EN
SZYBKI DOSTĘP
Wraz z postępem technologii elektronicznych, induktory o małych rozmiarach i wysokiej wydajności są coraz szerzej stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych. Wśród nich induktor mocy z dolnym elektrodą i formowaną obudową, dzięki kompaktowej konstrukcji, wysokiej niezawodności i doskonałym parametrom, stał się preferowanym elementem w gęsto upakowanych, wysokoczęstotliwościowych systemach elektronicznych. Jego ogólne właściwości są lepsze niż tradycyjnych cewek nawijanych, szczególnie w zastosowaniach dążących do miniaturyzacji, wysokiej niezawodności oraz niskiego poziomu zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Artykuł ten szczegółowo omówi zalety oraz dobór produktów induktorów formowanych z dolną elektrodą, mając na celu dostarczenie informacji pomocnych dla inżynierów projektujących układy zasilania.
1- Zalety induktorów formowanych z dolną elektrodą
Wszystkie induktory formowane występują w dwóch typach: jeden z wykorzystaniem elektrod typu L, a drugi z elektrodami dolnymi. Formowany induktor mocy z dolnymi elektrodami wykorzystuje nowy proces formowania, charakteryzujący się całkowitym otoczeniem cewki i rdzenia magnetycznego w jednostkę oraz umieszczeniem elektrod na dole, co pozwala osiągnąć wyższą integrację i optymalizację wydajności.
Rysunek 1. Struktura formowanego induktora mocy z dolnymi elektrodami
Zalety formowanego induktora mocy z dolnymi elektrodami objawiają się głównie w następujących aspektach:
◾ Miniaturyzacja i wysoka integracja gęstości: Pozwala zmniejszyć powierzchnię zajmowaną na płytce drukowanej (PCB) oraz zwiększa gęstość montażu. W porównaniu do tradycyjnych induktorów nawiniętych, formowane induktory mocy z dolnymi elektrodami mają mniejsze wymiary, dzięki czemu szczególnie nadają się do urządzeń przenośnych o ograniczonej przestrzeni oraz modułów zasilania o wysokiej gęstości.
◾ Niski opór prądu stałego (DCR): Optymalizując metodę nawijania cewki oraz projekt elektrody, dławik może osiągnąć niższy DCR, co zmniejsza straty mocy i poprawia sprawność konwersji (szczególnie wyraźne w przypadku niskiego napięcia i dużego prądu).
◾ Wysoka niezawodność: Koniec cewki jest zginalany i formowany pod ciśnieniem z proszkiem rdzenia T, tworząc solidną dolną elektrodę. Zwiększa to wytrzymałość pola lutowniczego i eliminuje potrzebę dodatkowych zacisków spawanych, usuwając ryzyko przerwania obwodu oraz zwiększając niezawodność produktu.
Jako innowacyjna technologia formowanych dławików mocy, typ z dolną elektrodą oferuje znaczące zalety pod względem struktury produktu, właściwości elektrycznych i zastosowań. Jest powszechnie stosowany w takich dziedzinach jak przetwornice DC-DC w pojazdach samochodowych, systemy ADAS, moduły zasilające, wysokoczęstotliwościowe zasilacze impulsowe, napędy silników, falowniki fotowoltaiczne oraz urządzenia telekomunikacyjne.
2- Przewodnik wyboru formowanych dławików mocy z dolną elektrodą
Codaca rozwinęła cewki o różnych cechach materiałowych, dostosowane do różnorodnych zastosowań klientów. Aby ułatwić wybór najbardziej odpowiedniej cewki mocy, poniżej przedstawiono typowe modele przemysłowych cewek formowanych z dolnymi elektrodami firmy Codaca — CSEG, CSEC, CSEB oraz CSEB-H — wraz z porównaniem ich charakterystyk elektrycznych.
2.1 CSEG : Ultra-niski DCR, najmniejsze straty w zakresie niskich częstotliwości
◾ Struktura ekranowania magnetycznego: duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).
◾ Konstrukcja formowana: ultra-niski poziom hałasu akustycznego.
◾ Miękkie nasycenie: odporność na wysokie prądy szczytowe.
◾ Ultra-niski DCR: najwyższy prąd Irms (prąd powodujący wzrost temperatury).
◾ Osiąga najniższe straty mocy w zakresie niskich częstotliwości (poniżej 700 kHz).
◾ Cienka konstrukcja: oszczędza miejsce, nadaje się do montażu o dużej gęstości.
◾ Zakres temperatur pracy: -40°C do +125°C (włącznie z samonagrzewaniem cewki).
2.2 CSEC : Wysoki prąd nasycenia, najniższe straty w zakresie wysokich częstotliwości
◾ Struktura ekranowania magnetycznego: Silna odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).
◾ Konstrukcja formowana: ultra-niski poziom hałasu akustycznego.
◾ Ultra-wysoki prąd nasycenia (Isat).
◾ Miękkie charakterystyki nasycenia: Wytrzymuje wyższe prądy szczytowe.
◾ Osiąga najniższe straty mocy w zakresie wysokich częstotliwości (700 kHz do 3 MHz).
◾ Cienka konstrukcja: oszczędza miejsce, nadaje się do montażu o dużej gęstości.
◾ Zakres temperatur pracy: -40°C do +125°C (włącznie z samonagrzewaniem cewki).
2.3 CSEB : Szeroki zakres rozmiarów i modeli produktów
◾ Struktura ekranowania magnetycznego: Silna odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).
◾ Konstrukcja formowana: ultra-niski poziom hałasu akustycznego.
◾ Szeroki wybór rozmiarów i wartości indukcyjności (maks. rozmiar 1510).
◾ Miękkie nasycenie: odporność na wysokie prądy szczytowe.
◾ Cienka konstrukcja: oszczędza miejsce, nadaje się do montażu o dużej gęstości.
◾ Standardowy produkt zgodny z normą AEC-Q200.
◾ Zakres temperatur pracy: -40°C do +125°C (włącznie z samonagrzewaniem cewki).
2.4 CSEB-H : Niski DCR i wysoki prąd powodujący wzrost temperatury
◾ Struktura ekranowania magnetycznego: Silna odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).
◾ Konstrukcja formowana: ultra-niski poziom hałasu akustycznego.
◾ Niski DCR.
◾ Wysoki Irms (prąd powodujący wzrost temperatury).
◾ Miękkie nasycenie: odporność na wysokie prądy szczytowe.
◾ Cienka konstrukcja: oszczędza miejsce, nadaje się do montażu o dużej gęstości.
◾ Standardowy produkt zgodny z normą AEC-Q200.
◾ Zakres temperatur pracy: -40°C do +125°C (włącznie z samonagrzewaniem cewki).
2.5 Porównanie parametrów wydajności
Cztery serie wysokowydajnych wleczonych induktorów mocy wymienione powyżej zostały niezależnie opracowane i zaprojektowane przez Codaca. Wszystkie serie cechują się wysoką niezawodnością oraz strukturą ekranowania magnetycznego, jednak każda z serii ma swoje unikalne zalety wydajnościowe.
Tabela 1. Podsumowanie wydajności różnych specyfikacji wleczonych induktorów
Najprostszą metodą doboru jest wykorzystanie narzędzi „Power Inductor Finder” oraz „Power Inductor Loss Comparison” dostępnych na oficjalnej stronie internetowej Codaca. System przedstawi wydajność poszczególnych produktów na podstawie wprowadzonych przez Ciebie warunków pracy (prąd, tętnienia, temperatura, częstotliwość pracy itp.).
◾Porównanie prądu nasycenia Isat
Na przykładzie wartości indukcyjności 4,7 μH porównuje się produkty o tym samym rozmiarze, ale z różnych serii.
W porównaniu z seriami CSEG, CSEB-H i CSEB, seria CSEC oferuje wyższą wydajność prądu nasycenia, co czyni ją idealnym wyborem w zastosowaniach wymagających dużej odporności na prąd szczytowy.
Rysunek 2. Porównanie krzywych indukcyjności w funkcji prądu nasycenia dla różnych specyfikacji wtłaczanych cewek
◾ Porównanie prądu Irms (prąd powodujący wzrost temperatury)
Na przykładzie wartości indukcyjności 4,7 µH porównujemy produkty o tym samym rozmiarze z różnych serii.
Tabela 2. Tabela porównawcza parametrów charakterystycznych dla różnych specyfikacji wtłaczanych cewek
Z powyższej tabeli porównawczej wynika, że oprócz bardzo niskiego DCR, seria CSEG charakteryzuje się prądem powodującym wzrost temperatury o około 40% wyższym niż serie CSEC, CSEB-H i CSEB, co pozwala jej na pracę przy niższej temperaturze w tych samych warunkach eksploatacyjnych.
Rysunek 3. Porównanie krzywych prądu powodującego wzrost temperatury dla różnych specyfikacji całkowicie wtłaczanych cewek
◾ Porównanie strat mocy
Na przykładzie wartości indukcyjności 4,7 µH scharakteryzowano cechy strat poszczególnych serii za pomocą testu w standardowej pętli pomiarowej.
Warunki testu: Prąd = 10,5 A, tętnienia = 40%, zakres częstotliwości = 100–3000 kHz, B = 3 mT.
Rysunek 4. Porównanie strat mocy różnych modeli cewek wtłaczanych
Na podstawie analizy krzywych powyżej, seria CSEG charakteryzuje się najniższymi całkowitymi stratami poniżej 700 kHz. Najniższe straty powyżej 700 kHz ma seria CSEC. Seria CSEB oraz CSEB-H mają umiarkowane straty.
3- Dodatkowe serie produktów
Powyższe porównanie koncentruje się na głównych cechach przemysłowych cewek wtłaczanych z dolnym elektrodą. Dla zastosowań w elektronice samochodowej firma Codaca opracowała kilka odpowiednich modeli cewek wtłaczanych klasy automotive, takich jak serii VSEB i VSEB-H.
Rysunek 5. Cewki wtłaczane klasy automotive firmy Codaca (zaznaczone czerwonym okręgiem)
Induktory mocy z formowanym dolnym elektrodem w wersji automotive firmy Codaca wykorzystują rdzeń ze spiekanej, niskoustratnej stopy metalu oraz ulepszoną technologię formowania, cechując się niskimi stratomi, wysoką sprawnością i szerokim zakresem częstotliwości pracy. Ich kompaktowa konstrukcja oszczędza miejsce i nadaje się do gęstego montażu. Wszystkie produkty spełniają standard AEC-Q200. Zakres temperatur pracy może wynosić od -55°C do +165°C (w tym samonagrzewanie cewki), co pozwala na dostosowanie do złożonych warunków eksploatacji elektroniki samochodowej.