Hogyan értelmezzük a DC/DC átalakítók tekercseinek paramétereit?

Árnyékolt vagy nem árnyékolt?

Az árnyékolatlan tekercsek nyitott mágneses áramkörrel rendelkeznek. A tekercs magjában indukált mágneses fluxus kilép a magból, és a levegőn keresztül a mag másik oldalára terjed, ahol befejezi áramlási útvonalát, tehát lezárul a mágneses áramkör. A magon kívüli mágneses fluxus befolyásolja a közeli áramköröket. Az ugyanolyan méretű árnyékolatlan tekercs magasabb telítési árammal rendelkezik, és alacsonyabb áron szerezhető be.

Az árnyékolt tekercs úgy van kialakítva, hogy a mágneses térerő sohasem hagyja el a magot, megakadályozva ezzel a közelben elhelyezkedő érzékeny komponensek befolyásolását. A hasonló méretű árnyékolt tekercs alacsonyabb telítési árammal és magasabb árral rendelkezik.

A legújabb technológiai fejlődés lehetővé teszi kompozit induktorok gyártását. Az induktor magja fémpor (vas, vasötvözet vagy vas- és egyéb fémek keveréke), amit 4-10um méretű részecskék alkotnak. A „pad” –hez csatlakoztatott tekercs fémporral bélelt acél öntőformában van elhelyezve úgy, hogy a por teljesen körülvegye a tekercset. A fémport ezután körülbelül 600MPa nyomással összenyomják, hogy sűrű mágneses magot képezzenek a tekercs körül. A magban lévő fémrészecskéket nem mágneses és nem vezető anyag (szilícium-oxid, szerves kötőanyag) veszi körül, ami elosztott "légrést" eredményez. Az ilyen módon előállított induktorok árnyékoltak, és kiváló paraméterekkel rendelkeznek, különösen magas a telítési áramerősségük.

Az árnyékolt induktorok drágábbak és alacsonyabb telítési árammal rendelkeznek (ugyanazon fizikai méret, maganyag és induktivitás mellett), de nagymértékben csökkentik az elektromágneses interferenciát (EMI). Szinte mindig érdemes árnyékolt tekercseket használni, hogy segítsenek az EMI-problémák elkerülésében. Ez különösen akkor igaz, ha a konverter magasabb kapcsolási frekvenciákat használ.

Induktivitás és saját rezonanciafrekvencia (SRF)

Az induktivitást tipikusan kis feszültség mellett (0,1 Vrms) 100 kHz frekvencián mérik egyirányú torzítás nélkül. A tipikus gyártási tolerancia ±20%. Az SRF a frekvencia, amellyel az induktor tekercs induktivitása természetes módon rezonál az említett tekercselosztó kapacitással. Hasznos szabálynak bizonyul, hogy a kapcsolási frekvencia tízszer alacsonyabb, mint az SRF érték.

Névleges és telítettségi áram

A névleges áram a tényleges DC (vagy alacsony frekvenciájú AC) áram, amely a tekercs hőmérsékletének emelkedését okozza egy meghatározott értékre, tipikusan 40°C-ra.

A gyártók különböző vizsgálati PCB-t használnak, és nem adnak részletes információt, ami megnehezíti a tekercsek összehasonlítását a különböző gyártók között. A hőmérséklet emelkedése nagymértékben függ számos tényezőtől, beleértve a PCB-t, a vonalvastagságot, a többi komponenshez való közelséget stb. Ezért a végtermékben ellenőrizni kell a hőmérséklet emelkedését.
A telítési áram olyan egyenáramú áram, amely bizonyos mértékben csökkenti az induktivitás mértékét, általában 10, 20 vagy 30%-ban.
A különböző gyártók különböző induktivitás-csökkenést használnak a telítettségi áram meghatározására, ami a tekercsek összehasonlítását időigényessé teszi.

Környezeti hőmérséklet és a tekercs maximális hője

Különböző források különböző helyeket sorakoztatnak fel a környezeti hőmérséklet meghatározásához. Az adatlapokban nem tüntetik fel egyértelműen, hol mérték az adott hőmérsékletet. Pontosabb adatokért ajánlanánk figyelmébe a What is ambient temperature, anyway, and why does it matter? cikket vagy a Semiconductor and IC Package Thermal Metrics dokumentációt.

A maximális tekercshőmérséklet több hasznos információt szolgáltat, mivel lehetővé teszi a tekercs hőmérsékletének ellenőrzését a végtermékben. A tekercs hőmérséklete nem haladhatja meg a meghatározott értéket a legnehezebb üzemi körülmények között sem. A tekercs hőmérsékletét befolyásolja az áramköri tervezés, az alkatrész elhelyezés, a nyomtatott áramköri nyomelemek mérete és vastagsága, a légáramlás és egyéb hűtési tulajdonságok.

DC ellenállás (DCR)

A tekercs DC ellenállása 25 ° C-os szobahőmérsékleten mérve. A DCR hőmérsékletfüggő. A tipikus tekercselés rézhuzalból készül. A réz-ellenállás hőmérséklet-együtthatója kb. 0,4% / °C. Nem tűnik soknak, de 125°C-os tekercs hőmérsékletnél ez (125-25)*0,4%=40% ellenállás növekedés.
Az ellenállás a frekvencia függvényében növekszik. Az ellenállás különböző frekvencia értékeknél (ACR) nem szerepel az adatlapban.

A DC/DC átalakító tipikus kialakítása 20-40%-os átfolyó árammal számol a kimeneti egyenáramból. A hullámos áram háromszög hullám, és 50%-os üzemi ciklus esetén az RMS hozzávetőleges értéke 0,577Ip-p. Amint az a 9-es ábrán látható, 200kHz frekvenciánál a Rac/Rdc=1, az ellenálás ezen a frekvencián tehát Rtot=Rdc+Rac=2Rdc. A tekercselési teljesítményveszteség: P = Pdc + Pac
Ha Iac(p-p)=0,3Idc Pac=Iac_rms^2*Rac=(0.575*0.3*Idc)^2*2Rdc=0,06Idc^2*Rdc=0.06Pdc.
1MHz frekvencia értéknél: Rtot=Rdc+2.5Rdc=3.5Rdc a Pac=0.1Pdc.

Az AC ellenállás növeli a tekercselési teljesítmény csökkenését, és ajánlott a gyártótól kikérni a frekvencián alapuló veszteségek értékét.

Hogyan összegezhetnénk mindezt?

A DC / DC átalakító tekercsét úgy kell megválasztani, hogy:
• még a legnehezebb munkakörülmények között sem melegedjen túl
• az induktivitás ne csökkenjen olyan érték alá, ami veszélyeztetné az átalakító stabilitását
• elkerülhető legyen a kemény telítettség
• a konverter megfelelő méretekkel rendelkezzen
• az átalakító minél nagyobb hatásfokkal rendelkezzen

Az átalakító egyéb tulajdonságai, mint a kimeneti feszültség hullámzása és a tranziens válasz is befolyásolják az induktivitás értékét.

A tekercs alkalmasságának gyors felmérésére egyes gyártók, mint például a Vishay, a Panasonic és a Coilcraft online szoftvert szolgáltatnak.

Próbálja ki például:

• http://www.vishay.com/inductors/calculator/calculator/
• http://www.coilcraft.com/apps/power_tools/power/
• https://util01.industrial.panasonic.com/ww/utilities/ds/chr-vw/view03/
• https://util01.industrial.panasonic.com/ww/utilities/ds/pcc-sim/

További, kínálatunkban szereplő tekercsekkel kapcsolatos információkért kérem, tekintse meg honlapunkat vagy vegye fel velünk a kapcsolatot az info@soselectronic.hu címen.