راهنمای انتخاب سلف تزغینی با الکترود پایین

با پیشرفت فناوری الکترونیک، سیم‌پیچ‌های کوچک و با عملکرد بالا به‌طور گسترده‌تری در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف استفاده می‌شوند. در این میان، سیم‌پیچ توان مولد با الکترود در کف به دلیل ساختار فشرده، قابلیت اطمینان بالا و عملکرد عالی، به مؤلفه‌ای ترجیحی در سیستم‌های الکترونیکی با چگالی و فرکانس بالا تبدیل شده است. عملکرد جامع آن از سیم‌پیچ‌های سیمی سنتی بهتر است، به‌ویژه در کاربردهایی که به دنبال کوچک‌سازی، قابلیت اطمینان بالا و EMI پایین هستند. این مقاله به شرح مزایا و انتخاب محصول سیم‌پیچ مولد با الکترود در کف می‌پردازد و هدف آن ارائه مرجعی برای مهندسان طراحی توان است.

1- مزایای سیم‌پیچ‌های مولد با الکترود در کف

سرنشین‌های مولده دو نوع دارند: یکی با استفاده از الکترودهای نوع L و دیگری با استفاده از الکترودهای کفی. سرنشین توان القایی مولده با الکترود کفی از فرآیند جدیدی در قالب‌گیری بهره می‌برد که در آن سیم‌پیچ و هسته مغناطیسی در یک واحد یکپارچه قرار می‌گیرند و الکترودها در پایین قرار می‌گیرند، که این امر منجر به یکپارچه‌سازی بالاتر و بهینه‌سازی عملکرد می‌شود.

شکل ۱. ساختار سرنشین توان القایی مولده با الکترود کفی

مزایای سرنشین توان القایی مولده با الکترود کفی عمدتاً در جنبه‌های زیر نمایان می‌شود:

◾ کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی با چگالی بالا: این سرنشین‌ها می‌توانند فضای اشغالی روی برد مدار چاپی (PCB) را کاهش داده و چگالی نصب را افزایش دهند. در مقایسه با سرنشین‌های سیم پیچی سنتی، سرنشین‌های توان القایی مولده با الکترود کفی حجم کمتری دارند و بنابراین به‌ویژه برای دستگاه‌های قابل حمل با محدودیت فضا و ماژول‌های توان با چگالی بالا مناسب هستند.

◾ مقاومت کم در برابر جریان مستقیم (DCR): با بهینه‌سازی روش پیچش سیم‌پیچ و طراحی الکترود، القاگر می‌تواند مقاومت DCR پایین‌تری داشته باشد که این امر منجر به کاهش تلفات توان و بهبود بازده تبدیل می‌شود (به‌ویژه در شرایط ولتاژ پایین و جریان بالا عملکرد برجسته‌ای دارد).

◾ قابلیت اطمینان بالا: انتهای سیم‌پیچ با خم کردن و قالب‌گیری تحت فشار با پودر هسته T، الکترود پایه‌ای جامد تشکیل می‌دهد. این امر استحکام پد لحیم‌کاری را افزایش داده و نیاز به ترمینال‌های جوش داده شده اضافی را حذف می‌کند و خطر ایجاد مدار باز را برطرف کرده و قابلیت اطمینان محصول را افزایش می‌دهد.

به عنوان یک فناوری نوآورانه در القاگرهای توان قالب‌گذاری شده، نوع الکترود پایینی مزایای قابل توجهی در ساختار محصول، عملکرد الکتریکی و کاربرد ارائه می‌دهد. این القاگرها به طور گسترده در زمینه‌هایی مانند مبدل‌های DC-DC خودرو، سیستم‌های ADAS، ماژول‌های توان، منابع تغذیه سوئیچینگ با فرکانس بالا، درایوهای موتور، اینورترهای فتوولتائیک و تجهیزات ارتباطی استفاده می‌شوند.

2- راهنمای انتخاب القاگرهای توان قالب‌گذاری شده با الکترود پایینی

کدکا شرکت کوداکا مغناطیس‌های سلفی با ویژگی‌های مواد مختلف توسعه داده است تا با کاربردهای گوناگون مشتریان سازگار باشد. برای کمک به مشتریان در انتخاب مناسب‌ترین سلف توان، در زیر مدل‌های نماینده‌ی سلف‌های صنعتی کف-الکترود قالب‌گیری‌شده کوداکا — CSEG، CSEC، CSEB و CSEB-H — با مقایسه‌ی مشخصات الکتریکی آنها آورده شده است.

2.1 CSEG : DCR بسیار پایین، کمترین تلفات در محدوده فرکانس پایین

◾ ساختار محافظت مغناطیسی: مقاومت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI).

◾ ساختار قالب‌گیری‌شده: صدای آکوستیک بسیار پایین.

◾ ویژگی‌های اشباع نرم: تحمل جریان‌های پیک بالا را دارد.

◾ DCR بسیار پایین: بیشترین Irms (جریان افزایش دمایی).

◾ دستیابی به کمترین تلفات توان در محدوده فرکانس پایین (زیر 700 کیلوهرتز).

◾ طراحی نازک: صرفه‌جویی در فضا، مناسب برای نصب با چگالی بالا.

◾ دمای کاری: 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد (شامل گرمایش خودی سیم‌پیچ).

2.2 سی‌اس‌ای‌سی : جریان اشباع بالا، کمترین تلفات در محدوده فرکانس بالا

◾ ساختار محافظ مغناطیسی: مقاومت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI).

◾ ساختار قالب‌گیری‌شده: صدای آکوستیک بسیار پایین.

◾ جریان اشباع فوق العاده بالا (Isat).

◾ مشخصه اشباع نرم: تحمل جریان‌های پیک بالاتر را دارد.

◾ دستیابی به کمترین تلفات توان در محدوده فرکانس بالا (700 کیلوهرتز تا 3 مگاهرتز).

◾ طراحی نازک: صرفه‌جویی در فضا، مناسب برای نصب با چگالی بالا.

◾ دمای کاری: 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد (شامل گرمایش خودی سیم‌پیچ).

2.3 سی‌اس‌ای‌بی : طیف گسترده‌ای از اندازه‌ها و مدل‌های محصول

◾ ساختار محافظ مغناطیسی: مقاومت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI).

◾ ساختار قالب‌گیری‌شده: صدای آکوستیک بسیار پایین.

◾ طیف وسیعی از اندازه‌ها و مقادیر اندوکتانس (بیشینه اندازه 1510).

◾ ویژگی‌های اشباع نرم: تحمل جریان‌های پیک بالا را دارد.

◾ طراحی نازک: صرفه‌جویی در فضا، مناسب برای نصب با چگالی بالا.

◾ محصول استاندارد مطابق با AEC-Q200 است.

◾ دمای کاری: 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد (شامل گرمایش خودی سیم‌پیچ).

2.4 سی‌اس‌ای‌بی-اچ : DCR پایین و جریان تحمل افزایش دما بالا

◾ ساختار محافظ مغناطیسی: مقاومت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI).

◾ ساختار قالب‌گیری‌شده: صدای آکوستیک بسیار پایین.

◾ DCR پایین.

◾ Irms بالا (جریان تحمل افزایش دما).

◾ ویژگی‌های اشباع نرم: تحمل جریان‌های پیک بالا را دارد.

◾ طراحی نازک: صرفه‌جویی در فضا، مناسب برای نصب با چگالی بالا.

◾ محصول استاندارد مطابق با AEC-Q200 است.

◾ دمای کاری: 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد (شامل گرمایش خودی سیم‌پیچ).

2.5 مقایسه پارامترهای عملکرد

چهار سری سلف‌های توان قالب‌گیری شده با عملکرد بالا که در بالا ذکر شد، به‌طور مستقل توسط کوداکا توسعه و طراحی شده‌اند. تمامی این سری‌ها دارای قابلیت اطمینان بالا و ساختار محافظ مغناطیسی هستند، اما هر سری مزایای عملکردی منحصربه‌فرد خود را دارد.

جدول 1. خلاصه عملکرد مشخصات انواع سلف‌های قالب‌گیری شده

ساده‌ترین روش انتخاب، استفاده از ابزارهای «یافتن سلف توان» و «مقایسه تلفات سلف توان» در وب‌سایت رسمی کوداکا است. سیستم بر اساس شرایط کاری وارد شده توسط شما (جریان، نوسان، دما، فرکانس کاری و غیره) عملکرد هر مدل را ارائه خواهد داد.

◾مقایسه جریان اشباع Isat

به عنوان مثال، با در نظر گرفتن مقدار اندوکتانس 4.7 میکروهری، محصولاتی با اندازه یکسان اما از سری‌های مختلف مقایسه می‌شوند.

در مقایسه با سری‌های CSEG، CSEB-H و CSEB، سری CSEC قابلیت جریان اشباع بالاتری ارائه می‌دهد و بنابراین گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهایی است که نیاز به تحمل جریان پیک بالا دارند.

شکل 2. مقایسه منحنی اندوکتانس در مقابل جریان اشباع برای مشخصات مختلف القایی‌های قالب‌گیری‌شده

◾ مقایسه جریان مؤثر (جریان افزایش دمایی)

با در نظر گرفتن مقدار اندوکتانس 4.7 میکروهری، محصولات هم‌سایز از سری‌های مختلف را مقایسه می‌کنیم.

جدول 2. جدول مقایسه پارامترهای مشخصه برای مشخصات مختلف القایی‌های قالب‌گیری‌شده

از جدول مقایسه بالا، علاوه بر مقاومت مستقیم بسیار پایین (DCR)، سری CSEG دارای جریان افزایش دمایی تقریباً 40 درصدی بیشتری نسبت به سری‌های CSEC، CSEB-H و CSEB است که این امر امکان کارکرد آن را در دمای پایین‌تری تحت شرایط کاری یکسان فراهم می‌کند.

شکل 3. مقایسه منحنی‌های جریان افزایش دمایی برای انواع مشخصات القایی‌های مجتمع قالب‌گیری‌شده

◾ مقایسه تلفات توان

با در نظر گرفتن مقدار اندوکتانس 4.7 میکروهری، خصوصیات تلفات هر سری با استفاده از آزمون حلقه استاندارد مورد آزمایش قرار گرفت.

شرایط آزمون: جریان = 10.5 آمپر، ریپل = 40٪، محدوده فرکانس = 100 تا 3000 کیلوهرتز، B = 3 میلی تسلا.

شکل 4. مقایسه تلفات توان در مدل‌های مختلف سیم‌پیچ قالب‌گیری‌شده

بر اساس تحلیل منحنی‌های فوق، سری CSEG کمترین تلفات کلی را در فرکانس پایین‌تر از 700 کیلوهرتز دارد. سری CSEC کمترین تلفات را در فرکانس بالاتر از 700 کیلوهرتز داراست. سری‌های CSEB و CSEB-H تلفات متوسطی دارند.

3- سری‌های محصولات اضافی

مقایسه فوق بر ویژگی‌های اصلی سیم‌پیچ‌های صنعتی با الکترود تحتانی قالب‌گیری‌شده متمرکز است. برای کاربردهای الکترونیک خودرو، کدآکا چندین مدل محصول سیم‌پیچ قالب‌گیری‌شده با کیفیت خودرویی توسعه داده است، از جمله سری‌های VSEB و VSEB-H.

شکل 5. سیم‌پیچ‌های قالب‌گیری‌شده خودرویی کدآکا (در دایره قرمز مشخص شده‌اند)

سرندک‌های توان الکتریکی با الکترود پایین قالب‌گیری‌شده درجه خودرویی کوداکا از ماده هسته پودر آلیاژی کم‌تلفات و فرآیند قالب‌گیری بهبودیافته استفاده می‌کنند و دارای تلفات کم، بازده بالا و محدوده فرکانس کاربردی گسترده‌ای هستند. طراحی فشرده آن‌ها باعث صرفه‌جویی در فضا شده و برای نصب با چگالی بالا مناسب است. تمام محصولات با استاندارد AEC-Q200 سازگار هستند. محدوده دمای کاری از -55°C تا +165°C (شامل گرمایش خودی سیم‌پیچ) گسترش می‌یابد و در شرایط کاربری پیچیده الکترونیک خودرو سازگار است.