EN
Индуктор - это обычная пассивная компонента, хранящая энергию в цепях, выполняющая функции фильтрации, повышения и понижения напряжения при проектировании импульсных источников питания. На начальном этапе разработки инженеры не только должны выбрать подходящие значения индуктивности, но и учитывать ток, который может выдержать индуктор, сопротивление DCR катушки, механические размеры, потери и так далее. Если они недостаточно знакомы с функциями индукторов, то часто будут находиться в пассивном положении в процессе проектирования и потратят много времени.
Түсіну керек: Индукторлардың функциялары
Индуктор - бұл импульсқа арналған жетістік қорытындысындағы LC фильтрдегі "L". Понижу шеберлікте индуктордың бір ұшы DC шығыс voltage-ке қосылады, ал екінші ұшы switching frequency-ге сәйкес енгізілген voltage-пен GND арасында өтінімдеуі мүмкін.
Өтінім 1-де индуктор вход voltage-ке MOSFET арқылы қосылады. Өтінім 2-де индуктор GND-ге қосылады.
Бұл түріндегі контроллерді пайдалану нәтижесінде, индукторды земге қосу үшін екі ыңғай бар: диод арқылы немесе MOSFET арқылы. Егер алғашқы ыңғай қолданылса, конвертер ассинхрон режим деп аталады. Соңғы жағдайда, конвертер синхрон режим ретінде аталады.
Алтынша 1-де, индуктордың бір ұшы гирис шабуына, ал екінші ұшы же шабуына қосылады. Buck конвертер үшін, гирис шабуының же шабуыннан үлкен болуы керек, сондықтан индуктордың ішінде алдыңғы шабуын айырымдау пайда болады.
Алтынша 2-де, алғашқыда гирис шабуына қосылған индуктордың ұшы земге қосылады. Buck конвертер үшін, же шабуының оң терминалы болуы қажет, сондықтан индуктордың ішінде теріс шабуын айырымдау пайда болады.
Индуктор шабуының есептеу формуласы
V=L(dI/dt). Индуктордың шыны позитивті (Алғашқы әрекет) болғанда ағын көбейту, негативті (Екінші әрекет) болғанда ағын кемітуге сай, индуктордың ағысындағы графика Figure 2-де көрсетілген:
Мағаның жоғарғы мәні индуктордың мағынағымен DC мағынағы мен түсірмеңіздің жартысынан тұратын. Осы графикте түсірме мағынасы да көрсетілген. Мәліметтерге сәйкес, жоғарғы мағына мына формуламен есептеледі: мұнда ton - Алғашқы әрекеттегі уақыт, T - түсірме периоды, ал DC - Бірінші әрекеттің duty cycle-ы.
Синхрон түрлендіру схемасы
Асинхрон түрлендіру схемасы
Rs: Ағымды тексеру қорытындысы мен индуктор қосындысының қорытындысы. Vf: Шоттки диодының алдын алу шектеуі. R: Проводимость жолындағы қорытынды қарыз, оны R=Rs+Rm формуласымен есептейді, мұнда MOSFET-тің іске асыру қарызы.
Индуктордың ядросының насыры
Есептелген индуктордың пик күршігінен біз білеміз, індуктор арқылы өтетін күршігі артқанда, оның индуктивдығы кеміде береді. Бұл ядро материалдарының физикалық қасиеттерімен негізделген. Индуктивдықтың кему дәрежесі кеңес: егер кему жоғары болса, конвертер толық түрде жұмыс істей алмайды. Индуктордың күршігіне себеп болатын күршік мәні насыр күршігі деп аталады, бұл индуктордың негізгі параметрлерінің бірі.
Конвертер жолдарындағы күшті индукторлардың насыр кривойы маңызды және ескертуге қадір. Бұл тағымаға қарағанда, L-ға қатысты DC күршігінің ғана анықталған кривойын қалай жазуға боладыгын көре аласыз.
Күршігі бір шектен кейін артқанда, индуктивдық тез қалайды — бұл насыр деп аталатын ғылым. Күршігі әлдеқайда артса, индуктор толығымен жұмыс істеуіне түседі.
Бұл насырлық қасиетімен, барлық конвертерлердің DC шығыс токындағы индукция мәнінің айырымы (△L ≤ 20% немесе 30%) диапазонын көрсететін себепті түсіну мүмкін, және индуктордың спецификациясында Isat параметрі неге қосылады. Орындалатын барлық қолданбалarda риппл токының өзгеруі индукцияға әсер етпейді, сондықтан риппл токын минимумға келтіру қажет, өйткені ол шығыс вольтажының рипплін әсер етеді. Бұл себептің бірі, DC шығыс токындағы индукция өсу дәрежесіне қатысты әдетте үлкен қаным-жек көбінесе берілген, ал риппл токындағы индукция қарапайым спецификацияларда ескерілмейді.
Қозғалыс энергиясына қатысты өзгеше индукторларды таңдау
Индукторлар сөйлеу қорытындыларында қолданылатын танымал компоненттер. Олардың ағыны мен мәдени жиімдігі арасындағы фаза айырмашылығы тиісінше, зерттеулерде сапасы нөлге тең. Индукторлар кез келген уақытта энергия сақтау үшін пайдаланылады, "келетіндерге қарсы шығу және шығатындарды сақтау" қасиеті бар және енгізу-шығысу фильтрлау жолдарында қосмалармен бірге қолданылады, бұл ағын ыстықтай алады.
Магниттік компоненттер ретінде, индукторлар қысқартылатын магниттік сатурация проблемасымен кездеседі. Бір біршіліктер индуктор сатурациясын рұқсат етеді, басқалары жеке ток мәнінен бастап сатурацияға рұқсат етеді, ал басқалары оның строгосыз тиістігін сыйлады, осылайша ажырату маңызды біртүрлі шеберлерде. Көп жағдайда, индукторлар "линейдық аймақта" жұмыс істейді, мұнда индуктивдық мәні өзгермейді және терминалдар арасындағы вольтаж немесе ток пойызғанда өзгермейді. Бірақ, коммутациялық энергия көрсеткіштерінде еле-еле ескерілетін проблема бар: индуктор шыңдары екі дағды (немесе паразит) параметр енгізеді. Бірі - қажетті емес шың қоры, екіншісі - шыңдау процесі мен материалдарына байланысты дағды сызықтық қабылдамалылық. Сызықтық қабылдамалылық төменгі частоталарда еле-еле табыс етеді, бірақ частота артқанда оның әсері артады. Частота белгілі мәнден астам кетсе, индуктор қабылдамалық қасиеттерін көрсетуге бастайды. Егер сызықтық қабылдамалылық бір қабылдамалық ретінде жинақталса, индуктордың эквиваленттік шебері белгілі частотадан кейін қабылдамалық қызмет ететінін көрсетеді.
Корғайтындың жұмыс сәтін аналізде төмендегі қасиеттерді қарастыру керек:
1. Корғайтындың ішінде I ток өтсе, оның ішіне сақталатын энергия: E=0.5 × L× I2(1)
2. Жүйелену циклінде корғайтындың токының айрымдары (ripple current peak-to-peak мәні) мен оның жоғарылығы арasyndaғy қатынас:
V=(L × di)/dt(2), Бұл ripple токының мәніндегі индукция мәніне байланысты.
3. Корғайтындар зарядlanу және шаржalanу процестерін де өтеді. Корғайтындың токы оның жоғарылығының интегралына (вольт-секунда) пропорционалды. Корғайтындың жоғарылығы өзгерсе, ток өзгеру темпі di/dt де өзгереді: алдыңғы жоғарылық токты сызықтық түрде арттырады, ал кері жоғарылық оны сызықтық түрде азайтады.
Бакс түріндегі қосылғыш энергия станциялары үшін индукторларды таңдау
Бакс түріндегі қосылғыш энергия станциясы үшін индукторды таңдауда, ең жоғары кіріс шабуылдары, шығыс шабуылдары, энергия ауыстырушы сәттілігі, ең жоғары риппл токтары мен duty cycle-ді (жұмыс коэффициентін) анықтау керек. Келесілерде бакс түріндегі қосылғыш энергия станциясы үшін индуктивдықтың мәнін есептеу туралы сөз жасаймыз. Біріншісі, ауыстырушы сәттілігі 300 kHz, кіріс шабуыл диапазоні 12 В ± 10%, шығыс токтары 1 А, және ең жоғары риппл токтары 300 mA екенін предположимиз.
Бакс түріндегі қосылғыш энергия станциясының схема диаграммасы
Максималды енгізу шаршысы 13.2V-ге, сәйкесінше, жұмыс аралығы: D＝Vo/Vi＝5/13.2＝0.379(3), мұнда Vo шығыс шаршысы, ал Vi енгізілген шаршы. Көмірек переключателяның іске қосылу уақытында, индукторға қол жеткізілетін шаршы: V = Vi - Vo = 8.2 V(4). Көмірек переключателя ауыстырылған кезде, индукторға қол жеткізілетін шаршы: V＝-Vo－Vd＝-5.3V(5).dt＝D/F(6). Теңдеулер (2), (3) және (6)-ты теңдеуге (2) қойып, аламыз:
Индуктор таңдауы бойынша арттыру типінен ауыстырушы электр энергия өнімдері
Бөлшектік түсіндірме және индуктордың артық шабуылға қарсы қатысты формула өзгертілген кезде, басқа процесстер бөлшектік түсіндірме әдісімен бірдей. Салыстырма тиынысы 300 kHz-ге тең, енгізу шабуылдары 5 V ± 10%-ге тең, шығыс токтары 500 mA-ға тең, қызметтілігі 80%, максималды ток айырмашылығы 450 mA-ға тең және сәйкес duty cycle:D=1-Vi/Vo=1-5.5/12=0.542(7).
Бөлшектік түсіндірме схемасы
Коммутатор қосылғанда, индуктордағы шабуыл: V = Vi = 5.5 V (8), Коммутатор жоюда, индуктордағы шабуыл: V = Vo + Vd - Vi = 6.8 V (9), Формулалар 6/7/8 формуланың 2-ге орын алды:
Бағыттаушы конвертерлерге салыстырғанда, бост конвертерлер индуктордан жүк токын әрекеттік түрде ұсынуға ие емес. Кез келген уақытта, переключательдың токты өту режимінде индуктор токы переключатель арқылы жерге өтеді, ал жүк токы шығыс емжитілігі арқылы ұсынылады. Сондықтан, шығыс емжитілігі осы аралықта жүкті қамтидыратын жеткілік энергиян сақтауы керек. Бірақ, переключатель ашылғанда, индуктор токы не жүкті қамтидырады, не сонымен қатар шығыс емжитілігін зарядтайды.
Жалпы, индуктивдық мәндерді арттыру шығыс рипплді кемиді, бірақ электр энергиясын өнімдеу динамикалық жауаптарын жәрдемдей алады. Сондықтан, максималдық индуктивдық мән қатысты қолданбалардың талаптарына сәйкес таңдалуы керек. Жоғары переключалық частоталар кішіретін индуктивдық мәндерге рұқсат етеді, индуктордың өлшемін кемітеді және PCB өлшемін сақтайды. Сонымен қатар, современік переключалық электр энергиясын өнімдеу системалары кішіретін электроника өнімдеріне сәйкес жоғары частоталарға бағытталады.
Қосымша және коммутациялық шығын алатын құралдардың талдауы мен қолданбасы
Ленц заңы туралы: ДС-тік энергиямен жұмыс істейтін жолақтың спиральіндегі өзінде болатын индукция себепті, күрделі токтың артуына қарсы индуцирленген электр мотивациялық күш (EMF) пайда болады. Сондықтан, электрлік қосылған екенінде, жолақтағы ток нөлге тең болады, барлық вольтаж алмастыру спиральде болады. Ток спиральдеғі вольтаж нөлге жетуімен бірге аралас уақыттық әдіс соңғырақ болады. Коммутациялық конвертерлердің істемесінде индуктор насырына қосылуы тиіс емес, өйткені оның қызмет ететін қабілеті жоғалады және энергия сақтауға және қайта жіберуге мүмкіндік береді. Насырына қосылған индуктор ДС-тік жолақ ретінде қызмет етеді, энергия сақтау қабілетін жою арқылы конвертердің функциясын қоршағайды. Коммутациялық жиынтықтың сапасы тұрақты болғанда, пик токтарында насырға қосылуға мүмкіндік бермейтін индукция мәні тиімді болуы керек.
Коммутациялық жәшік қорытындыларында индуктивдылықты анықтау: Төменгі коммутация сапасында, өңдеу уақыты ұзын болғандықтан, түсіндірме шығынды ұстап түсіру үшін көп индуктивдылық мәні қажет. Бұл индукторға магниттік өнерге дамытуға мүмкіндік береді. Енбек енгізу аралығы ұзын болғанда, енгізілген енбек тиімділігі кеміп, мағынасында кішірек ағын балықтары болады. Бұл принцип формула арқылы түсіндірілетін: L = (dt/di) * uL, мұнда D = Vo/Vi (коммутация циклі), dt = D/F (өңдеу уақыты), F = коммутация сапасы, di = ағын балықтары. Buck конвертерлер үшін, D = 1 - Vi/Vo; boost конвертерлер үшін, D = Vo/Vi. Формулаға қайта жазу арқылы: L = D * uL / (F * di). F-ны кеміту кезінде, L пропорционалды өсуі тиіс. Керісінше, басқа параметрлер өзгермейтін кезде L-ны өсетінде di (ағын балықтары) кемиді. Жоғары саптарда индуктивдылықты өсу импедансын арттырады, сонымен қатар енгізілген енбек жетілдігі мен қызметтілігі кеміді. Бір алғашқы саппен, көп L шығын балықтарын кемітеді, бірақ динамикалық жауапты қосымша (жүктік өзгерістерге арналған жылдамдыққа қарағанда) жылдамдыққа қолданады. Сондықтан, рипплді кеміту мен трассиялық қабілетті салыстыру үшін қолданудың талаптарына сәйкес оптималды индуктивдылықты таңдау қажет.