Руководство по выбору литых силовых дросселей с нижним электродом

По мере развития электронных технологий малогабаритные и высокопроизводительные катушки индуктивности находят всё более широкое применение в различных электронных устройствах. Среди них катушки индуктивности с нижним электродом и литой конструкцией благодаря компактной структуре, высокой надёжности и превосходным характеристикам становятся предпочтительным компонентом для высокоплотных и высокочастотных электронных систем. Их комплексные характеристики превосходят традиционные проволочные катушки индуктивности, особенно в приложениях, где важны миниатюризация, высокая надёжность и низкий уровень ЭМП. В данной статье подробно рассматриваются преимущества и выбор продукции катушек индуктивности с нижним электродом и литой конструкцией, с целью предоставить справочную информацию для инженеров по силовой электронике.

1- Преимущества катушек индуктивности с нижним электродом и литой конструкцией

Прессованные катушки индуктивности бывают двух типов: с использованием электродов L-типа и с нижними электродами. Прессованная силовая катушка индуктивности с нижними электродами использует новую технологию формования, при которой катушка и магнитопровод объединяются в единый блок, а электроды размещаются снизу, что обеспечивает более высокую степень интеграции и оптимизацию производительности.

Рисунок 1. Конструкция прессованной силовой катушки индуктивности с нижними электродами

Преимущества прессованной силовой катушки индуктивности с нижними электродами проявляются в следующих аспектах:

◾ Миниатюризация и высокая плотность интеграции: позволяет уменьшить занимаемую площадь на печатной плате и повысить плотность монтажа. По сравнению с традиционными проволочными катушками индуктивности, прессованные силовые катушки индуктивности с нижними электродами имеют меньший объем, что делает их особенно подходящими для портативных устройств с ограниченным местом и для высокоплотных силовых модулей.

◾ Низкое сопротивление постоянному току (DCR): за счет оптимизации метода намотки катушки и конструкции электрода индуктор может обеспечить более низкое значение DCR, что снижает потери мощности и повышает эффективность преобразования (особенно заметно в условиях низкого напряжения и высокого тока).

◾ Высокая надежность: конец катушки изгибается и прессуется вместе с порошковым сердечником Т-типа, образуя монолитный нижний электрод. Это увеличивает прочность контактной площадки и устраняет необходимость в дополнительных сварных выводах, исключая риск обрыва цепи и повышая надежность изделия.

Как инновационная технология литых силовых дросселей, тип с нижним электродом предлагает значительные преимущества в конструкции изделия, электрических характеристиках и применении. Он широко используется в таких областях, как автомобильные DC-DC преобразователи, системы ADAS, силовые модули, высокочастотные импульсные источники питания, приводы двигателей, фотогальванические инверторы и телекоммуникационное оборудование.

2- Руководство по выбору литых силовых дросселей с нижним электродом

Codaca разработала катушки индуктивности с различными характеристиками материалов для удовлетворения потребностей различных клиентов. Чтобы помочь клиентам выбрать наиболее подходящую силовую катушку индуктивности, ниже приведены типовые модели промышленных литых катушек индуктивности Codaca с нижним электродом — CSEG, CSEC, CSEB и CSEB-H — с сравнением их электрических характеристик.

2.1 CSEG : Сверхнизкое значение DCR, наименьшие потери в низкочастотном диапазоне

◾ Конструкция с магнитным экранированием: высокая устойчивость к электромагнитным помехам (EMI).

◾ Литая конструкция: сверхнизкий уровень акустического шума.

◾ Мягкие характеристики насыщения: способность выдерживать высокие импульсные токи.

◾ Сверхнизкое значение DCR: максимальный ток Irms (ток, вызывающий нагрев).

◾ Обеспечивает наименьшие потери мощности в низкочастотном диапазоне (ниже 700 кГц).

◾ Компактная конструкция: экономия места, подходит для монтажа с высокой плотностью.

◾ Рабочая температура: от -40°C до +125°C (включая самонагрев катушки).

2.2 CSEC : Высокий ток насыщения, наименьшие потери в высокочастотном диапазоне

◾ Магнитная экранирующая структура: высокая устойчивость к ЭМИ.

◾ Литая конструкция: сверхнизкий уровень акустического шума.

◾ Сверхвысокий ток насыщения (Isat).

◾ Мягкие характеристики насыщения: выдерживает более высокие импульсные токи.

◾ Обеспечивает минимальные потери мощности в высокочастотном диапазоне (700 кГц до 3 МГц).

◾ Компактная конструкция: экономия места, подходит для монтажа с высокой плотностью.

◾ Рабочая температура: от -40°C до +125°C (включая самонагрев катушки).

2.3 CSEB : Широкий ассортимент габаритов и моделей продукции

◾ Магнитная экранирующая структура: высокая устойчивость к ЭМИ.

◾ Литая конструкция: сверхнизкий уровень акустического шума.

◾ Широкий выбор размеров и значений индуктивности (максимальный размер 1510).

◾ Мягкие характеристики насыщения: способность выдерживать высокие импульсные токи.

◾ Компактная конструкция: экономия места, подходит для монтажа с высокой плотностью.

◾ Стандартный продукт соответствует стандарту AEC-Q200.

◾ Рабочая температура: от -40°C до +125°C (включая самонагрев катушки).

2.4 CSEB-H : Низкое значение DCR и высокий ток нагрева

◾ Магнитная экранирующая структура: высокая устойчивость к ЭМИ.

◾ Литая конструкция: сверхнизкий уровень акустического шума.

◾ Низкое значение DCR.

◾ Высокий Irms (ток нагрева).

◾ Мягкие характеристики насыщения: способность выдерживать высокие импульсные токи.

◾ Компактная конструкция: экономия места, подходит для монтажа с высокой плотностью.

◾ Стандартный продукт соответствует стандарту AEC-Q200.

◾ Рабочая температура: от -40°C до +125°C (включая самонагрев катушки).

2.5 Сравнение параметров производительности

Четыре серии высокопроизводительных литых силовых дросселей, упомянутые выше, разработаны и спроектированы независимо компанией Codaca. Все серии отличаются высокой надежностью и имеют магнитный экран, однако каждая серия обладает уникальными преимуществами в производительности.

Таблица 1. Обобщенные характеристики различных спецификаций литых дросселей

Самый простой способ выбора — воспользоваться инструментами «Поиска силовых дросселей» и «Сравнения потерь силовых дросселей» на официальном сайте Codaca. Система отобразит характеристики каждого компонента на основе введенных вами рабочих условий (ток, пульсации, температура, рабочая частота и т.д.).

◾Сравнение тока насыщения Isat

В качестве примера взято значение индуктивности 4,7 мкГн, проводится сравнение изделий одного размера, но разных серий.

По сравнению с сериями CSEG, CSEB-H и CSEB, серия CSEC обеспечивает более высокую способность по току насыщения, что делает её идеальным выбором для применений, требующих высокой допустимой пиковой нагрузки по току.

Рисунок 2. Сравнение кривых индуктивности и тока насыщения для различных спецификаций литых катушек индуктивности

◾ Сравнение Irms (тока, вызывающего нагрев)

В качестве примера взято значение индуктивности 4,7 мкГн, сравниваются изделия одинакового размера из разных серий.

Таблица 2. Таблица сравнения характерных параметров для различных спецификаций литых катушек индуктивности

Из приведённой выше таблицы сравнения видно, что помимо сверхнизкого DCR, серия CSEG имеет ток нагрева примерно на 40 % выше, чем у серий CSEC, CSEB-H и CSEB, что позволяет ей работать при более низкой температуре в одинаковых рабочих условиях.

Рисунок 3. Сравнение кривых тока нагрева для различных спецификаций интегрированных литых катушек индуктивности

◾ Сравнение потерь мощности

В качестве примера взято значение индуктивности 4,7 мкГн; характеристики потерь каждой серии тестировались с использованием стандартного контурного теста.

Условия тестирования: Ток = 10,5 А, пульсация = 40 %, диапазон частот = 100–3000 кГц, B = 3 мТл.

Рисунок 4. Сравнение потерь мощности различных моделей литых катушек индуктивности

На основании анализа кривых выше, серия CSEG имеет наименьшие суммарные потери ниже 700 кГц. Серия CSEC имеет наименьшие потери выше 700 кГц. Серии CSEB и CSEB-H имеют умеренные потери.

3- Дополнительные серии продукции

Приведённое выше сравнение сосредоточено на основных характеристиках промышленных литых катушек индуктивности с нижним электродом. Для применения в автомобильной электронике компания Codaca разработала несколько соответствующих моделей литых катушек индуктивности автомобильного класса, таких как серии VSEB и VSEB-H.

Рисунок 5. Литые катушки индуктивности Codaca автомобильного класса (выделены красным кружком)

Автомобильные катушки индуктивности Codaca с нижним электродом и литой конструкцией изготавливаются из низкопотерйного порошкового сплава и с применением усовершенствованной технологии литья, что обеспечивает низкие потери, высокую эффективность и широкий диапазон рабочих частот. Компактная конструкция позволяет экономить место и подходит для монтажа с высокой плотностью. Все изделия соответствуют стандарту AEC-Q200. Диапазон рабочих температур составляет от -55 °C до +165 °C (включая самонагрев катушки), что позволяет использовать их в сложных условиях эксплуатации автомобильной электроники.