"doğruyu seçmek için indüktörİndüktörün performansını ve istenilen iç performansın nasıl olduğunu tam olarak anlamak gerekir. devre Performans, tedarikçinin veri sayfasındaki bilgilerle ilgilidir. Bu makale, deneyimli güç dönüşümü uzmanları ve profesyonel olmayanlar için indüktör kataloğunu ve indüktörlerin önemli özelliklerini açıklamaktadır.
"
Doğru indüktörü seçmek için, indüktörün performansını ve istenen dahili devre performansının tedarikçinin veri sayfasındaki bilgilerle nasıl ilişkili olduğunu tam olarak anlamak gerekir. Bu makale, deneyimli güç dönüşümü uzmanları ve profesyonel olmayanlar için indüktör kataloğunu ve indüktörlerin önemli özelliklerini açıklamaktadır.
tanıtmak
DC-DC dönüştürücülerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Elektronik sistemler küçüldükçe, daha mobil hale geldikçe, daha karmaşık ve daha popüler hale geldikçe güç gereksinimleri de çeşitlendi. Mevcut pil VoltajGerekli çalışma voltajı, boyut ve şekil gereksinimleri sürekli değişiyor, bu da ekipman tasarımcılarının güç dönüştürme problemini çözmek için sürekli olarak yeni yollar bulmasını zorunlu kılıyor. Ürün gereksinimlerinin genellikle performansın iyileştirilmesi ve boyutun küçültülmesi yoluyla karşılanması gerekir, bu nedenle optimizasyon çok önemli hale gelir. Güç dönüşümü için tüm uygulamalar "herkese uygun tek çözüm" olamaz. Örneğin birçok pratik uygulama, Şekil 1'deki gibi ince bileşenlerin kullanımını gerektirir.
Şekil 1: İnce ve hafif bir tasarım Dönüştürücü ince indüktörlerin kullanımını gerektirir
Dönüştürücülerin toplu olarak satın alınmasına yönelik büyüyen pazara ek olarak, birçok devre tasarımcısı artık güç kaynağı şirketlerine güvenmek yerine kendi DC-DC dönüşüm devrelerini de tasarlıyor, böylece daha fazla devre tasarımcısı kendi bileşenlerini seçebiliyor. Temel DC-DC dönüşüm devresi oldukça olgun bir yapıya sahiptir. teknoloji ve hala yavaş yavaş gelişiyor. Bu nedenle, profesyonel yazarlar pratik yardımcı tasarım malzemeleri yazabilir ve ekipman tasarımcıları bu malzemeleri kendi dönüştürücülerini tasarlamak için kullanabilirler. Kolayca bulunabilen bazı yazılımlar da bu tasarımların sürecini basitleştirebilir1.
Devre topolojisini belirledikten sonra en önemli tasarım görevlerinden biri bileşenlerin seçilmesidir. Birçok devre tasarım programı gerekli bileşen parametre değerlerini listeleyebilir. Bu noktada tasarımcı gerekli endüktans değerini belirleyerek başlamalı ve son olarak işi gerçekleştirmek için mevcut aralıktan bir bileşen seçmelidir. DC-DC dönüştürücülerde kullanılan indüktörler çeşitli şekil ve boyutlardadır. Şekil 2 ve 3 bunlardan ikisini göstermektedir. Farklı tipleri karşılaştırmak ve belirli bir uygulama için uygun bileşenleri seçmek için tasarımcıların bu indüktörler için yayınlanmış spesifikasyonları doğru bir şekilde anlamaları gerekir.
Şekil 2: Düz telli E-şekilli demir çekirdekli indüktör
Şekil 3: Yüksek yoğunluklu devreler için sağlam yapıya sahip, manyetik olarak korumalı kalıplanmış indüktör
DC-DC dönüştürücü gereksinimleri
Kısaca DC-DC dönüştürücünün işlevi, belirli bir giriş voltajı altında kararlı bir DC çıkış voltajı sağlamaktır. Belirli bir yük akımı aralığını ve/veya giriş voltajı aralığını aşmadan DC çıkış voltajını ayarlamak için genellikle bir dönüştürücü gerekir. İdeal durumda DC çıkışı "saftır", yani dalgalanma akımı veya dalgalanma voltajı belirli bir seviyede kontrol edilir. Ayrıca gücün güç kaynağından yüke aktarılması işleminin de belirli bir verimlilik seviyesine ulaşması gerekmektedir. Bu hedeflere ulaşmak için güç indüktörlerinin seçimi önemli bir adımdır.
Güç indüktörü parametreleri
Endüktans performansı çeşitli rakamlarla açıklanabilir. Tablo 1 tipik bir endüktans veri sayfasıdır. Bu veriler, bir DC-DC dönüştürücüde kullanılan yüzeye monteli bir güç indüktörünü açıklamaktadır.
Tablo 1: Tipik indüktörler kataloğundan alıntı 2 
A. Endüktans değeri 1MHz ve 0.1Vrms'de ölçülür
B. Isat, endüktans değeri %30 düştüğünde oluşan tipik değerdir
C. Irms, 40°C'lik bir sıcaklık artışına neden olduğunda tipik değerdir
D. Tüm parametreler 25°C'de ölçülür
tanım
L―Endüktans değeri: Dönüştürücü tasarım formülüyle hesaplanan indüktörün ana fonksiyonel parametreleri, indüktörün çıkış gücünü idare etme ve dalgalanma akımını kontrol etme yeteneğini belirlemek için kullanılır.
DCR-DC direnci: Bileşenin direnci, kullanılan bakır sargı telinin uzunluğuna ve çapına bağlıdır.
SRF-kendi kendine rezonans frekansı: indüktör bobininin endüktans değerinin dağıtılmış kapasitans ile rezonansa girdiği frekans noktası.
Isat―Doyma akımı: Demir çekirdeğin indüktörden geçerken doymasına neden olan ve endüktans değerinin düşmesine neden olan akım.
Irms-Kök Ortalama Kare Akım: İndüktörden sürekli olarak geçen ve izin verilen maksimum sıcaklık artışına neden olan akımdır.
Derecelendirmeleri doğru kullanmak için bunların nasıl türetildiğini anlamalısınız. Veri sayfası tüm çalışma koşullarındaki performansı gösteremediğinden, farklı çalışma koşulları altında derecelendirmelerin nasıl değiştiğini anlamak gerekir.
Endüktans değeri (L)
Endüktans değeri, gerekli devre fonksiyonunu gerçekleştirmek için ana parametredir ve aynı zamanda çoğu tasarım sürecinde hesaplanacak ilk parametredir. Bu değer, belirli bir minimum enerji depolama kapasitesinin (veya volt-mikrosaniye kapasitesinin) sağlanması ve çıkış akımı dalgalanmasının azaltılması standardına göre hesaplanır. Kullanılan endüktans değeri hesaplanan sonuçtan küçükse DC çıkışının AC dalgalanması artacaktır. Çok büyük veya çok küçük endüktans değerlerinin kullanılması, dönüştürücünün sürekli ve süreksiz çalışma modları arasında geçiş yapmasına neden olabilir.
hata payı
DC-DC dönüştürücülerin çoğu uygulamasında endüktans toleransları için özellikle katı gereksinimler yoktur. Çoğu bileşen için standart toleranslı ürünlerin seçilmesi uygun maliyetlidir ve çoğu dönüştürücünün gereksinimlerini karşılayabilir. Tablo 1'deki endüktans toleransı çoğu dönüştürücü için uygun olan ±%20'dir.
Test Koşulları
■ Gerilim. Nominal endüktans değeri, kullanılan frekansı ve test voltajını belirtmelidir. Katalogda belirtilen endüktans değerlerinin çoğu "küçük" sinüzoidal gerilimlere dayanmaktadır. İndüktör tedarikçileri için bu, tekrarlanan uygulamalar için uygulanması en kolay ve en uygun yöntemdir ve çoğu uygulama için endüktans değerlerinin türetilmesi için uygundur.
■ Dalga formu. Sinüzoidal voltaj standart bir cihaz test koşuludur ve genellikle elde edilen endüktans değerinin tasarım formülüyle hesaplanan endüktans değeriyle eşleştiğinden emin olabilir.
■ Test sıklığı. Çoğu güç indüktörü 20kHz ila 500kHz aralığında pek değişmez, bu nedenle yaygın olarak kullanılan ve daha uygun yaklaşım, 100kHz'e dayalı bir derecelendirme kullanmaktır. Unutulmamalıdır ki frekans arttıkça endüktans değeri eninde sonunda azalacaktır. Bu olgunun nedeni, kullanılan demir çekirdek malzemesinin frekans azalması özelliklerinden kaynaklanabileceği gibi, bobin endüktansının rezonansından ve dağıtılmış kapasitansından da kaynaklanabilir. Çoğu dönüştürücü 50kHz ila 500kHz aralığında çalıştığından, 100kHz uygun bir standart test frekansıdır. Anahtarlama frekansı 500kHz, 1MHz ve üzerine çıktığında, gerçek uygulama frekansına dayalı nominal değerlerin kullanılmasının dikkate alınması daha da önemlidir.
direnç
DC direnci (DCR)
DCR, yalnızca bakır telin çapına ve uzunluğuna dayalı olarak, indüktörde kullanılan bakır telin bir ölçüsüdür. Katalogda belirtilen değer genellikle “maksimum değer” olmakla birlikte toleranslı bir nominal değer de belirtilebilir. İkinci yöntem ise nominal değeri veya beklenen direnci vererek daha öğretici olabilir ama aynı zamanda ürünün direnci çok küçük olduğundan ve her zaman bir zararı olmadığından spesifikasyonları gereksiz yere sıkılaştırabilir.
Genellikle bakır olan bobin malzemelerinin direnci gibi DCR de sıcaklıkla değişir. DCR derecesi, çok önemli olan çevresel test sıcaklığını dikkate almalıdır. Bakırın sıcaklık direnci katsayısı santigrat derece başına yaklaşık +%0.4'tür3. Bu nedenle, maksimum 0.009 ohm değeriyle gösterilen ürünün karşılık gelen maksimum değeri 0.011°C'de 85 ohm'dur ve bu yalnızca 2 miliohm uzaktadır, ancak toplam değişiklik %25'tir. Beklenen DCR ile sıcaklık arasındaki ilişki Şekil 4'te gösterilmektedir.
Şekil 4: 0.009°C'de 25Ω Maks beklenen DC direncine göre
alternatif akım direnci
Bu parametre genellikle endüktans veri sayfasında belirtilmez ve çalışma frekansının veya akımının AC bileşeni DC bileşeninden büyük olmadığı sürece genellikle dikkate alınması gereken bir sorun değildir.
Cilt etkisinden dolayı çoğu endüktans bobininin direnci çalışma frekansı arttıkça artar. AC veya dalgalı akım, ortalama veya DC akıma göre küçükse, DCR, direnç kaybının iyi bir ölçüsüdür. Kaplama etkisi bakır telin çapına ve frekansına göre değişir3. Bu nedenle bu verileri dahil etmek için katalogda listelenen her bir indüktörün tam frekans eğrisinin verilmesi gerekir.
Şekil 5: American wire gauge 22 yuvarlak bakır telin AC direnci/DC direnci
Bu, 500kHz'in altındaki çoğu uygulama için gereksizdir. Şekil 5'ten yaklaşık 200 kHz'in altındaki frekanslarda AC direncinin DC direnciyle karşılaştırılamayacağı görülebilmektedir. Bu frekansın üzerinde bile AC akımı DC bileşeninden büyük değilse AC direnci sorun teşkil etmez. Ancak frekansın 200-300 kHz'den yüksek olması durumunda önerilen yaklaşım, yayınlanan bilgilere ek olarak tedarikçiden kayıp ve frekans arasındaki ilişkiye ilişkin bilgi istemektir.
Bileşenlerin boyutunu en aza indirmek istiyorsanız tasarımcılar mümkün olduğu kadar büyük dirence sahip bileşenleri seçmelidir. Normal koşullar altında DCR'nin azaltılması, daha kalın bakır tellerin kullanılması gerektiği anlamına gelir ve genel boyut daha büyük olabilir. Bu nedenle DCR seçimini optimize etmek, güç verimliliği, bileşenin izin verilen voltaj düşüşü ve bileşen boyutu arasındaki bir dengedir.
Doğru indüktörü seçmek için, indüktörün performansını ve istenen dahili devre performansının tedarikçinin veri sayfasındaki bilgilerle nasıl ilişkili olduğunu tam olarak anlamak gerekir. Bu makale, deneyimli güç dönüşümü uzmanları ve profesyonel olmayanlar için indüktör kataloğunu ve indüktörlerin önemli özelliklerini açıklamaktadır.
tanıtmak
DC-DC dönüştürücülerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Elektronik sistemler küçüldükçe, daha mobil hale geldikçe, daha karmaşık ve daha popüler hale geldikçe güç gereksinimleri de çeşitlendi. Mevcut akü voltajı, gerekli çalışma voltajı, boyut ve şekil gereksinimleri sürekli değişiyor, bu da ekipman tasarımcılarının güç dönüştürme problemini çözmek için sürekli yeni yollar bulmasını gerektiriyor. Ürün gereksinimlerinin genellikle performansın iyileştirilmesi ve boyutun küçültülmesi yoluyla karşılanması gerekir, bu nedenle optimizasyon çok önemli hale gelir. Güç dönüşümü için tüm uygulamalar "herkese uygun tek çözüm" olamaz. Örneğin birçok pratik uygulama, Şekil 1'deki gibi ince bileşenlerin kullanımını gerektirir.
Şekil 1: İnce ve hafif bir dönüştürücü tasarlamak, ince indüktörlerin kullanılmasını gerektirir
Dönüştürücülerin toplu olarak satın alınmasına yönelik büyüyen pazara ek olarak, birçok devre tasarımcısı artık güç kaynağı şirketlerine güvenmek yerine kendi DC-DC dönüşüm devrelerini de tasarlıyor, böylece daha fazla devre tasarımcısı kendi bileşenlerini seçebiliyor. Temel DC-DC dönüşüm devresi oldukça olgun bir teknolojidir ve hala yavaş yavaş gelişmektedir. Bu nedenle, profesyonel yazarlar pratik yardımcı tasarım malzemeleri yazabilir ve ekipman tasarımcıları bu malzemeleri kendi dönüştürücülerini tasarlamak için kullanabilirler. Kolayca bulunabilen bazı yazılımlar da bu tasarımların sürecini basitleştirebilir1.
Devre topolojisini belirledikten sonra en önemli tasarım görevlerinden biri bileşenlerin seçilmesidir. Birçok devre tasarım programı gerekli bileşen parametre değerlerini listeleyebilir. Bu noktada tasarımcı gerekli endüktans değerini belirleyerek başlamalı ve son olarak işi gerçekleştirmek için mevcut aralıktan bir bileşen seçmelidir. DC-DC dönüştürücülerde kullanılan indüktörler çeşitli şekil ve boyutlardadır. Şekil 2 ve 3 bunlardan ikisini göstermektedir. Farklı tipleri karşılaştırmak ve belirli bir uygulama için uygun bileşenleri seçmek için tasarımcıların bu indüktörler için yayınlanmış spesifikasyonları doğru bir şekilde anlamaları gerekir.
Şekil 2: Düz telli E-şekilli demir çekirdekli indüktör
Şekil 3: Yüksek yoğunluklu devreler için sağlam yapıya sahip, manyetik olarak korumalı kalıplanmış indüktör
DC-DC dönüştürücü gereksinimleri
Kısaca DC-DC dönüştürücünün işlevi, belirli bir giriş voltajı altında kararlı bir DC çıkış voltajı sağlamaktır. Belirli bir yük akımı aralığını ve/veya giriş voltajı aralığını aşmadan DC çıkış voltajını ayarlamak için genellikle bir dönüştürücü gerekir. İdeal durumda DC çıkışı "saftır", yani dalgalanma akımı veya dalgalanma voltajı belirli bir seviyede kontrol edilir. Ayrıca gücün güç kaynağından yüke aktarılması işleminin de belirli bir verimlilik seviyesine ulaşması gerekir. Bu hedeflere ulaşmak için güç indüktörlerinin seçimi önemli bir adımdır.
Güç indüktörü parametreleri
Endüktans performansı çeşitli rakamlarla açıklanabilir. Tablo 1 tipik bir endüktans veri sayfasıdır. Bu veriler, bir DC-DC dönüştürücüde kullanılan yüzeye monteli bir güç indüktörünü açıklamaktadır.
Tablo 1: Tipik indüktörler kataloğundan alıntı 2 
A. Endüktans değeri 1MHz ve 0.1Vrms'de ölçülür
B. Isat, endüktans değeri %30 düştüğünde oluşan tipik değerdir
C. Irms, 40°C'lik bir sıcaklık artışına neden olduğunda tipik değerdir
D. Tüm parametreler 25°C'de ölçülür
tanım
L―Endüktans değeri: Dönüştürücü tasarım formülüyle hesaplanan indüktörün ana fonksiyonel parametreleri, indüktörün çıkış gücünü idare etme ve dalgalanma akımını kontrol etme yeteneğini belirlemek için kullanılır.
DCR-DC direnci: Bileşenin direnci, kullanılan bakır sargı telinin uzunluğuna ve çapına bağlıdır.
SRF-kendi kendine rezonans frekansı: indüktör bobininin endüktans değerinin dağıtılmış kapasitans ile rezonansa girdiği frekans noktası.
Isat―Doyma akımı: Demir çekirdeğin indüktörden geçerken doymasına neden olan ve endüktans değerinin düşmesine neden olan akım.
Irms-Kök Ortalama Kare Akım: İndüktörden sürekli olarak geçen ve izin verilen maksimum sıcaklık artışına neden olan akımdır.
Derecelendirmeleri doğru kullanmak için bunların nasıl türetildiğini anlamalısınız. Veri sayfası tüm çalışma koşullarındaki performansı gösteremediğinden, farklı çalışma koşulları altında derecelendirmelerin nasıl değiştiğini anlamak gerekir.
Endüktans değeri (L)
Endüktans değeri, gerekli devre fonksiyonunu gerçekleştirmek için ana parametredir ve aynı zamanda çoğu tasarım sürecinde hesaplanacak ilk parametredir. Bu değer, belirli bir minimum enerji depolama kapasitesinin (veya volt-mikrosaniye kapasitesinin) sağlanması ve çıkış akımı dalgalanmasının azaltılması standardına göre hesaplanır. Kullanılan endüktans değeri hesaplanan sonuçtan küçükse DC çıkışının AC dalgalanması artacaktır. Çok büyük veya çok küçük bir endüktans değerinin kullanılması, dönüştürücünün sürekli ve süreksiz çalışma modları arasında geçiş yapmasına neden olabilir.
hata payı
DC-DC dönüştürücülerin çoğu uygulamasında endüktans toleransları için özellikle katı gereksinimler yoktur. Çoğu bileşen için standart toleranslı ürünlerin seçilmesi uygun maliyetlidir ve çoğu dönüştürücünün gereksinimlerini karşılayabilir. Tablo 1'deki endüktans toleransı çoğu dönüştürücü için uygun olan ±%20'dir.
Test Koşulları
■ Gerilim. Nominal endüktans değeri, kullanılan frekansı ve test voltajını belirtmelidir. Katalogda belirtilen endüktans değerlerinin çoğu "küçük" sinüzoidal gerilimlere dayanmaktadır. İndüktör tedarikçileri için bu, tekrarlanan uygulamalar için uygulanması en kolay ve en uygun yöntemdir ve çoğu uygulama için endüktans değerlerinin türetilmesi için uygundur.
■ Dalga formu. Sinüzoidal voltaj standart bir cihaz test koşuludur ve genellikle elde edilen endüktans değerinin tasarım formülüyle hesaplanan endüktans değeriyle eşleştiğinden emin olabilir.
■ Test sıklığı. Çoğu güç indüktörü 20kHz ila 500kHz aralığında pek değişmez, bu nedenle yaygın olarak kullanılan ve daha uygun yaklaşım, 100kHz'e dayalı bir derecelendirme kullanmaktır. Unutulmamalıdır ki frekans arttıkça endüktans değeri eninde sonunda azalacaktır. Bu olgunun nedeni, kullanılan demir çekirdek malzemesinin frekans azalması özelliklerinden kaynaklanabileceği gibi, bobin endüktansının rezonansından ve dağıtılmış kapasitansından da kaynaklanabilir. Çoğu dönüştürücü 50kHz ila 500kHz aralığında çalıştığından, 100kHz uygun bir standart test frekansıdır. Anahtarlama frekansı 500kHz, 1MHz ve üzerine çıktığında, gerçek uygulama frekansına dayalı nominal değerlerin kullanılmasının dikkate alınması daha da önemlidir.
direnç
DC direnci (DCR)
DCR, yalnızca bakır telin çapına ve uzunluğuna dayalı olarak, indüktörde kullanılan bakır telin bir ölçüsüdür. Katalogda belirtilen değer genellikle “maksimum değer” olmakla birlikte toleranslı bir nominal değer de belirtilebilir. İkinci yöntem ise nominal değeri veya beklenen direnci vererek daha öğretici olabilir ama aynı zamanda ürünün direnci çok küçük olduğundan ve herhangi bir zararı olmadığından spesifikasyonları gereksiz yere sıkılaştırabilir.
Genellikle bakır olan bobin malzemelerinin direnci gibi DCR de sıcaklıkla değişir. DCR derecesi, çok önemli olan çevresel test sıcaklığını dikkate almalıdır. Bakırın sıcaklık direnci katsayısı santigrat derece başına yaklaşık +%0.4'tür3. Bu nedenle, maksimum 0.009 ohm değeriyle gösterilen ürünün karşılık gelen maksimum değeri 0.011°C'de 85 ohm'dur ve bu yalnızca 2 miliohm uzaktadır, ancak toplam değişiklik %25'tir. Beklenen DCR ile sıcaklık arasındaki ilişki Şekil 4'te gösterilmektedir.
Şekil 4: 0.009°C'de 25Ω Maks beklenen DC direncine göre
alternatif akım direnci
Bu parametre genellikle endüktans veri sayfasında belirtilmez ve çalışma frekansının veya akımının AC bileşeni DC bileşeninden büyük olmadığı sürece genellikle dikkate alınması gereken bir sorun değildir.
Cilt etkisinden dolayı çoğu endüktans bobininin direnci çalışma frekansı arttıkça artar. AC veya dalgalı akım, ortalama veya DC akıma göre küçükse, DCR, direnç kaybının iyi bir ölçüsüdür. Kaplama etkisi bakır telin çapına ve frekansına göre değişir3. Bu nedenle bu verileri dahil etmek için katalogda listelenen her bir indüktörün tam frekans eğrisinin verilmesi gerekir.
Şekil 5: American wire gauge 22 yuvarlak bakır telin AC direnci/DC direnci
Bu, 500kHz'in altındaki çoğu uygulama için gereksizdir. Şekil 5'ten yaklaşık 200 kHz'in altındaki frekanslarda AC direncinin DC direnciyle karşılaştırılamayacağı görülebilmektedir. Bu frekansın üzerinde bile AC akımı DC bileşeninden büyük değilse AC direnci sorun teşkil etmez. Ancak frekansın 200-300 kHz'den yüksek olması durumunda önerilen yaklaşım, yayınlanan bilgilere ek olarak tedarikçiden kayıp ve frekans arasındaki ilişkiye ilişkin bilgi istemektir.
Bileşenlerin boyutunu en aza indirmek istiyorsanız tasarımcılar mümkün olduğu kadar büyük dirence sahip bileşenleri seçmelidir. Normal koşullar altında DCR'nin azaltılması, daha kalın bakır tellerin kullanılması gerektiği anlamına gelir ve genel boyut daha büyük olabilir. Bu nedenle DCR seçimini optimize etmek, güç verimliliği, bileşenin izin verilen voltaj düşüşü ve bileşen boyutu arasındaki bir dengedir.