ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम के लिए अनुशंसित इंडक्टर चयन

ऑटोमोटिव इलेक्ट्रिफिकेशन और बुद्धिमत्ता के गहन विकास के साथ, मोटर्स वाहनों में मुख्य शक्ति और नियंत्रण घटकों के रूप में उभरी हैं। इनका उपयोग ड्राइव सिस्टम (नई-ऊर्जा वाहन ट्रैक्शन मोटर्स), बॉडी नियंत्रण अनुप्रयोगों (पावर टेलगेट मोटर्स, विंडो मोटर्स, सीट समायोजन मोटर्स) और सहायक प्रणालियों (कूलिंग फैन मोटर्स, पावर स्टीयरिंग मोटर्स) में व्यापक रूप से किया जाता है। मोटर प्रारंभ/समाप्ति, गति और दिशा को नियंत्रित करने वाली मुख्य इकाई के रूप में, ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम को उच्च तापमान, कंपन, प्रबल विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप (EMI) और व्यापक वोल्टेज उतार-चढ़ाव जैसी कठोर ऑनबोर्ड परिस्थितियों के तहत कुशल, स्थिर और विश्वसनीय शक्ति आउटपुट प्रदान करना आवश्यक है। मोटर ड्राइव सिस्टम में एक मुख्य निष्क्रिय घटक के रूप में, इंडक्टर ऊर्जा भंडारण, फ़िल्टरिंग, चोकिंग और धारा शिखरों को दबाने जैसे महत्वपूर्ण कार्य करता है। इसका चयन प्रत्यक्ष रूप से रूपांतरण दक्षता, संचालन स्थिरता, विद्युत चुंबकीय संगतता (EMC) और सेवा जीवन को निर्धारित करता है।

• ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम का कार्य सिद्धांत और इंडक्टर्स की मुख्य भूमिका

ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम का मुख्य कार्य वाहन नियंत्रण इकाई (VCU) या स्थानीय नियंत्रण इकाई से आदेश प्राप्त करना, ऑनबोर्ड बिजली आपूर्ति से विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना और मोटर को सटीक प्रारंभ/स्टॉप, गति नियमन और अग्रगामी/पश्चगामी नियंत्रण प्राप्त करने के लिए चलाना है। इसके अतिरिक्त, यह धारा और गति प्रतिपुष्टि संकेतों का उपयोग करके बंद-लूप नियंत्रण को लागू करता है ताकि मोटर का सुचारू और सुरक्षित संचालन सुनिश्चित किया जा सके। परिपथ में आमतौर पर शक्ति प्रबंधन मॉड्यूल, MCU नियंत्रण मॉड्यूल, शक्ति ड्राइव मॉड्यूल, धारा/गति संसूचन मॉड्यूल और EMI फ़िल्टरिंग मॉड्यूल शामिल होते हैं।

चित्र 1. नई-ऊर्जा वाहन मोटर ड्राइव सिस्टम का ब्लॉक आरेख

अन्य वाहन-माउंटेड उपकरण; पॉवर बैटरी; उच्च-वोल्टेज नियंत्रण बॉक्स; उच्च-वोल्टेज डीसी पी/एन; वीसीयू; निम्न-वोल्टेज बैटरी; नियंत्रण रिले; फ्यूज़; ड्राइव मोटर (डीएम); तीन-फेज शक्ति लाइन्स यू/वी/डब्ल्यू; सिग्नल लाइन्स (रिज़ॉल्वर, तापमान); मोटर नियंत्रक (एमसीयू); वॉटर पंप; कूलेंट; रेडिएटर।

• • पावर ड्राइव लूप में इंडक्टर्स की भूमिका

ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव्स आमतौर पर पीडब्ल्यूएम (पल्स विड्थ मॉडुलेशन) नियंत्रण का उपयोग करते हैं। पावर उपकरणों (मॉसफेट/आईजीबीटी) को ऑन और ऑफ करके वे मोटर की गति और टॉर्क को नियंत्रित करने के लिए आउटपुट वोल्टेज और धारा को नियंत्रित करते हैं। इंडक्टर्स पावर ड्राइव लूप में एक मुख्य भूमिका निभाते हैं, मुख्य रूप से निम्नलिखित तरीकों से:

धारा के शिखर मानों को दबाना: जब मोटर शुरू या बंद होती है, गति बदलती है, या जब शक्ति उपकरण स्विच करते हैं, तो क्षणिक धारा शिखर (स्पाइक्स) उत्पन्न होते हैं। ये शिखर शक्ति उपकरणों (MOSFETs/IGBTs) और ड्राइवर चिप्स पर दबाव डाल सकते हैं और यहां तक कि घटकों को भी क्षतिग्रस्त कर सकते हैं। इंडक्टर अपने प्रेरक प्रतिघात के माध्यम से धारा परिवर्तन की दर (di/dt) को सीमित करता है, जिससे प्रभावी ढंग से धारा शिखरों का दमन होता है, ड्राइव लूप में मुख्य उपकरणों की रक्षा की जाती है और घटकों के जीवनकाल में वृद्धि की जाती है।

मोटर धारा को समतल करना: PWM नियंत्रण के कारण आउटपुट धारा में तरंगाकार उतार-चढ़ाव (रिपल) उत्पन्न होता है। यदि यह धारा सीधे मोटर में प्रवेश करती है, तो इससे कंपन में वृद्धि, अधिक शोर और अधिक वाइंडिंग हानि हो सकती है। ऊर्जा को लगातार संग्रहीत करने और मुक्त करने के माध्यम से, इंडक्टर धारा रिपल को समतल करता है और मोटर के इनपुट धारा को अधिक स्थिर बनाता है, जिससे संचालन की स्थिरता में सुधार होता है।

• • शक्ति प्रबंधन और फ़िल्टरिंग में इंडक्टर्स की भूमिका

ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम में बिजली की आपूर्ति को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: नियंत्रण मॉड्यूल और ड्राइवर चिप्स के लिए ऑनबोर्ड कम-वोल्टेज बिजली आपूर्ति (12 V/24 V), और नई-ऊर्जा वाहनों में शक्ति ड्राइव मॉड्यूल के लिए उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति। इंडक्टर्स शक्ति प्रबंधन और फ़िल्टरिंग में निम्नलिखित प्रमुख भूमिकाएँ निभाते हैं:

डीसी-डीसी परिवर्तन: कम-वोल्टेज आपूर्ति परिपथों में, एमसीयू और सेंसर्स द्वारा आवश्यक 5 V और 3.3 V स्तरों में ऑनबोर्ड 12 V/24 V वोल्टेज को परिवर्तित करने के लिए एक डीसी-डीसी स्टेप-डाउन कन्वर्टर की आवश्यकता होती है। डीसी-डीसी परिपथ के मुख्य ऊर्जा-भंडारण तत्व के रूप में, इंडक्टर ऊर्जा को संग्रहीत करता है और मुक्त करता है, आउटपुट वोल्टेज स्थिरता को बनाए रखता है, और नियंत्रण मॉड्यूल के सामान्य संचालन को प्रभावित करने वाले वोल्टेज उतार-चढ़ाव को रोकता है।

ईएमआई दमन: जब मोटर ड्राइव सिस्टम संचालित होता है, तो पावर उपकरणों का स्विचिंग उच्च-आवृत्ति की हस्तक्षेप (इंटरफेरेंस) उत्पन्न करता है। यह हस्तक्षेप नेविगेशन या रेडियो जैसे अन्य ऑनबोर्ड इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम्स तक पावर लाइनों के माध्यम से संचालित हो सकता है, जिससे उनका सामान्य संचालन प्रभावित हो सकता है। कॉमन मोड चोक्स, X और Y कैपेसिटर्स के साथ मिलकर एक EMI फिल्टर सर्किट बनाते हैं, जो पावर लाइनों से उच्च-आवृत्ति की हस्तक्षेप को दूर करता है, विद्युत चुम्बकीय विकिरण को दबाता है, और मोटर ड्राइव सिस्टम पर बाहरी हस्तक्षेप के प्रभाव को कम करता है।

2. ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम्स के लिए इंडक्टर की आवश्यकताएँ

ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम्स को अक्सर इंजन कम्पार्टमेंट और चेसिस के क्षेत्र जैसे कठोर वातावरण में स्थापित किया जाता है, जहाँ वे लंबे समय तक उच्च तापमान और आर्द्रता, उच्च-आवृत्ति कंपन और प्रबल विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप के संपर्क में रहते हैं। इन्हें ऑटोमोटिव-ग्रेड विश्वसनीयता आवश्यकताओं को पूरा करना आवश्यक है तथा विस्तृत वोल्टेज उतार-चढ़ाव और उच्च धारा आघातों के अनुकूल होना आवश्यक है, जिससे इंडक्टर के प्रदर्शन, संरचना और विश्वसनीयता पर कठोर आवश्यकताएँ लागू होती हैं।

• तापमान स्थिरता: चूँकि ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव सिस्टम्स को अक्सर इंजन कम्पार्टमेंट और चेसिस के क्षेत्र जैसे कठोर वातावरण में स्थापित किया जाता है, अतः इंडक्टर को -40°C से 150°C के तापमान परिसर में संचालित होने में सक्षम होना आवश्यक है, ताकि तापमान परिवर्तन के कारण प्रदर्शन में कमी और नियंत्रण की सटीकता में कमी से बचा जा सके।

• कम नुकसान और उच्च दक्षता: मोटर ड्राइव सिस्टम लगातार काम करते हैं, इसलिए इंडक्टर की तांबे की हानि (डीसीआर हानि) और कोर हानि को यथासंभव कम रखना आवश्यक है। विशेष रूप से उच्च-धारा वाले परिदृश्यों में, कम हानि समग्र सिस्टम के तापमान में वृद्धि को कम करती है, ड्राइव दक्षता में सुधार करती है, ऑनबोर्ड शक्ति खपत को कम करती है, और अत्यधिक गर्म होने के कारण होने वाले प्रदर्शन में कमी को रोकती है।

• उच्च संतृप्ति धारा: मोटर स्टार्ट/स्टॉप घटनाएँ और अचानक लोड परिवर्तन क्षणिक रूप से उच्च धारा उत्पन्न करते हैं। इंडक्टर में पीक धारा के तनाव के तहत चुंबकीय संतृप्ति से बचने के लिए पर्याप्त संतृप्ति धारा (Isat) होनी चाहिए। चुंबकीय संतृप्ति के कारण प्रेरकत्व मान में तीव्र गिरावट आती है, इंडक्टर विफल हो जाता है, और शक्ति उपकरणों को क्षति भी हो सकती है। संतृप्ति धारा के लिए कम से कम 1.3× की सुरक्षा सीमा बनाए रखने की सिफारिश की जाती है, और उच्च तापमान पर डेरेटिंग को भी ध्यान में रखना चाहिए।

• ईएमआई संगतता: इंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र के रिसाव को कम करने, ड्राइव सिस्टम के अंदर संवेदनशील सर्किट्स के साथ हस्तक्षेप को रोकने और लूप में विद्युत चुंबकीय विकिरण को दबाने के लिए अच्छा शील्डिंग प्रदर्शन प्रदान करना आवश्यक है, साथ ही ऑनबोर्ड ईएमसी (EMC) के चालित और विकिरित उत्सर्जन आवश्यकताओं को पूरा करना भी आवश्यक है।

• उच्च विश्वसनीयता: ऑटोमोटिव-ग्रेड इंडक्टर्स को लंबे समय तक विश्वसनीय और स्थिर संचालन सुनिश्चित करने के लिए AEC-Q200 परीक्षण पास करना आवश्यक है। विश्वसनीयता परीक्षणों में तापमान चक्रीकरण, उच्च तापमान भंडारण, उच्च आर्द्रता परीक्षण, कंपन और यांत्रिक झटका, और सोल्डरेबिलिटी सहित दस से अधिक आइटम शामिल हैं। CODACA की CNAS प्रयोगशाला ग्राहक की आवश्यकताओं के अनुसार स्वतंत्र रूप से AEC-Q200 परीक्षण पूरा कर सकती है और परीक्षण रिपोर्ट प्रदान कर सकती है।

3. CODACA के मोटर ड्राइव सिस्टम के लिए इंडक्टर समाधान

1. ऑटोमोटिव-ग्रेड उच्च धारा शक्ति इंडक्टर

मोटर ड्राइव सिस्टम में, उच्च धारा शक्ति प्रेरकों का उपयोग मुख्य रूप से डीसी-डीसी कनवर्टर्स और फ़िल्टरिंग सर्किट्स में किया जाता है। CODACA के ऑटोमोटिव-ग्रेड उच्च धारा शक्ति प्रेरक कम हानि और उच्च संतृप्ति धारा प्रदान करते हैं, जिनकी संतृप्ति धारा 422 A तक हो सकती है तथा कार्यकारी तापमान सीमा -55°C से +155°C तक है, जिससे ये जटिल ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के लिए उपयुक्त हो जाते हैं।

2. ऑटोमोटिव-ग्रेड मोल्डिंग पावर चोक

CODACA के ऑटोमोटिव-ग्रेड मोल्डिंग पावर चोक में कम हानि वाले चुंबकीय पाउडर कोर सामग्री और नवाचारी इलेक्ट्रोड तकनीक का उपयोग किया गया है, जो मोल्डिंग के दौरान कुंडल विसंरेखण और उत्पाद दरार जैसी तकनीकी चुनौतियों का समाधान करती है। यह कुल प्रेरक हानि को 30% से अधिक कम करता है, 170°C तक के कार्यकारी तापमान का समर्थन करता है, शक्ति दक्षता को 98% तक पहुँचाता है तथा मोटर ड्राइव सिस्टम की विश्वसनीयता और डीसी-डीसी सर्किट्स की रूपांतरण दक्षता को प्रभावी ढंग से बढ़ाता है।

3. ऑटोमोटिव-ग्रेड रॉड प्रेरक

CODACA की एक अनुभवी अनुसंधान एवं विकास (R&D) टीम है, जो ग्राहक की आवश्यकताओं के आधार पर विभिन्न विशेषताओं और संरचनाओं वाले कस्टमाइज़्ड ऑटोमोटिव-ग्रेड रॉड इंडक्टर समाधान त्वरित रूप से प्रदान कर सकती है।

4. ईएमआई घटक

सामान्य मोड चोक, बीड्स तथा अन्य चुंबकीय घटकों का व्यापक रूप से ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव प्रणालियों और शक्ति फ़िल्टरिंग परिपथों में उपयोग किया जाता है, ताकि सिग्नल लाइनों और शक्ति लाइनों पर शोर हस्तक्षेप को दबाया जा सके।