EN
Тез сілтемелер
Жоғары жиілікті DC-DC түрлендіргіштерде индуктивтік орам тұрақты ток шығысына салынған толқынды токты сүзеді. Түрлендіргіш понижающий, повышающий немесе қадамды-қосатын топологиялық схема болсын, индуктивтік орам толқынды тегістеп, тұрақты ток шығысын қамтамасыз етеді. Индуктивтік орамның ПӘК-і магнитөткізгіш (темір) және мыс шығындарының қосындысы минимумға жеткен кезде ең жоғары болады. Толқынды токты тегістейтін жақсы компонентті таңдау арқылы ең жоғары ПӘК-ке, яғни ең төменгі шығынға қол жеткізу үшін, жұмыс тоғы өткен кезде индуктивтік орамның өзегі қанықпауы және орамасы қызып кетпеуі қажет. Бұл мақалада индуктивтік орамдардың шығындарын бағалау әдістері қарастырылған және жоғары ПӘК-ге ие индуктивтік орамдарды жобалау мен тез таңдау әдістері ұсынылған.
1. Индуктивтік орамның шығындарын бағалау
Индуктордың өзегі мен мыс жоғалтуларын бағалау өте күрделі. Өзектің жоғалтуы әдетте толқынды ток мәні, ажырату жиілігі, өзек материалы, өзек параметрлері және өзектегі ауа саңылаулары сияқты бірнеше факторларға байланысты болады. Толқынды ток пен ажырату жиілігі тізбектің қолданылуына байланысты, ал өзек материалы, параметрлері және ауа саңылаулары индукторға тәуелді.
Өзектің жоғалтуын бағалаудың ең жиі қолданылатын теңдеуі — Штейнмец теңдеуі:
Мұнда:
Pvc = Өзектің бірлік көлеміне шаққандағы қуат жоғалтуы
K, x, y = Өзек материалының тұрақтылары
f = Ажырату жиілігі
B = Магниттік ағын тығыздығы
Бұл теңдеу орамның жүрек (темір) шығынының жиілікке (f) және магниттік ағын тығыздығына (B) тәуелді екенін көрсетеді. Магниттік ағын тығыздығы тоқтың тербелісіне тәуелді болғандықтан, екеуі де қолдануға байланысты айнымалылар болып табылады. Сонымен қатар, орамның жүрек шығыны орамның өзіне де байланысты, себебі жүрек материалы K, x және y тұрақтыларын анықтайды. Сондай-ақ, магниттік ағын тығыздығы эффективті жүрек ауданына (Ae) және орам санына (N) байланысты анықталады. Сондықтан орамның жүрек шығыны қолданысқа және орамның нақты конструкциясына да тәуелді.
Керісінше, тұрақты токтағы мыс шығынын есептеу салыстырмалы түрде қарапайым:
Мұнда:
Pdc = Тұрақты ток шығыны (Вт)
Idc_rms = Орамның RMS тоғы (А)
DCR = Орам орамасының тұрақты ток кедергісі (Ом)
Айнымалы токтағы мыс шығынын бағалау күрделірек, өйткені жоғары жиіліктерде скин-эффект пен жақындық эффектісіне байланысты айнымалы ток кедергісі артады. ESR (эквиваленттік тізбекті кедергі) немесе ACR (айнымалы ток кедергісі) қисығы жоғары жиіліктерде кедергінің өсуін көрсетуі мүмкін. Дегенмен, бұл қисықтар, ереже бойынша, өте төменгі ток деңгейлерінде өлшенеді және сондықтан толқынды токтан пайда болатын темір шығындарын қамтымайды, бұл түсінбеушіліктің жиі кездесетін себебі.
Мысалы, 1-суретте көрсетілген ESR мен жиіліктің қатынасы қисығын қарастырайық.
1-сурет. ESR мен жиіліктің қатынасы
Бұл графикке сәйкес, ESR 1 МГц-тен жоғары өте жоғары. Бұл индуктивті элементті осы жиіліктен жоғарыда қолдану өте жоғары мыс шығынына әкелетін сияқты, сондықтан оны таңдау тиімсіз болып көрінеді. Алайда, нақты қолдануда индуктивті элементтің шын мәніндегі шығыны осы қисық көрсеткеннен әлдеқайда төмен.
Келесі мысалды қарастырайық:
Түйіспелі құрылғының шығысы 0,4 А ток күшіндегі 5 В (2,0 Вт) және 200 кГц жиілігі бар деп есептейік. 10 мкГн Codaca индуктор таңдалады, оның типтік ESR жиілікке қатысты қатынасы 1-суретте көрсетілген. 200 кГц жұмыс жиілігінде ESR шамамен 0,8 Ом.
Бак конвертер үшін орташа индукторлық ток 0,4 А жүктеме тогына тең. Индуктордағы шығынды мына түрде есептей аламыз:
6,0% = 0,128 Вт / (2,0 Вт + 0,128 Вт) (индуктор кіріс қуатының 6% құрайтын болады)
Дегенмен, егер біз осы конвертерді 4 МГц жиілікте жұмыс істетсек, ESR қисығынан R шамамен 11 Ом шамасында екенін көреміз. Сонда индуктордағы қуат шығыны мынадай болар еді:
46,8% = 1,76 Вт / (2,0 Вт + 1,76 Вт) (индуктор кіріс қуатының 46,8% құрайтын болады)
Осы есептеулерге сүйене отырып, бұл индукторды осы жиілікте немесе одан жоғары жиілікте қолданбау керек сияқты.
Іс жүзінде конвертердің ПӘК-і ESR-жиілік қисығынан есептелгеніне қарағанда әлдеқайда жақсы болады. Мұның себебі мынада:
2-суретте үздіксіз өткізу режиміндегі бак конвертер үшін ықтимал аз тербеліс тогы бар ықшамдалған ток толқыны көрсетілген.
2-сурет. Қарапайым Buck түрлендіргіштің ток толқыны
Ip-p (пиктен пикке дейінгі тербеліс тогы) орташа токтың шамамен 10% құрайды деп есептесек:
I_dc = 0.4 A
I_p-p = 0.04 A
Индуктивтіліктің шығынын дәл бағалау үшін оны төмен жиілікті шығын (DC шығыны) мен жоғары жиілікті шығынға бөлу керек.
Төмен жиілікті кедергі (шын мәнінде DCR) график бойынша шамамен 0,7 Ом құрайды. Ток — бұл жүктеме тогы мен тербеліс тогының RMS мәні. Тербеліс тогы аз болғандықтан, тиімді ток шамамен DC жүктеме тогына тең болады.
Жоғары жиілікті шығын үшін, яғни 
, R — ESR (200 кГц), мұнда I — тек тербеліс тогының орташа квадраттық (rms) мәні:
200 кГц жиілікте AC шығыны мынадай:
Сондықтан, 200 кГц жиілікте индуктивтіліктің жалпы болжанатын шығыны 0,112 Вт + 0,000106 Вт = 0,112106 Вт.
200 кГц жиіліктегі болжалдық шығын DCR бойынша болжанған шығыннан сәл жоғары (1%-ден аспайды).
Енді 4 МГц-тегі шығынды есептейік. Төменгі жиіліктегі шығын 0,112 Вт болып қалады.
Айнымалы ток шығынын есептеу үшін біз бұрын 11 Ом деп бағалаған 4 МГц-тегі ESR мәнін қолдануымыз керек:
Сондықтан, 4 МГц-тегі индуктивтілік шығынының жалпы сомасы 0,112 Вт + 0,00147 Вт = 0,11347 Вт.
Бұл көбірек айқын көрсетеді. Болжанған шығын DCR шығынынан бар болғаны 1,3% жоғары, бұл бұрын болжанған 1,76 Вт-тан әлдеқайда төмен. Сонымен қатар, 4 МГц-те 200 кГц-те қолданылатын индуктивтілік мәнін қолданбас ең, одан кіші индуктивтілік мәні қолданылады және осы кіші индуктивтіліктің DCR-ы да төмен болады.
2. Жоғары пайдалы әсер коэффициентіне ие индуктивтілік дизайны
Жүктеме тогына қатысты толқынды ток аз болатын үздіксіз токтың режимді түрлендіргіштері үшін ДКҚ мен ЭКҚ комбинациясын қолдана отырып, шығындарды есептеу қажет. Сонымен қатар, ЭКҚ қисығынан есептелген шығын темір шығынын қамтиды. Индуктивтіліктің ПӘК-і оның мыс және темір шығындарының қосындысымен анықталады. Codaca индуктивтіліктерді төменгі шығын материалдарын таңдау арқылы және жалпы шығынды минимумға дейін төмендету үшін индуктивтіліктерді құру арқылы ПӘК-ті оптимизациялайды. Жазық сым орамдары берілген өлшемде ең төменгі ДКҚ мәнін береді және мыс шығынын азайтады. Жақсартылған өзекше материалдары жоғары жиіліктерде өзекше шығынын азайтады және сәйкесінше индуктивтіліктің жалпы ПӘК-ін арттырады.
Мысалы, Codaca CSEG сериясының күйдірілген қуат индуктивтіліктері жоғары жиілікті, жоғары пиктік токты қолдану үшін оптимизацияланған. Бұл индуктивтіліктер жұмсақ насықтылық сипаттамаларын сақтайды және 200 кГц және одан жоғары жиіліктерде ең төменгі айнымалы ток шығынын және төменгі ДКҚ мәнін ұсынады.
3-суретте CSBX, CSEC және CSEB серияларындағы 3,8/3,3 µH индуктивтіліктер үшін индуктивтілік пен токтың арасындағы тәуелділік көрсетілген. CSBX , CSEC және CSEB cSBX, CSEC және CSEB сериялары 12 А немесе одан жоғары токтар кезінде индуктивтілікті сақтау үшін ең жақсы таңдау болып табылады.
1-кесте. CSBX, CSEC және CSEB үшін DCR және Isat параметрлерінің салыстырмасы.
Индуктивтіліктердің 200 кГц жиіліктегі айнымалы ток шығынын және жалпы шығынды салыстырғанда, барлық бұрынғы конструкциялардан озып тұратын инновациялық құрылымы бар CSEB сериясы ең төменгі тұрақты ток және айнымалы ток шығындарын қамтамасыз етеді. Бұл CSEB сериясын ең төменгі DC және AC шығындарын талап ететін жоғары жиілікті қуат өзгерткіштер қолданбалары үшін оптималды таңдауға айналдырады.
3-сурет. CSBX, CSEC және CSEB серияларындағы 3,8/3,3 мкГн индуктивтіліктер үшін қанығу тогы мен температураның өсуіне қисықтарының салыстырмасы.
4-сурет. CSBX, CSEC және CSEB сериялары үшін 200 КГц-тегі AC шығыны мен жалпы шығыны салыстыру.
3. Жақсылық Индукторды тез таңдау құралы
Инженерлер үшін индукторды таңдау процесін жеделдету үшін Codaca әрбір мүмкін қолданбалы жағдай үшін өлшенген өзек пен орама деректеріне негізделген шығындарды есептейтін таңдау құралдарын әзірледі. Бұл құралдардың нәтижелері токқа тәуелді және жиілікке тәуелді өзек пен орама шығындарды қамтиды, бұл индуктордың дизайны туралы жеке ақпаратты (бұл өзек материалы, Ae және бұрылыс саны сияқты) немесе қолмен есептеуді талап ету қажеттілігін жояды.
Codaca таңдау құралдары қажетті индуктивтілік мәнін кіріс/шығу кернеуі, коммутациялау жиілігі, орташа ток және толқын тогы сияқты жұмыс жағдайларына негіздеп есептейді. Бұл ақпаратты біздің қуат индукторы іздеушіге енгізе отырып, сіз осы талаптарға сай индукторларды сүзгілеп, әрбір индуктордың индуктивтілігі, DCR, қанығу тогы, температураның өсу тогы, жұмыс температурасы және басқа да ақпараттармен санауға аласыз.
Егермеуіштің қажетті индуктивтілігін және қолданыстағы токты алдын ала білсеңіз, осы ақпаратты тікелей енгізуіңізге болады Power Inductor Finder нәтижелер әрбір егермеуіш үшін өзекше мен орамның шығындарын және қанығу тогының ресми дәрежесін көрсетеді, бұл сізге қолданудың ең жоғары ток режимінде егермеуіштің жобалық сипаттамаларына жақын қалпын сақтайтынын тексеруге мүмкіндік береді.
Әртүрлі егермеуіш түрлерінің айырмашылықтары мен артықшылықтарын салыстыру үшін құралдар индуктивтілік пен токтың өзара әрекетін графикте көрсету үшін де қолданылуы мүмкін. Жалпы шығын бойынша нәтижелерді сұрыптау арқылы бастауға болады. Барлық егермеуіш ақпаратын (ең көбі – төрт түрі) бір диаграммаға орналастырып, оларды сұрыптау осы талдауды жеңілдетеді және ең тиімді егермеуішті таңдауға мүмкіндік береді.
Жалпы шығынды есептеу күрделі болуы мүмкін, бірақ Codaca-ның таңдау құралдарына осындай есептеулер енгізілген, сондықтан таңдау, салыстыру және талдау қажетінше қарапайым болады және сіз тиімділігі жоғары қуат егермеуішін тиімдірек таңдай аласыз.
【Дереккөздер】:
Codaca веб-сайты: DC/DC түрлендіргіш индуктивтілігін таңдау - Шэньчжэнь Codaca Electronics Co., Ltd. (codaca.com)
Codaca веб-сайты: Қуат индуктивтілігін іздеу - Шэньчжэнь Codaca Electronics Co., Ltd. (codaca.com)
Codaca веб-сайты: Қуат индуктивтілігінің шығынын салыстыру - Шэньчжэнь Codaca Electronics Co., Ltd. (codaca.com)