Guida alla selezione degli induttori di potenza stampati con elettrodo inferiore

Con il progressivo avanzamento della tecnologia elettronica, gli induttori di piccole dimensioni e ad alte prestazioni sono sempre più utilizzati in diversi dispositivi elettronici. Tra questi, l'induttore modellato con elettrodo inferiore, grazie alla sua struttura compatta, elevata affidabilità e ottime prestazioni, è diventato un componente preferito per sistemi elettronici ad alta densità e ad alta frequenza. Le sue prestazioni complessive sono superiori a quelle degli induttori tradizionali avvolti con filo, specialmente nelle applicazioni che richiedono miniaturizzazione, alta affidabilità e bassa EMI. Questo articolo illustrerà i vantaggi e la selezione dei prodotti relativi agli induttori modellati con elettrodo inferiore, con l'obiettivo di fornire un riferimento agli ingegneri progettisti di sistemi di alimentazione.

1- Vantaggi degli induttori modellati con elettrodo inferiore

Gli induttori stampati sono disponibili in due tipi: uno con elettrodi di tipo L e l'altro con elettrodi inferiori. L'induttore di potenza stampato con elettrodi inferiori utilizza un nuovo processo di stampaggio, caratterizzato dall'inclusione della bobina e del nucleo magnetico in un'unica unità e dal posizionamento degli elettrodi sul fondo, consentendo così una maggiore integrazione e un'ottimizzazione delle prestazioni.

Figura 1. Struttura dell'induttore di potenza stampato con elettrodi inferiori

I vantaggi dell'induttore di potenza stampato con elettrodi inferiori si manifestano principalmente nei seguenti aspetti:

◾ Miniaturizzazione e integrazione ad alta densità: consente di ridurre l'ingombro sulla PCB e di aumentare la densità di montaggio. Rispetto ai tradizionali induttori avvolti, gli induttori di potenza stampati con elettrodi inferiori hanno un volume più ridotto, risultando particolarmente adatti a dispositivi portatili con limiti di spazio e a moduli di alimentazione ad alta densità.

◾ Bassa resistenza in corrente continua (DCR): ottimizzando il metodo di avvolgimento della bobina e la progettazione dell'elettrodo, l'induttore può raggiungere un DCR inferiore, riducendo così le perdite di potenza e migliorando l'efficienza di conversione (prestazioni particolarmente elevate in scenari a bassa tensione e alta corrente).

◾ Alta affidabilità: l'estremità della bobina è piegata e pressata insieme alla polvere del nucleo in forma di T per formare un elettrodo inferiore solido. Questo aumenta la robustezza del pad di saldatura ed elimina la necessità di terminali saldati aggiuntivi, rimuovendo il rischio di circuiti aperti e migliorando l'affidabilità del prodotto.

Come tecnologia innovativa di induttore modellato, il tipo con elettrodo inferiore offre significativi vantaggi nella struttura del prodotto, nelle prestazioni elettriche e nelle applicazioni. È ampiamente utilizzato in settori come convertitori DC-DC per autoveicoli, sistemi ADAS, moduli di alimentazione, alimentatori a commutazione ad alta frequenza, azionamenti per motori, inverter fotovoltaici e apparecchiature di comunicazione.

2- Guida alla selezione degli induttori di potenza modellati con elettrodo inferiore

Codaca ha sviluppato induttori con diverse caratteristiche di materiale per soddisfare varie applicazioni dei clienti. Per aiutare i clienti a selezionare l'induttore di potenza più adatto, di seguito sono riportati i modelli rappresentativi degli induttori industriali con elettrodo inferiore stampato di Codaca—CSEG, CSEC, CSEB e CSEB-H—con un confronto delle loro caratteristiche elettriche.

2.1 CSEEG : DCR Ultra-Basso, Perdita Minima nell'Intervallo a Basse Frequenze

◾ Struttura Schermata Magneticamente: Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche (EMI).

◾ Costruzione Stampata: Rumore acustico ultra-basso.

◾ Caratteristiche di Saturazione Morbida: Resistente a correnti di picco elevate.

◾ DCR Ultra-Basso: Irms più elevato (corrente di innalzamento termico).

◾ Raggiunge la perdita di potenza più bassa nell'intervallo a basse frequenze (inferiore a 700 kHz).

◾ Design Slim: Risparmia spazio, adatto per montaggio ad alta densità.

◾ Temperatura di Funzionamento: -40°C a +125°C (incluso riscaldamento autonomo della bobina).

2.2 CSEC : Alta Corrente di Saturazione, Perdita Minima nell'Intervallo ad Alte Frequenze

◾ Struttura di Schermatura Magnetica: Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche (EMI).

◾ Costruzione Stampata: Rumore acustico ultra-basso.

◾ Isat Ultra-Elevato (Corrente di Saturazione).

◾ Caratteristiche di Saturazione Morbida: Resiste a correnti di picco più elevate.

◾ Raggiunge le perdite di potenza più basse nella gamma ad alta frequenza (700 kHz a 3 MHz).

◾ Design Slim: Risparmia spazio, adatto per montaggio ad alta densità.

◾ Temperatura di Funzionamento: -40°C a +125°C (incluso riscaldamento autonomo della bobina).

2.3 CSEB : Ampia Gamma di Dimensioni e Modelli del Prodotto

◾ Struttura di Schermatura Magnetica: Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche (EMI).

◾ Costruzione Stampata: Rumore acustico ultra-basso.

◾ Ampia gamma di dimensioni e valori di induttanza (dimensione massima 1510).

◾ Caratteristiche di Saturazione Morbida: Resistente a correnti di picco elevate.

◾ Design Slim: Risparmia spazio, adatto per montaggio ad alta densità.

◾ Il prodotto standard è conforme allo standard AEC-Q200.

◾ Temperatura di Funzionamento: -40°C a +125°C (incluso riscaldamento autonomo della bobina).

2.4 CSEB-H : Basso DCR e Alta Corrente di Innalzamento Termico

◾ Struttura di Schermatura Magnetica: Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche (EMI).

◾ Costruzione Stampata: Rumore acustico ultra-basso.

◾ Basso DCR.

◾ Alta Irms (Corrente di Innalzamento Termico).

◾ Caratteristiche di Saturazione Morbida: Resistente a correnti di picco elevate.

◾ Design Slim: Risparmia spazio, adatto per montaggio ad alta densità.

◾ Il prodotto standard è conforme allo standard AEC-Q200.

◾ Temperatura di Funzionamento: -40°C a +125°C (incluso riscaldamento autonomo della bobina).

2.5 Confronto dei Parametri di Prestazione

Le quattro serie di induttori sagomati ad alta potenza menzionate sopra sono state sviluppate e progettate autonomamente da Codaca. Tutte le serie presentano un'elevata affidabilità e una struttura schermata magneticamente, ma ciascuna serie possiede vantaggi prestazionali unici.

Tabella 1. Riassunto delle Prestazioni delle Diverse Specifiche di Induttori Sagomati

Il metodo di selezione più semplice consiste nell'utilizzare gli strumenti "Power Inductor Finder" e "Confronto Perdite Induttori di Potenza" disponibili sul sito ufficiale di Codaca. Il sistema mostrerà le prestazioni di ciascun componente in base alle condizioni operative inserite (corrente, ripple, temperatura, frequenza di funzionamento, ecc.).

◾Confronto della Corrente di Saturazione Isat

Prendendo come esempio un valore di induttanza di 4,7 μH, vengono confrontati prodotti della stessa dimensione ma di serie diverse.

Rispetto alle serie CSEG, CSEB-H e CSEB, la serie CSEC offre una maggiore capacità di corrente di saturazione, rendendola la scelta ideale per applicazioni che richiedono un'elevata tolleranza alla corrente di picco.

Figura 2. Confronto tra curve di induttanza rispetto alla corrente di saturazione per diverse specifiche di induttori stampati

◾ Confronto della corrente Irms (corrente per innalzamento termico)

Prendendo un valore di induttanza di 4,7 µH come esempio, confrontiamo prodotti delle stesse dimensioni ma di serie differenti.

Tabella 2. Tabella di confronto dei parametri caratteristici per diverse specifiche di induttori stampati

Dalla tabella di confronto riportata sopra, oltre alla sua ultra-bassa DCR, la serie CSEG presenta una corrente per innalzamento termico circa il 40% superiore rispetto alle serie CSEC, CSEB-H e CSEB, consentendo un funzionamento a temperatura più bassa nelle stesse condizioni operative.

Figura 3. Confronto delle curve di corrente per innalzamento termico per varie specifiche di induttori stampati integrati

◾ Confronto delle perdite di potenza

Prendendo un valore di induttanza di 4,7 µH come esempio, le caratteristiche di perdita di ciascuna serie sono state testate mediante un collaudo standard in ciclo chiuso.

Condizioni di prova: Corrente = 10,5 A, Ondulazione = 40%, Intervallo di frequenza = 100-3000 kHz, B = 3 mT.

Figura 4. Confronto delle Perdite di Potenza di Diversi Modelli di Induttori Stampati

Sulla base dell'analisi delle curve riportata sopra, la serie CSEG presenta le perdite totali più basse al di sotto di 700 kHz. La serie CSEC ha le perdite più basse al di sopra di 700 kHz. Le serie CSEB e CSEB-H presentano perdite moderate.

3- Altre Serie di Prodotti

Il confronto sopra descritto si concentra sulle caratteristiche principali degli induttori stampati industriali con elettrodo inferiore. Per applicazioni nell'elettronica automobilistica, Codaca ha sviluppato diversi modelli corrispondenti di induttori stampati di qualità automobilistica, come le serie VSEB e VSEB-H.

Figura 5. Induttori Stampati di Qualità Automobilistica Codaca (evidenziati nel cerchio rosso)

Gli induttori di potenza automobilistici Codaca con elettrodo inferiore stampato utilizzano un materiale in polvere di lega a bassa perdita e un processo di stampaggio migliorato, caratterizzandosi per basse perdite, elevata efficienza e un'ampia gamma di frequenze di applicazione. Il design compatto consente un risparmio di spazio ed è adatto al montaggio ad alta densità. Tutti i prodotti sono conformi allo standard AEC-Q200. La gamma di temperatura operativa può variare da -55°C a +165°C (incluso il riscaldamento autonomo della bobina), adattandosi agli ambienti applicativi complessi dell'elettronica automobilistica.