EN
Vinnige Skakels
In hoëfrekwensie-gelykstroom-gelykstroomomsetters, filter 'n onduleerder die rimpelstroom wat op die gelykstroom-uitvoer oorvleuel. Of die omsetter 'n afbreek-, verhoog- of afbreek-verhogings-topologie is, vlak die onduleerder die rimpel uit om 'n stabiele gelykstroom-uitvoer te verskaf. 'n Onduleerder se doeltreffendheid is hoogste wanneer die gekombineerde yster- en koperverliese by hul minimum is. Om die hoogste doeltreffendheid—dit wil sê, die laagste verlies—te bereik deur 'n goeie komponent te kies om die rimpelstroom te vlak, is dit noodsaaklik dat die kern van die onduleerder nie versadig nie en dat die winding nie oorverhit wanneer die bedryfsstroom daardeur vloei nie. Hierdie artikel stel metodes voor om onduleerderverliese te evalueer en ontwerpbenaderings om hoë-doeltreffendheid onduleerders doeltreffend en vinnig te kies.
1. Evalueering van Onduleerderverliese
Die evaluering van 'n inductor se kern- en koperverliese is redelik ingewikkeld. Kernverlies hang gewoonlik af van verskeie faktore, soos die rippelstroomwaarde, skakelfrekwensie, kernmateriaal, kernparameters en die lugafstande in die kern. Die stroombaan se rippelstroom en skakelfrekwensie is toepassingsafhanklik, terwyl die kernmateriaal, parameters en lugafstande inductorafhanklik is.
Die mees algemene vergelyking vir die evaluering van kernverlies is die Steinmetz-vergelyking:
Waar:
Pvc = Drywingsverlies per eenheidsvolume van die kern
K, x, y = Kernmateriaalkonstantes
f = Skakelfrekwensie
B = Magnetiese vloeddigtheid
Hierdie vergelyking toon dat kernverlies (yster verlies) afhang van frekwensie (f) en magnetiese vloeddigtheid (B). Aangesien magnetiese vloeddigtheid afhang van die rimpelstroom, is beide veranderlikes wat afhanklik is van die toepassing. Kernverlies hang ook af van die induktor self, aangesien die kernmateriaal die konstantes K, x en y bepaal. Verder word die magnetiese vloeddigtheid gedeeltelik bepaal deur die effektiewe kernarea (Ae) en die aantal windings (N). Derhalwe hang kernverlies af van sowel die toepassing as die spesifieke ontwerp van die induktor.
Daarteenoor is die berekening van Gelykstroom-koperverlies relatief eenvoudig:
Waar:
Pdc = Gelykstroom-verlies (W)
Idc_rms = RMS-stroom van die induktor (A)
DCR = Gelykstroom-weerstand van die induktor-winding (Ω)
Die evaluering van AC-koperverlies is meer ingewikkeld, aangesien dit toeneem weens die hoër AC-weerstand wat veroorsaak word deur die vel-effek en nabyyheidseffek by hoë frekwensies. 'n ESR (Ekwivalente Serieweerstand) of ACR (AC-weerstand) kurwe kan 'n sekere toename in weerstand by hoër frekwensies toon. Hierdie kurwes word egter gewoonlik by baie lae stroomvlakke gemeet en sluit dus nie die ysterverliese in wat as gevolg van rimpelstroom ontstaan nie, wat 'n algemene punt van wanbegrip is.
Byvoorbeeld, oorweeg die ESR teenoor Frekwensie-kurwe soos getoon in Figuur 1.
Figuur 1. ESR teenoor Frekwensie
Volgens hierdie grafiek, is die ESR baie hoog bo 1 MHz. Die gebruik van hierdie spoel bo hierdie frekwensie sal skynbaar lei tot baie hoë koperverlies, wat dit 'n ongeskikte keuse maak. In 'n werklike toepassing is die werklike verlies van die spoel egter veel laer as wat hierdie kurwe voorstel.
Oorweeg die volgende voorbeeld:
Gaan uit van 'n omsetter met 'n uitset van 5 V by 0,4 A (2,0 W) en 'n skakelfrekwensie van 200 kHz. 'n 10 µH Codaca induktor word gekies, met die tipiese ESR teenoor Frekwensieverhouding soos getoon in Figuur 1. By die bedryfsfrekwensie van 200 kHz, is die ESR ongeveer 0,8Ω.
Vir 'n afsetomskakelaar is die gemiddelde induktorstroom gelyk aan die lasstroom van 0,4 A. Ons kan die verlies in die induktor as volg bereken:
6,0% = 0,128W / (2,0W + 0,128W) (Die induktor sou 6% van die insetkrag verbruik)
Indien egter dieselfde omskakelaar by 4 MHz bedryf word, kan uit die ESR-kurwe gesien word dat R ongeveer 11Ω is. Die kragverlies in die induktor sou dan wees:
46,8% = 1,76W / (2,0W + 1,76W) (Die induktor sou 46,8% van die insetkrag verbruik)
Gebaseer op hierdie berekening, blyk dit dat hierdie induktor nie by of bo hierdie frekwensie gebruik behoort te word nie.
In die praktyk is die doeltreffendheid van die omskakelaar baie beter as wat uit die ESR-frekwensiekurwe bereken word. Hier is die rede:
Figuur 2 toon 'n vereenvoudigde stroomgolfvorm vir 'n afsetomskakelaar in deurlopende geleidingsmodus met 'n klein rimpelstroom.
Figuur 2. Vereenvoudigde Buck Converter Stroomgolfvorm
Aanvaar dat Ip-p (piek-tot-piek rimpelstroom) ongeveer 10% van die gemiddelde stroom is:
I_dc = 0,4 A
I_p-p = 0,04 A
Om die spoel se verlies akkuraat te evalueer, moet dit verdeel word in lae-frekwensie verlies (DC-verlies) en hoë-frekwensie verlies.
Die lae-frekwensie weerstand (wat effektief die DCR is) is ongeveer 0,7Ω volgens die grafiek. Die stroom is die RMS-waarde van die lasstroom plus die rimpelstroom. Aangesien die rimpelstroom klein is, is die effektiewe stroom ongeveer gelyk aan die DC-lasstroom.
Vir die hoë-frekwensie verlies, dit is 
, R is ESR (200 kHz), waar I slegs die root mean square (rms)-waarde van die rimpelstroom is:
By 200 kHz is die AC-verlies:
Daarom is die totale voorspelde spoelverlies by 200 kHz 0,112 W + 0,000106 W = 0,112106 W.
Die voorspelde verlies by 200 kHz is slegs effens hoër (minder as 1%) as die DCR-voorspelde verlies.
Latenkmal bereken ons die verlies by 4 MHz. Die lae-frekwensie verlies bly dieselfde by 0,112 W.
Die AC-verliesberekening moet die ESR by 4 MHz gebruik, wat ons vantevore geraam het op 11Ω:
Daarom is die totale induktorverlies by 4 MHz 0,112 W + 0,00147 W = 0,11347 W.
Dit is veel meer inligting. Die voorspelde verlies is slegs ongeveer 1,3% hoër as die DCR-verlies, wat ver onder die vantevore voorspelde 1,76 W is. Verder sou 'n mens nie dieselfde induktansiewaarde by 4 MHz gebruik as by 200 kHz nie; 'n kleiner induktansiewaarde sou gebruik word, en die DCR van daardie kleiner induktor sou ook laer wees.
2. Hoë-Doeeltreffendheid Induktorontwerp
Vir kontinue stroommodus-omskakelaars waar die rimpelstroom klein is relatief tot die lasstroom, moet 'n redelike verliesberekening uitgevoer word deur gebruik te maak van 'n kombinasie van DCR en ESR. Daarbenewens sluit die verlies wat uit die ESR-kurwe bereken word, nie ysterverlies in nie. 'n Induktor se doeltreffendheid word bepaal deur die som van sy koper- en ysterverliese. Codaca optimaliseer induktor-doeltreffendheid deur lae-verlies materiale te kies en induktore te ontwerp vir minimum totale verlies. Die gebruik van platdraadwikkelinge verskaf die laagste DCR binne 'n gegewe grootte, wat koperverlies verminder. Verbeterde kernmateriale verminder kernverlies by hoë frekwensies, wat sodoende die induktor se algehele doeltreffendheid verhoog.
Byvoorbeeld, Codaca se CSEG-reeks geveselde kraginduktore is geoptimaliseer vir hoë-frekwensie, hoë-piekstroom toepassings. Hierdie induktore bied sagte saturasie-eienskappe terwyl dit die laagste wisselstroomverlies en 'n laer DCR by frekwensies van 200 kHz en hoër bied.
Figuur 3 toon die induktansie teenoor stroomkarakteristieke vir 3,8/3,3 µH-induktors van die CSBX , CSEC , en CSEB reeks. Die CSBX-, CSEC- en CSEB-reekse is duidelik die beste keuses om induktansie te handhaaf by strome van 12 A of hoër.
Tabel 1. Vergelyking van DCR en Isat vir CSBX, CSEC en CSEB.
Wanneer die wisselstroomverlies en totale verlies van die induktors by 200 kHz vergelyk word, bereik die CSEB-reeks, met sy innoverende struktuur wat alle vorige ontwerpe oortref, die laagste geluidstroom- en wisselstroomverliese. Dit maak die CSEB-reeks die optimale keuse vir hoëfrekwensiekragomskakelaars wat hoë piekstrome moet weerstaan terwyl dit die laagst moontlike geluidstroom- en wisselstroomverliese vereis.
Figuur 3. Vergelyking van Versadigingsstroom en Temperatuurstyging Stroomkurwes vir 3,8/3,3 μH-induktors in die CSBX-, CSEC- en CSEB-reekse.
Figuur 4. Vergelyking van Wisselstroomverlies en Totale Verlies by 200 kHz vir CSBX-, CSEC- en CSEB-reekse.
3. Induktor Vinnige Keuse-gereedskap
Om die keuseproses van inductors vir ingenieurs te versnel, het Codaca keusegidslyne ontwikkel wat verliese kan bereken op grond van gemeet kern- en windingdata vir elke moontlike toepassingsomstandigheid. Die resultate van hierdie gereedskap sluit stroomafhanklike en frekwensie-afhanklike kern- en windingverliese in, wat die behoefte om proprietêre inductorontwerp-inligting (soos kernmateriaal, Ae, en aantal wikkellinge) aan te vra of handmatige berekeninge uit te voer, elimineer.
Die Codaca-keusegidslyne bereken die vereiste induktansiewaarde op grond van bedryfsomstandighede soos inset/uitset-spanning, skakelfrekwensie, gemiddelde stroom, en rimpelstroom. Deur hierdie inligting in ons Power Inductor Finder in te voer, kan u filtreer vir inductors wat aan hierdie vereistes voldoen, met die induktansie, DCR, saturasiestroom, temperatuurstygingstroom, bedryfstemperatuur, en ander inligting van elke inductor uiteengesit.
As u reeds die vereiste induktansie en stroom vir u toepassing ken, kan u hierdie inligting direk invoer in die Power Inductor Finder . Die resultate sal die kern- en wikkelingverliese toon, sowel as die saturasiestroomgradering vir elke induktor, wat u in staat stel om te verifieer of die induktor naby sy ontwerpspesifikasies sal bly onder piekstroomtoestande van die toepassing.
Die gereedskap kan ook gebruik word om induktansie teenoor stroomgedrag grafies voor te stel, om die verskille en voordele van verskillende induktortipes te vergelyk. U kan begin deur die resultate volgens totale verlies te sorteer. Deur alle induktorinligting (tot vier tipes) op een grafiek te plak en dit te sorteer, word hierdie ontleding vergemaklik, wat u help om die doeltreffendste induktor te kies.
Die berekening van totale verlies kan ingewikkeld wees, maar hierdie berekeninge is ingebou in Codaca se keusegids, wat die keuse, vergelyking en ontleding so eenvoudig moontlik maak, sodat u doeltreffender 'n hoë-doeltreffendheids kraginduktor kan kies.
【Verwysings】:
Codaca-webwerf: Keuse van induktor vir Gelykstroom/Gelykstroom-omsetter - Shenzhen Codaca Electronics Co., Ltd. (codaca.com)
Codaca-webwerf: Soektoerusting vir kraginduktor - Shenzhen Codaca Electronics Co., Ltd. (codaca.com)
Codaca-webwerf: Vergelyking van kraginduktorverlies - Shenzhen Codaca Electronics Co., Ltd. (codaca.com)