Чтобы выбрать правильный Индуктор, необходимо полностью понимать производительность индуктора и то, как желаемый внутренний схема производительность связана с информацией в паспорте поставщика. В этой статье объясняется каталог индукторов и важные характеристики индукторов для опытных экспертов по преобразованию энергии и непрофессионалов.
Чтобы выбрать правильный индуктор, необходимо полностью понимать его характеристики и то, как желаемые характеристики внутренней цепи соотносятся с информацией в паспорте поставщика. В этой статье объясняется каталог индукторов и важные характеристики индукторов для опытных экспертов по преобразованию энергии и непрофессионалов.
вводить
Преобразователи постоянного тока в постоянный становится все более распространенным явлением. По мере того, как электронные системы становятся меньше, мобильнее, сложнее и популярнее, требования к питанию становятся более разнообразными. Доступный аккумулятор напряжениеТребования к рабочему напряжению, размеру и форме постоянно меняются, что заставляет разработчиков оборудования постоянно искать новые способы решения проблемы преобразования энергии. Требования к продукту часто необходимо удовлетворить за счет повышения производительности и уменьшения размера, поэтому оптимизация становится очень важной. Что касается преобразования энергии, не все приложения могут быть универсальными. Например, многие практические приложения требуют использования тонких компонентов, как на рисунке 1.
Рисунок 1. Создание тонкого и легкого Преобразователь требует использования тонких индукторов
В дополнение к растущему рынку оптовых закупок преобразователей многие разработчики схем теперь также разрабатывают свои собственные схемы преобразования постоянного тока вместо того, чтобы полагаться на компании-поставщики электроэнергии, поэтому все больше разработчиков схем могут выбирать свои собственные компоненты. Базовая схема преобразования постоянного тока в постоянный является очень зрелой. technology и продолжает медленно развиваться. Таким образом, профессиональные авторы могут писать практические вспомогательные материалы для проектирования, а проектировщики оборудования могут использовать эти материалы для разработки собственных преобразователей. Некоторое легкодоступное программное обеспечение также может упростить процесс проектирования1.
После определения топологии схемы одной из ключевых задач проектирования является выбор компонентов. Многие программы проектирования схем могут перечислять требуемые значения параметров компонентов. На этом этапе разработчик должен начать с определения требуемого значения индуктивности и, наконец, выбрать компонент из доступного диапазона для выполнения работы. Катушки индуктивности, используемые в преобразователях постоянного тока в постоянный, бывают различных форм и размеров. На рисунках 2 и 3 показаны два из них. Чтобы сравнить различные типы и выбрать подходящие компоненты для конкретного приложения, разработчики должны правильно понимать опубликованные спецификации для этих катушек индуктивности.
Рисунок 2: Индуктор с железным сердечником Е-образной формы, намотанный плоской проволокой
Рисунок 3: Литой индуктор с магнитным экранированием и прочной конструкцией для цепей высокой плотности
Требования к преобразователю постоянного тока в постоянный
Короче говоря, функция преобразователя постоянного тока в постоянный заключается в обеспечении стабильного выходного напряжения постоянного тока при заданном входном напряжении. Для регулировки выходного напряжения постоянного тока без выхода за пределы заданного диапазона тока нагрузки и / или диапазона входного напряжения обычно требуется преобразователь. В идеале выход постоянного тока является «чистым», то есть пульсирующий ток или пульсирующее напряжение контролируются в пределах определенного уровня. Кроме того, процесс передачи мощности от источника питания к нагрузке также должен достигать заданного уровня эффективности. Для достижения этих целей важным шагом является выбор силовых индукторов.
Параметры силового дросселя
Индуктивность можно объяснить несколькими цифрами. Таблица 1 представляет собой типичный лист данных индуктивности. Эти данные описывают силовой индуктор для поверхностного монтажа, используемый в преобразователе постоянного тока.
Таблица 1: Выдержка из каталога типовых катушек индуктивности 2 
а. Значение индуктивности измеряется при 1 МГц и 0.1 В (среднеквадратичное значение).
б. Isat - это типичное значение, когда значение индуктивности падает на 30%.
c. Irms - это типичное значение, вызывающее повышение температуры на 40 ℃.
d. Все параметры измерены при 25 ℃.
определение
L Значение индуктивности: основные функциональные параметры катушки индуктивности, рассчитываемые по формуле конструкции преобразователя, используются для определения способности катушки индуктивности обрабатывать выходную мощность и управлять током пульсаций.
Сопротивление DCR-DC: сопротивление компонента зависит от длины и диаметра используемого медного провода обмотки.
SRF-собственная резонансная частота: точка частоты, в которой значение индуктивности катушки индуктивности резонирует с ее распределенной емкостью.
Isat ― Ток насыщения: ток, который вызывает насыщение железного сердечника при прохождении через катушку индуктивности, вызывая падение значения индуктивности.
Среднеквадратичный ток Irms: ток, который непрерывно проходит через катушку индуктивности и вызывает максимально допустимое повышение температуры.
Чтобы правильно использовать рейтинги, вы должны понимать, как они рассчитываются. Поскольку технический паспорт не может показать производительность во всех рабочих условиях, необходимо понимать, как рейтинги меняются в разных рабочих условиях.
Значение индуктивности (L)
Значение индуктивности является основным параметром для реализации требуемой функции схемы, а также первым параметром, который рассчитывается в большинстве процессов проектирования. Это значение рассчитывается на основе стандарта обеспечения определенной минимальной емкости накопления энергии (или емкости вольт-микросекунд) и уменьшения пульсаций выходного тока. Если используемое значение индуктивности меньше расчетного результата, пульсации переменного тока на выходе постоянного тока будут увеличиваться. Использование слишком больших или слишком малых значений индуктивности может заставить преобразователь переключаться между непрерывным и прерывистым режимами работы.
терпимость
В большинстве случаев применения преобразователей постоянного тока в постоянный не предъявляются особо строгие требования к допускам индуктивности. Для большинства компонентов выбор продуктов со стандартным допуском является экономически эффективным и может удовлетворить требования большинства преобразователей. Допуск индуктивности, указанный в таблице 1, составляет ± 20%, что подходит для большинства преобразователей.
Условия испытаний
■ Напряжение. Номинальное значение индуктивности должно указывать на используемую частоту и испытательное напряжение. Большинство номинальных значений индуктивности по каталогу основаны на «малых» синусоидальных напряжениях. Для поставщиков индукторов это самый простой в реализации и наиболее удобный метод для повторяющихся применений, и он подходит для получения значений индуктивности для большинства приложений.
■ Форма волны. Синусоидальное напряжение является стандартным условием тестирования прибора, обычно оно может гарантировать, что полученное значение индуктивности соответствует значению индуктивности, рассчитанному по расчетной формуле.
■ Частота испытаний. Большинство силовых катушек индуктивности не сильно изменяются в диапазоне от 20 кГц до 500 кГц, поэтому обычно используемый и более подходящий подход - использовать рейтинг, основанный на 100 кГц. Следует помнить, что с увеличением частоты значение индуктивности со временем будет уменьшаться. Причина этого явления может исходить из характеристик спада частоты используемого материала железного сердечника или из-за резонанса индуктивности катушки и ее распределенной емкости. Поскольку большинство преобразователей работают в диапазоне от 50 кГц до 500 кГц, 100 кГц является подходящей стандартной испытательной частотой. Когда частота переключения увеличивается до 500 кГц, 1 МГц и выше, еще более важно рассмотреть возможность использования номинальных значений, основанных на фактической частоте применения.
сопротивление
Сопротивление постоянному току (DCR)
DCR - это всего лишь мера медного провода, используемого в индукторе, строго основанная на диаметре и длине медного провода. Значение, указанное в каталоге, обычно является «максимальным значением», но также может быть указано номинальное значение с допуском. Второй метод может быть более поучительным, указав номинальное значение или ожидаемое сопротивление, но в то же время он может без необходимости ужесточать спецификации, потому что сопротивление продукта слишком мало и вреда всегда нет.
Как и удельное сопротивление материалов катушек, которые обычно являются медью, DCR также изменяется с температурой. Рейтинг DCR должен учитывать температуру испытаний окружающей среды, что очень важно. Температурный коэффициент сопротивления меди составляет примерно + 0.4% на градус Цельсия3. Таким образом, показанный продукт с максимальным номиналом 0.009 Ом имеет соответствующий максимальный рейтинг 0.011 Ом при 85 ° C, что составляет всего 2 миллиома, но общее изменение составляет 25%. Взаимосвязь между ожидаемой DCR и температурой показана на рисунке 4.
Рисунок 4: На основе ожидаемого сопротивления постоянному току не более 0.009 Ом при 25 ° C.
Сопротивление переменному току
Этот параметр обычно не указывается в паспорте индуктивности, и обычно это не проблема, которую следует учитывать, если только переменная составляющая рабочей частоты или тока не превышает постоянную составляющую.
Из-за скин-эффекта сопротивление большинства катушек индуктивности увеличивается с увеличением рабочей частоты. Если переменный или пульсирующий ток мал по сравнению со средним или постоянным током, то DCR является хорошей мерой потери сопротивления. Скин-эффект зависит от диаметра и частоты медной проволоки3. Следовательно, чтобы включить эти данные, необходимо предоставить полную частотную характеристику каждого индуктора, указанного в каталоге.
Рисунок 5: Сопротивление переменному току / сопротивление постоянному току для круглой медной проволоки американского стандарта 22 калибра.
Это не нужно для большинства приложений ниже 500 кГц. Из рисунка 5 видно, что на частотах ниже примерно 200 кГц сопротивление переменному току нельзя сравнивать с сопротивлением постоянному току. Даже выше этой частоты, если переменный ток не превышает постоянную составляющую, сопротивление переменному току не представляет проблемы. Однако, если частота выше 200–300 кГц, рекомендуется запросить у поставщика информацию о взаимосвязи между потерями и частотой в качестве дополнения к опубликованной информации.
Если вы хотите минимизировать размер компонентов, проектировщики должны выбирать компоненты с как можно большим сопротивлением. В нормальных условиях уменьшение DCR означает, что необходимо использовать более толстые медные провода, а общий размер может быть больше. Следовательно, оптимизация выбора DCR - это компромисс между энергоэффективностью, допустимым падением напряжения на компонентах и размером компонентов.
Чтобы выбрать правильный индуктор, необходимо полностью понимать его характеристики и то, как желаемые характеристики внутренней цепи соотносятся с информацией в паспорте поставщика. В этой статье объясняется каталог индукторов и важные характеристики индукторов для опытных экспертов по преобразованию энергии и непрофессионалов.
вводить
Использование преобразователей постоянного тока в постоянный становится все более и более распространенным. По мере того, как электронные системы становятся меньше, мобильнее, сложнее и популярнее, требования к питанию становятся более разнообразными. Доступное напряжение батареи, необходимое рабочее напряжение, требования к размеру и форме постоянно меняются, что заставляет разработчиков оборудования постоянно искать новые способы решения проблемы преобразования энергии. Требования к продукту часто необходимо удовлетворить за счет повышения производительности и уменьшения размера, поэтому оптимизация становится очень важной. Что касается преобразования энергии, не все приложения могут быть универсальными. Например, многие практические приложения требуют использования тонких компонентов, как на рисунке 1.
Рисунок 1: Для проектирования тонкого и легкого преобразователя требуется использование тонких катушек индуктивности.
Помимо растущего рынка оптовых закупок преобразователей, многие разработчики схем теперь также разрабатывают свои собственные схемы преобразования постоянного тока в постоянный вместо того, чтобы полагаться на компании-поставщики электроэнергии, поэтому большее количество проектировщиков схем может выбирать свои собственные компоненты. Базовая схема преобразования постоянного тока в постоянный - это очень зрелая технология, которая все еще медленно развивается. Таким образом, профессиональные авторы могут писать практические вспомогательные конструкторские материалы, а разработчики оборудования могут использовать эти материалы для разработки своих собственных преобразователей. Некоторое легкодоступное программное обеспечение также может упростить процесс проектирования1.
После определения топологии схемы одной из ключевых задач проектирования является выбор компонентов. Многие программы проектирования схем могут перечислять требуемые значения параметров компонентов. На этом этапе разработчик должен начать с определения требуемого значения индуктивности и, наконец, выбрать компонент из доступного диапазона для выполнения работы. Катушки индуктивности, используемые в преобразователях постоянного тока в постоянный, бывают различных форм и размеров. На рисунках 2 и 3 показаны два из них. Чтобы сравнить различные типы и выбрать подходящие компоненты для конкретного приложения, разработчики должны правильно понимать опубликованные спецификации для этих катушек индуктивности.
Рисунок 2: Индуктор с железным сердечником Е-образной формы, намотанный плоской проволокой
Рисунок 3: Литой индуктор с магнитным экранированием и прочной конструкцией для цепей высокой плотности
Требования к преобразователю постоянного тока в постоянный
Короче говоря, функция преобразователя постоянного тока в постоянный заключается в обеспечении стабильного выходного напряжения постоянного тока при заданном входном напряжении. Для регулировки выходного напряжения постоянного тока без выхода за пределы заданного диапазона тока нагрузки и / или диапазона входного напряжения обычно требуется преобразователь. В идеале выход постоянного тока является «чистым», то есть пульсирующий ток или пульсирующее напряжение контролируются в пределах определенного уровня. Кроме того, процесс передачи мощности от источника питания к нагрузке также должен достигать определенного уровня эффективности. Для достижения этих целей важным шагом является выбор силовых индукторов.
Параметры силового дросселя
Индуктивность можно объяснить несколькими цифрами. Таблица 1 представляет собой типичный лист данных индуктивности. Эти данные описывают силовой индуктор для поверхностного монтажа, используемый в преобразователе постоянного тока.
Таблица 1: Выдержка из каталога типовых катушек индуктивности 2 
а. Значение индуктивности измеряется при 1 МГц и 0.1 В (среднеквадратичное значение).
б. Isat - это типичное значение, когда значение индуктивности падает на 30%.
c. Irms - это типичное значение, вызывающее повышение температуры на 40 ℃.
d. Все параметры измерены при 25 ℃.
определение
L Значение индуктивности: основные функциональные параметры катушки индуктивности, рассчитываемые по формуле конструкции преобразователя, используются для определения способности катушки индуктивности обрабатывать выходную мощность и управлять током пульсаций.
Сопротивление DCR-DC: сопротивление компонента зависит от длины и диаметра используемого медного провода обмотки.
SRF-собственная резонансная частота: точка частоты, в которой значение индуктивности катушки индуктивности резонирует с ее распределенной емкостью.
Isat ― Ток насыщения: ток, который вызывает насыщение железного сердечника при прохождении через катушку индуктивности, вызывая падение значения индуктивности.
Среднеквадратичный ток Irms: ток, который непрерывно проходит через катушку индуктивности и вызывает максимально допустимое повышение температуры.
Чтобы правильно использовать рейтинги, вы должны понимать, как они рассчитываются. Поскольку технический паспорт не может показать производительность во всех рабочих условиях, необходимо понимать, как рейтинги меняются в разных рабочих условиях.
Значение индуктивности (L)
Значение индуктивности является основным параметром для реализации требуемой функции схемы, а также первым параметром, который рассчитывается в большинстве процессов проектирования. Это значение рассчитывается на основе стандарта обеспечения определенной минимальной емкости накопления энергии (или емкости вольт-микросекунд) и уменьшения пульсаций выходного тока. Если используемое значение индуктивности меньше расчетного результата, пульсации переменного тока на выходе постоянного тока будут увеличиваться. Использование слишком большого или слишком малого значения индуктивности может заставить преобразователь переключаться между непрерывным и прерывистым режимами работы.
терпимость
В большинстве случаев применения преобразователей постоянного тока в постоянный не предъявляются особо строгие требования к допускам индуктивности. Для большинства компонентов выбор продуктов со стандартным допуском является экономически эффективным и может удовлетворить требования большинства преобразователей. Допуск индуктивности, указанный в таблице 1, составляет ± 20%, что подходит для большинства преобразователей.
Условия испытаний
■ Напряжение. Номинальное значение индуктивности должно указывать на используемую частоту и испытательное напряжение. Большинство номинальных значений индуктивности по каталогу основаны на «малых» синусоидальных напряжениях. Для поставщиков индукторов это самый простой в реализации и наиболее удобный метод для повторяющихся применений, и он подходит для получения значений индуктивности для большинства приложений.
■ Форма волны. Синусоидальное напряжение является стандартным условием тестирования прибора, обычно оно может гарантировать, что полученное значение индуктивности соответствует значению индуктивности, рассчитанному по расчетной формуле.
■ Частота испытаний. Большинство силовых катушек индуктивности не сильно изменяются в диапазоне от 20 кГц до 500 кГц, поэтому обычно используемый и более подходящий подход - использовать рейтинг, основанный на 100 кГц. Следует помнить, что с увеличением частоты значение индуктивности со временем будет уменьшаться. Причина этого явления может исходить из характеристик спада частоты используемого материала железного сердечника или из-за резонанса индуктивности катушки и ее распределенной емкости. Поскольку большинство преобразователей работают в диапазоне от 50 кГц до 500 кГц, 100 кГц является подходящей стандартной испытательной частотой. Когда частота переключения увеличивается до 500 кГц, 1 МГц и выше, еще более важно рассмотреть возможность использования номинальных значений, основанных на фактической частоте применения.
сопротивление
Сопротивление постоянному току (DCR)
DCR - это всего лишь мера медного провода, используемого в индукторе, строго основанная на диаметре и длине медного провода. Значение, указанное в каталоге, обычно является «максимальным значением», но также может быть указано номинальное значение с допуском. Второй метод может быть более поучительным, указав номинальное значение или ожидаемое сопротивление, но в то же время он может без необходимости ужесточать спецификации, потому что сопротивление продукта слишком мало и нет никакого вреда.
Как и удельное сопротивление материалов катушек, которые обычно являются медью, DCR также изменяется с температурой. Рейтинг DCR должен учитывать температуру испытаний окружающей среды, что очень важно. Температурный коэффициент сопротивления меди составляет примерно + 0.4% на градус Цельсия3. Таким образом, показанный продукт с максимальным номиналом 0.009 Ом имеет соответствующий максимальный рейтинг 0.011 Ом при 85 ° C, что составляет всего 2 миллиома, но общее изменение составляет 25%. Взаимосвязь между ожидаемой DCR и температурой показана на рисунке 4.
Рисунок 4: На основе ожидаемого сопротивления постоянному току не более 0.009 Ом при 25 ° C.
Сопротивление переменному току
Этот параметр обычно не указывается в паспорте индуктивности, и обычно это не проблема, которую следует учитывать, если только переменная составляющая рабочей частоты или тока не превышает постоянную составляющую.
Из-за скин-эффекта сопротивление большинства катушек индуктивности увеличивается с увеличением рабочей частоты. Если переменный или пульсирующий ток мал по сравнению со средним или постоянным током, то DCR является хорошей мерой потери сопротивления. Скин-эффект зависит от диаметра и частоты медной проволоки3. Следовательно, чтобы включить эти данные, необходимо предоставить полную частотную характеристику каждого индуктора, указанного в каталоге.
Рисунок 5: Сопротивление переменному току / сопротивление постоянному току для круглой медной проволоки американского стандарта 22 калибра.
Это не нужно для большинства приложений ниже 500 кГц. Из рисунка 5 видно, что на частотах ниже примерно 200 кГц сопротивление переменному току нельзя сравнивать с сопротивлением постоянному току. Даже выше этой частоты, если переменный ток не превышает постоянную составляющую, сопротивление переменному току не представляет проблемы. Однако, если частота выше 200–300 кГц, рекомендуется запросить у поставщика информацию о взаимосвязи между потерями и частотой в качестве дополнения к опубликованной информации.
Если вы хотите минимизировать размер компонентов, проектировщики должны выбирать компоненты с как можно большим сопротивлением. В нормальных условиях уменьшение DCR означает, что необходимо использовать более толстые медные провода, а общий размер может быть больше. Следовательно, оптимизация выбора DCR - это компромисс между энергоэффективностью, допустимым падением напряжения на компонентах и размером компонентов.