Салалық жаңалықтар

DC/DC таңдау – индуктор параметрлерінің негізгі мағынасын түсіну

2024-03-19

Тұтынушы қолданбалары заманауи тұрақты/тұрақты ток түрлендіргіштеріне сұраныстың негізгі драйвері болып табылады. Бұл қолданбаларда қуат индукторлары негізінен батареямен жұмыс істейтін жабдықта, кірістірілген есептеулерде және жоғары қуатты, жоғары жиілікті тұрақты/тұрақты ток түрлендіргіштерінде қолданылады. Индукторлардың электрлік қасиеттерін түсіну тамаша жылу өнімділігі бар ықшам, үнемді, жоғары тиімді жүйелерді жобалау үшін өте маңызды.


Индуктор - катушкаға оралған оқшауланған сымнан тұратын салыстырмалы түрде қарапайым компонент. Бірақ мақсатты қолдануды қанағаттандыра отырып, сәйкес өлшемі, салмағы, температурасы, жиілігі және кернеуі бар индукторды жасау үшін жекелеген компоненттер біріктірілген кезде күрделілік артады.

Индукторды таңдаған кезде индуктордың деректер парағында көрсетілген электр сипаттамаларын түсіну маңызды. Бұл мақала шешіміңіз үшін дұрыс индукторды таңдау бойынша нұсқаулықты береді және жаңа тұрақты/тұрақты ток түрлендіргіштерін жобалау кезінде индуктор өнімділігін болжау жолын түсіндіреді.

1. Индуктор дегеніміз не?

Индуктор - бұл өз магнит өрісінде энергияны сақтайтын тізбек элементі. Индукторлар электр энергиясын сақтау арқылы магниттік энергияға айналдырады, содан кейін ток ағынын реттеу үшін тізбекті энергиямен қамтамасыз етеді. Ток күшейген сайын магнит өрісі артады. 1-суретте индуктор үлгісі көрсетілген.

1-сурет: Индуктордың электрлік моделі

Индуктор - бұл өз магнит өрісінде энергияны сақтайтын тізбек элементі. Индукторлар электр энергиясын сақтау арқылы магниттік энергияға айналдырады, содан кейін ток ағынын реттеу үшін тізбекті энергиямен қамтамасыз етеді. Ток күшейген сайын магнит өрісі артады. 1-суретте индуктор үлгісі көрсетілген.

2-сурет: Индуктордың параметрлері

1-кестеде индуктивтілікті (L) есептеу әдісі көрсетілген.

1-кесте: Индуктивтілікті есептеу (L)

Төменде біз индуктордың жалпы параметрлерін егжей-тегжейлі сипаттаймыз.


2. Индуктивтіліктің параметрлері

Магниттік өткізгіштік

Магниттік өткізгіштік - бұл материалдың магнит ағынына жауап беру қабілеті, сонымен қатар қолданылатын электромагниттік өрісте индуктор арқылы қанша магнит ағыны өтетінін көрсетеді. 2-кестеде магниттік ағынның тығыздығына (B) магнит өткізгіштігінің күшеюі көрсетілген.

2-кесте: Есептелген магнит ағынының тығыздығы (B)

2-кестеден көріп отырғанымыздай, магнит ағынының концентрациясы магниттік ядроның магниттік өткізгіштігі мен өлшеміне байланысты.

3-суретте өзегі жоқ катушкалар көрсетілген.

3-сурет: Ауа өзегі катушкасы

Ауа орамының магниттік өткізгіштігі шамамен 1-ге тең тұрақты мән (мкр ауа) болып табылады.

4-суретте магниттік ядросы бар индуктор көрсетілген. Әрине, магниттік ядромен магнит өрісі күшейеді.

4-сурет: магниттік ядросы бар индуктор

Әртүрлі негізгі материалдардың әртүрлі типтік магниттік өткізгіштіктері бар. 3-кестеде үш түрлі негізгі материалдың магниттік өткізгіштігі келтірілген.


3-кесте: Магниттік өзек өткізгіштігі


Индуктивтілік мәні (L)

Индукциялық катушканың индукцияланған электр энергиясын магниттік энергия ретінде сақтау қабілеті оның индуктивтілігінің мәні арқылы көрінеді. Ауыстырмалы кіріс кернеуі индукторды басқаратын кезде, индуктор шығыс жүктемеге тұрақты тұрақты токты қамтамасыз етуі керек.

4-кестеде ток пен индуктивті кернеу арасындағы байланыс көрсетілген. Индуктордағы кернеу уақыт бойынша токтың өзгеруіне пропорционалды екенін көруге болады.

4-кесте: Индуктор кернеуінің төмендеуін есептеу

Алдымен дизайн үшін қажетті индуктивті диапазонды анықтаңыз. Индуктивтілік мәні барлық жұмыс жағдайында тұрақты емес және жиілік артқан сайын өзгеретінін ескеру маңызды. Сондықтан коммутация жиілігі жоғары қолданбалар ерекше ойларды қажет етеді. Индуктор өндірушілері әдетте индукторларды 100 кГц-тен 500 кГц-ке дейінгі жиіліктерде сынайды, себебі тұрақты/тұрақты ток түрлендіргіштерінің көпшілігі осы диапазонда жұмыс істейді.


Қарсылық (R)

Индуктордың ток кедергісі тиімділікке әсер ететін жылу диссипациясын тудырады. Мыстың жалпы жоғалуына РДК жоғалуы және RAC жоғалуы кіреді. RDC жиілікке тәуелсіз және әрқашан тұрақты; RAC жиілікке байланысты. 5-кестеде РДК есептеу әдісі көрсетілген.

5-кесте: мыс сымын есептеу RDC

Мыстың жоғалуын азайтудың жалғыз жолы - сым аймағын ұлғайту, яғни қалың сымдарға ауысу немесе жалпақ сымдарды пайдалану. Тегіс сымды пайдалану орама терезесін толығымен пайдалануға мүмкіндік береді, нәтижесінде RDC төмендейді. 6-кестеде дөңгелек сымдар мен жалпақ сымдардың көлденең қималарының аудандарын салыстыру көрсетілген.

6-кесте: Дөңгелек және жалпақ сымдардың көлденең қималарының аудандарын салыстыру

7-кестеде дөңгелек сым мен жалпақ сымның сипаттамалары салыстырылады.

7-кесте: Дөңгелек сым мен жалпақ сымның сипаттамаларын салыстыру

Индуктордың тұрақты ток мыстың шығынын (RDC) (1) теңдеу арқылы бағалауға болады:

(PAC) Мыстың жоғалуы жиілікке негізделген жақындық әсерінен және тері әсерінен туындаған PAC-ға байланысты. Жиілік неғұрлым жоғары болса, PAC мыстың жоғалуы соғұрлым жоғары болады.


Негізгі жоғалту

Әдетте, ферромагниттік материалдар өзек индукторларының қажетті магниттік қасиеттеріне жауап бере алады. Негізгі материалға байланысты индуктордың салыстырмалы өткізгіштігі 50-ден 20 000-ға дейін болады.

Материалдың магниттік домен құрылымы магнит өрісі қолданылған кезде әрекет етеді; магнит өрісі болмаса, магниттік моменттердің бағыты кездейсоқ болады. Магниттік энергия өзгерген кезде ядролық жоғалтулар орын алады. Магниттік домендер өздерінің магниттік моменттерін магнит өрісінің бағытына бағыттайды. Магниттік домендердің кеңеюі және кішірейуі кезінде олардың кейбіреулері кристалдық құрылымда тұрып қалады. Кептеліп қалған магниттік домендер айналуға қабілетті болғаннан кейін, энергия жылу түрінде бөлінеді.


Толқынды ток (ΔIL)

Толқынды ток (ΔIL) – коммутация циклі кезіндегі токтың өзгеруі.

Индукторлар ең жоғары ток ауқымынан тыс дұрыс жұмыс істемеуі мүмкін. Индуктордың толқындық тогы әдетте IRMS 30% - 40% шегінде болу үшін жобаланған.

5-суретте индукторлық токтың толқын пішіні көрсетілген.



5-сурет: Индукторлық токтың толқын пішіні


Номиналды ток (IDC, IRMS)

Номиналды ток - индуктор температурасын белгілі бір мөлшерге көтеру үшін қажетті тұрақты ток. Температураның көтерілуі (ΔT) стандартты мән емес, бірақ әдетте 20K пен 40K арасында болады.

Қоршаған орта температурасында өлшенген номиналды ток. Оның мәні әдетте индуктордың деректер парағында беріледі және соңғы қолдану үшін күтілетін ағымдағы мән болып табылады. Қоршаған орта температурасы жоғары қолданбалар үшін дизайнерлер өздігінен қызатын температурасы жоғары индукторларды таңдауы керек.

6-суретте температураның көтерілуі мен номиналды ток арасындағы байланыс көрсетілген. Бұл қисық кез келген температураның көтерілуіне сәйкес ағымдағы мәнді анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін.


6-сурет: Индуктордың номиналды ток қисығы

Қолданбада жұмыс температурасы (TOP) қоршаған орта температурасымен (TAMB) және индуктордың өздігінен қызу мәнімен (ΔT) анықталады. ТОП-ты (2) формула бойынша бағалауға болады:


Берілген номиналды ток индуктор температурасының көтерілуін бағалаудың ең жақсы тәсілі болып табылады. Температураның көтерілуіне схема дизайны, ПХД орналасуы, басқа компоненттерге жақындығы, іздің өлшемі мен қалыңдығы да әсер етеді. Индуктордың өзегі мен орамындағы айнымалы токтың шамадан тыс жоғалуы да қосымша қызуды тудыруы мүмкін.

Төмен өзін-өзі қыздыру қажет болса, үлкенірек қаптама өлшемі бар индукторды пайдалану қажет.


Қаныққан ток (ISAT)

Қанықтыру тогы номиналды индуктивтілік белгілі бір пайызға төмендегенге дейін индуктор қолдай алатын тұрақты ток болып табылады.

Анықтамалық пайыздық индуктивті құлдырау мәні әрбір индуктор үшін бірегей болып табылады. Әдетте, өндірушілер бұл мәнді 20% және 35% арасында белгілейді, бұл индукторларды салыстыруды қиындатады. Бірақ деректер парағы әдетте тұрақты токпен индуктивтіліктің қалай өзгеретінін көрсететін қисық береді. Бұл қисық индуктивтіліктің барлық диапазонын және оның тұрақты токқа қалай жауап беретінін өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін.

Тұрақты қанықтыру тогы температура мен индуктивті магниттік материалға және оның негізгі құрылымына байланысты. Әртүрлі құрылымдар мен ядролар ISAT мәніне әсер етеді.

Феррит өзектері ең көп таралған және қатты қанығу қисығымен сипатталады (7-суретті қараңыз). Индуктордың түсіру нүктесінен тыс жұмыс істемеуін қамтамасыз ету өте маңызды; осы нүктеден кейін индуктивтілік күрт төмендейді және функционалдылық төмендейді.

Синтетикалық пластикалық индуктор температура өзгерген кезде индуктивтіліктің тұрақты төмендеуіне ие және жұмсақ қанығу сипаттамаларына ие. Оның сезімталдығы бірте-бірте төмендейтіндіктен, ол дизайнерлерге үлкен икемділік пен кеңірек жұмыс ауқымын береді.

7-суретте екі қанықтылық қисығы көрсетілген. Көк қисық синтетикалық пластик индукторлардың жұмсақ қанығуының типтік мысалы болып табылады; қызыл қисық NiZn/MnZn барабан өзегі индукторларының қатты қанығуының типтік мысалы болып табылады.

7-сурет: Индуктордың қанығу тогы қисығы


Кішкентай индуктивті индуктивті (немесе үлкен пакет өлшемі) индукторлар жоғары қаныққан токтарды өңдей алады.


Өздігінен резонанстық жиілік және кедергі

Индуктордың өзіндік резонанстық жиілігі (fR) индуктордың өзіндік сыйымдылығымен резонанс тудыратын ең төменгі жиілік болып табылады. Резонанстық жиіліктен төмен импеданс максималды шыңында болады және тиімді индуктивтілік нөлге тең. 8-суретте индуктордың схема үлгісі көрсетілген.

8-сурет: Индуктор тізбегінің үлгісі

Индуктор резонанстық жиілікке (fR) дейін индуктивті қасиеттерге ие (9-суретте көк қисық ретінде көрсетілген), өйткені жиілік артқан сайын кедергі өседі. Резонанстық жиілікте теріс сыйымдылық реактивтілік (XC) оң индуктивті реакцияға (XL) тең, оның мәнін (3) теңдеу арқылы бағалауға болады:

Резонанстық жиіліктен тыс (9-суретте қызыл қисық ретінде көрсетілген) индуктор төмендетілген кедергісі бар сыйымдылық әрекетін көрсетеді. Осы нүктеден кейін индуктор күтілгендей жұмыс істемейді.

9-суретте сезім шамасы мен жиілік арасындағы байланыс көрсетілген.

9-сурет: Сезім саны мен жиілік арасындағы байланыс


Үнемді, ықшам индукторды таңдаңыз

Индуктордың деректер парағындағы әрбір параметрдің негізгі мағынасын түсіну арқылы барабар индукторды оңай таңдауға болады. Бірақ әрбір параметрде жасырылған мәліметтерді түсінсеңіз, тұрақты/тұрақты ток түрлендіргіші қолданбасы үшін оңтайлы индукторды таңдап, әртүрлі жағдайларда жүйе өнімділігін болжауға болады.


3.Қорытынды

Нарықта әртүрлі қолданбаларға арналған индукторлардың көптеген түрлері бар және ең қолайлы индукторды таңдау оңай мәселе емес. Мысалы, үлкен индукторлар тұрақты ток шығындарын азайтады және тиімділікті арттырады, бірақ олар физикалық түрде үлкенірек және ыстықырақ жұмыс істейді. Бірде-бір индуктор мінсіз емес және әр индуктордың параметрлерін және әр түрлі параметрлер арасындағы байланысты түсіну маңызды, бұл конструкторларға индуктордың нақты тұрақты/тұрақты ток қолданбасы үшін жарамдылығын анықтауға көмектесу үшін.

We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept