido corresponda ao valor de indutância calculado pela fórmula do projeto.
■ Frequência de teste. A maioria dos indutores de potência não muda muito na faixa de 20kHz a 500kHz, então a abordagem comumente usada e mais apropriada é usar uma classificação baseada em 100kHz. Deve ser lembrado que à medida que a frequência aumenta, o valor da indutância acabará diminuindo. A razão para este fenômeno pode vir das características de filtragem de frequência do material do núcleo de ferro usado, ou pode vir da ressonância da indutância da bobina e sua capacitância distribuída. Como a maioria dos conversores trabalha na faixa de 50kHz a 500kHz, 100kHz é uma frequência de teste padrão adequada. Quando a frequência de chaveamento aumenta para 500kHz, 1MHz e acima, é ainda mais importante considerar o uso de valores nominais com base na frequência real da aplicação.
resistência
Resistência DC (DCR)
DCR é apenas uma medida do fio de cobre usado no indutor, estritamente baseada no diâmetro e comprimento do fio de cobre. O valor especificado no catálogo é geralmente o “valor máximo”, mas um valor nominal com tolerância também pode ser especificado. O segundo método pode ser mais instrutivo ao fornecer o valor nominal ou resistência esperada, mas ao mesmo tempo pode apertar desnecessariamente as especificações, porque a resistência do produto é muito pequena e sempre não há danos.
Como a resistividade dos materiais da bobina que geralmente são de cobre, o DCR também muda com a temperatura. A classificação DCR deve considerar a temperatura do teste ambiental, o que é muito importante. O coeficiente de temperatura de resistência do cobre é de aproximadamente + 0.4% por grau Celsius3. Portanto, o produto mostrado com uma classificação máxima de 0.009 ohms tem uma classificação máxima correspondente de 0.011 ohms a 85 ° C, que está a apenas 2 miliohms de distância, mas a mudança total é de 25%. A relação entre o DCR esperado e a temperatura é mostrada na Figura 4.
Figura 4: Com base na resistência DC esperada de 0.009Ω Máx. A 25 ° C
Resistência AC
Este parâmetro geralmente não é indicado na folha de dados de indutância e geralmente não é um problema a ser considerado, a menos que o componente CA da frequência de operação ou corrente seja maior do que o componente CC.
Devido ao efeito de pele, a resistência da maioria das bobinas de indutância aumenta à medida que a frequência de operação aumenta. Se a corrente AC ou ondulação for pequena em relação à média ou corrente DC, então DCR é uma boa medida de perda de resistência. O efeito de pele varia com o diâmetro e a frequência do fio de cobre3. Portanto, para incluir esses dados, a curva de frequência completa de cada indutor listado no catálogo deve ser fornecida.
Figura 5: resistência AC / resistência DC do fio americano de cobre redondo de calibre 22
Isso é desnecessário para a maioria das aplicações abaixo de 500 kHz. Pode ser visto na Figura 5 que em frequências abaixo de cerca de 200 kHz, a resistência AC não pode ser comparada com a resistência DC. Mesmo acima dessa frequência, se a corrente CA não for maior que o componente CC, a resistência CA não representa um problema. No entanto, se a frequência for superior a 200-300kHz, a abordagem recomendada é solicitar ao fornecedor informações sobre a relação entre perda e frequência como um suplemento às informações publicadas.
Se você deseja minimizar o tamanho dos componentes, os projetistas devem escolher componentes com a maior resistência possível. Em circunstâncias normais, reduzir o DCR significa que fios de cobre mais grossos devem ser usados e o tamanho geral pode ser maior. Portanto, otimizar a seleção do DCR é uma compensação entre a eficiência de energia, a queda de tensão permitida do componente e o tamanho do componente.
Para escolher o indutor certo, é necessário entender completamente o desempenho do indutor e como o desempenho do circuito interno desejado está relacionado às informações na folha de dados do fornecedor. Este artigo explica o catálogo de indutores e especificações importantes de indutores para especialistas experientes em conversão de energia e não profissionais.
introduzir
O uso de conversores DC-DC está se tornando cada vez mais comum. À medida que os sistemas eletrônicos se tornaram menores, mais móveis, mais complexos e mais populares, os requisitos de energia se diversificaram. A voltagem disponível da bateria, a voltagem operacional necessária, os requisitos de tamanho e formato mudam constantemente, o que faz com que os projetistas de equipamentos precisem encontrar constantemente novas maneiras de resolver o problema de conversão de energia. Os requisitos do produto geralmente precisam ser atendidos melhorando o desempenho e reduzindo o tamanho, portanto, a otimização se torna muito importante. Para conversão de energia, nem todos os aplicativos podem ser do tipo “tamanho único”. Por exemplo, muitas aplicações práticas requerem o uso de componentes finos como a Figura 1.
Figura 1: Projetar um conversor fino e leve requer o uso de indutores finos
Além do mercado crescente para compras em massa de conversores, muitos projetistas de circuitos agora também projetam seus próprios circuitos de conversão DC-DC, em vez de depender de empresas de fornecimento de energia, para que mais projetistas de circuitos possam escolher seus próprios componentes. O circuito de conversão DC-DC básico é uma tecnologia muito madura e ainda está se desenvolvendo lentamente. Portanto, os autores profissionais podem escrever materiais de projeto auxiliares práticos e os projetistas de equipamentos podem usar esses materiais para projetar seus próprios conversores. Alguns softwares facilmente disponíveis também podem simplificar o processo desses projetos1.
Depois de determinar a topologia do circuito, uma das principais tarefas do projeto é selecionar os componentes. Muitos programas de projeto de circuito podem listar os valores de parâmetro de componente necessários. Nesse momento, o projetista deve começar determinando o valor de indutância necessário e, por fim, selecionar um componente da faixa disponível para executar o trabalho. Os indutores usados nos conversores DC-DC vêm em vários formatos e tamanhos. As Figuras 2 e 3 mostram dois deles. Para comparar diferentes tipos e selecionar os componentes apropriados para uma aplicação específica, os projetistas devem entender corretamente as especificações publicadas para esses indutores.
Figura 2: indutor de núcleo de ferro em forma de E enrolado com fio plano
Figura 3: Indutor moldado com blindagem magnética com estrutura robusta para circuitos de alta densidade
Requisitos do conversor DC-DC
Resumindo, a função do conversor DC-DC é fornecer uma tensão de saída DC estável sob uma dada tensão de entrada. Para ajustar a tensão de saída CC sem exceder uma determinada faixa de corrente de carga e / ou faixa de tensão de entrada, geralmente é necessário um conversor. Idealmente, a saída DC é “pura”, ou seja, a ondulação da corrente ou tensão ondulada é controlada dentro de um nível especificado. Além disso, o processo de transferência de energia da fonte de alimentação para a carga também deve atingir um determinado nível de eficiência. Para atingir esses objetivos, a seleção de indutores de energia é uma etapa importante.
Parâmetros do indutor de potência
O desempenho da indutância pode ser explicado por vários números. A Tabela 1 é uma folha de dados de indutância típica. Esses dados descrevem um indutor de energia de montagem em superfície usado em um conversor DC-DC.
Tabela 1: Trecho do catálogo de indutores típicos 2 
uma. O valor da indutância é medido a 1 MHz e 0.1 Vrms
b. Isat é o valor típico quando o valor da indutância cai 30%
c. Irms é o valor típico ao causar um aumento de temperatura de 40 ℃
d. Todos os parâmetros são medidos a 25 ℃
definição
L ― Valor da indutância: Os principais parâmetros funcionais do indutor, calculados pela fórmula de projeto do conversor, são usados para determinar a capacidade do indutor de lidar com a potência de saída e controlar a ondulação da corrente.
Resistência DCR-DC: A resistência do componente depende do comprimento e do diâmetro do fio de cobre do enrolamento usado.
Freqüência auto-ressonante SRF: o ponto de freqüência no qual o valor da indutância da bobina indutora ressoa com sua capacitância distribuída.
Isat ― Corrente de saturação: A corrente que faz com que o núcleo de ferro sature ao passar pelo indutor, fazendo com que o valor da indutância caia.
Corrente quadrada média de raiz de Irms: A corrente que passa continuamente pelo indutor e causa o aumento máximo de temperatura permitido.
Para usar as classificações corretamente, você deve entender como elas são derivadas. Uma vez que a folha de dados não pode mostrar o desempenho em todas as condições de trabalho, é necessário entender como as classificações mudam em diferentes condições de trabalho.
Valor de indutância (L)
O valor da indutância é o parâmetro principal para realizar a função de circuito necessária e também é o primeiro parâmetro a ser calculado na maioria dos processos de projeto. Este valor é calculado com base no padrão de fornecer uma certa capacidade mínima de armazenamento de energia (ou capacidade volt-microssegundo) e reduzir a ondulação da corrente de saída. Se o valor da indutância usado for menor do que o resultado calculado, a ondulação CA da saída CC aumentará. Usar um valor de indutância muito grande ou muito pequeno pode forçar o conversor a alternar entre os modos de operação contínuo e descontínuo.
tolerância
A maioria das aplicações de conversores DC-DC não tem requisitos particularmente rígidos para tolerâncias de indutância. Para a maioria dos componentes, a escolha de produtos de tolerância padrão é econômica e pode atender aos requisitos da maioria dos conversores. A tolerância de indutância da Tabela 1 é de ± 20%, que é adequada para a maioria dos conversores.
Condições de teste
■ Voltagem. O valor da indutância nominal deve indicar a frequência e a tensão de teste usadas. A maioria dos valores de indutância nominais do catálogo são baseados em tensões sinusoidais “pequenas”. Para fornecedores de indutores, este é o método mais fácil de implementar e mais conveniente para aplicações repetidas e é adequado para derivar valores de indutância para a maioria das aplicações.
■ Forma de onda. A tensão sinusoidal é uma condição de teste de instrumento padrão, geralmente ela pode garantir que o valor de indutância obtido corresponda ao valor de indutância calculado pela fórmula do projeto.
■ Frequência de teste. A maioria dos indutores de potência não muda muito na faixa de 20kHz a 500kHz, então a abordagem comumente usada e mais apropriada é usar uma classificação baseada em 100kHz. Deve ser lembrado que à medida que a frequência aumenta, o valor da indutância acabará diminuindo. A razão para este fenômeno pode vir das características de filtragem de frequência do material do núcleo de ferro usado, ou pode vir da ressonância da indutância da bobina e sua capacitância distribuída. Como a maioria dos conversores trabalha na faixa de 50kHz a 500kHz, 100kHz é uma frequência de teste padrão adequada. Quando a frequência de chaveamento aumenta para 500kHz, 1MHz e acima, é ainda mais importante considerar o uso de valores nominais com base na frequência real da aplicação.
resistência
Resistência DC (DCR)
DCR é apenas uma medida do fio de cobre usado no indutor, estritamente baseada no diâmetro e comprimento do fio de cobre. O valor especificado no catálogo é geralmente o “valor máximo”, mas um valor nominal com tolerância também pode ser especificado. O segundo método pode ser mais instrutivo ao fornecer o valor nominal ou resistência esperada, mas ao mesmo tempo pode apertar as especificações desnecessariamente, porque a resistência do produto é muito pequena e não há danos.
Como a resistividade dos materiais da bobina que geralmente são de cobre, o DCR também muda com a temperatura. A classificação DCR deve considerar a temperatura do teste ambiental, o que é muito importante. O coeficiente de temperatura de resistência do cobre é de aproximadamente + 0.4% por grau Celsius3. Portanto, o produto mostrado com uma classificação máxima de 0.009 ohms tem uma classificação máxima correspondente de 0.011 ohms a 85 ° C, que está a apenas 2 miliohms de distância, mas a mudança total é de 25%. A relação entre o DCR esperado e a temperatura é mostrada na Figura 4.
Figura 4: Com base na resistência DC esperada de 0.009Ω Máx. A 25 ° C
Resistência AC
Este parâmetro geralmente não é indicado na folha de dados de indutância e geralmente não é um problema a ser considerado, a menos que o componente CA da frequência de operação ou corrente seja maior do que o componente CC.
Devido ao efeito de pele, a resistência da maioria das bobinas de indutância aumenta à medida que a frequência de operação aumenta. Se a corrente AC ou ondulação for pequena em relação à média ou corrente DC, então DCR é uma boa medida de perda de resistência. O efeito de pele varia com o diâmetro e a frequência do fio de cobre3. Portanto, para incluir esses dados, a curva de frequência completa de cada indutor listado no catálogo deve ser fornecida.
Figura 5: resistência AC / resistência DC do fio americano de cobre redondo de calibre 22
Isso é desnecessário para a maioria das aplicações abaixo de 500 kHz. Pode ser visto na Figura 5 que em frequências abaixo de cerca de 200 kHz, a resistência AC não pode ser comparada com a resistência DC. Mesmo acima dessa frequência, se a corrente CA não for maior que o componente CC, a resistência CA não representa um problema. No entanto, se a frequência for superior a 200-300kHz, a abordagem recomendada é solicitar ao fornecedor informações sobre a relação entre perda e frequência como um suplemento às informações publicadas.
Se você deseja minimizar o tamanho dos componentes, os projetistas devem escolher componentes com a maior resistência possível. Em circunstâncias normais, reduzir o DCR significa que fios de cobre mais grossos devem ser usados e o tamanho geral pode ser maior. Portanto, otimizar a seleção do DCR é uma compensação entre a eficiência de energia, a queda de tensão permitida do componente e o tamanho do componente.