Hvordan velge induktorer?

Først det grunnleggende prinsippet for induktans

Induktorer, sammen med kondensatorer og motstander, er tre grunnleggende passive enheter innen elektronikk. Funksjonen til induktorer er å lagre elektrisk energi i form av magnetfeltenergi.

Med en sylindrisk spole som et eksempel, introduseres det grunnleggende prinsippet for induktans kort.

Som vist i figuren ovenfor, når en konstant strøm flyter gjennom spolen, dannes et statisk magnetfelt i den angitte retningen i henhold til høyre helixregel. Induktoren strømmer gjennom vekselstrømmen, det genererte magnetfeltet er det vekslende magnetfeltet, det skiftende magnetfeltet genererer et elektrisk felt, og induksjonselektromotoriske kraften på spolen genererer den induserte strømmen:

· Når strømmen øker, blir magnetfeltet sterkere, og retningen på magnetfeltet endres er den samme som det opprinnelige magnetfeltet. I henhold til venstre spiralregel er den genererte induserte strømmen i motsatt retning av den opprinnelige strømmen, og induktansstrømmen avtar;

· Når strømmen endres, blir magnetfeltet svakere, og retningen på magnetfeltet endres er motsatt av retningen til det opprinnelige magnetfeltet. I henhold til venstre spiralregel er den genererte induserte strømmen i samme retning som den opprinnelige strømmen, og induktorstrømmen blir større.

Dette er Lenz sin lov, og slutteffekten er at induktoren vil hindre at strømmen som går gjennom den endres, det vil si at induktoren har høy motstand mot vekselstrømmen. For den samme induktansen, jo høyere strømendringshastigheten er, desto større er den induserte strømmen, og desto høyere er impedansen til induktansen; Hvis samme strømendringshastighet, forskjellige induktorer, hvis den genererte induserte strømmen er større, vil induktoren presentere en høyere impedans.

Det kan sees at størrelsen på induktansen er relatert til størrelsen på spolen og materialet til den indre kjernen.

Egenskapene til faktisk induktans er ikke bare rollen til induktansen, men også andre faktorer, for eksempel:

· Tråden viklet inn i spolen er ikke en ideell leder, og det er en viss motstand;

· Den magnetiske induktanskjernen har et visst varmetap;

· Det er en fordelt kapasitans mellom lederne inne i induktoren.

Derfor er det nødvendig å bruke en mer kompleks modell for å representere den faktiske induktansen, og den ofte brukte ekvivalente modellen er som følger:

Den ekvivalente modellformen kan være forskjellig, men den skal kunne reflektere tapet og den distribuerte kapasitansen. I henhold til tilsvarende modell kan to viktige parametere for den faktiske induktansen defineres.

Selvresonansfrekvens

På grunn av eksistensen av Cp dannes en resonanskrets sammen med L, hvis resonansfrekvens er selvresonansfrekvensen til induktoren. Før selvresonansfrekvensen øker impedansen til induktoren med økningen av frekvensen. Etter selvresonansfrekvensen avtar impedansen til induktoren når frekvensen øker, og kapasitansen presenteres.

Kvalitetsfaktor

Det vil si Q-verdien til induktoren, forholdet mellom den induktive lagrede effekten og tapseffekten, jo høyere Q-verdien, jo lavere tapet av induktoren, og likestrømsimpedansen til induktoren er direkte relatert til parameteren . Selvresonansfrekvens og Q-verdi er nøkkelparametrene til høyfrekvente induktorer

For det andre, prosessstrukturen til induktans

Prosessen med induktans kan grovt deles inn i 3 typer:

2.1 Wire Wound Type (Wire Wound Type)

Som navnet antyder, er kobbertråden viklet rundt en magnetisk kjerne for å danne en spole, og det er to måter å vikle ledningen på:

Rundt sår

Sylindrisk vikling er vanlig og har et bredt spekter av bruksområder, for eksempel:

Flatt sår

Fordelen med plan vikling er åpenbar, det vil si at høyden på enheten reduseres. Det kan sees fra den forrige formelen at jo større permeabiliteten til den magnetiske kjernen er, desto større er induktansverdien, og den magnetiske kjernen kan være

· Ikke-magnetiske materialer: som luftkjerne, keramisk kjerne, det ser ut til at det ikke kan kalles magnetisk kjerne; Denne induktansverdien er liten, men det er i utgangspunktet ingen metningsstrøm

· Ferromagnetiske materialer: som ferritt, Permo-legering, etc.; Permeabiliteten til legeringen er høyere enn for ferritt. Ferromagnetisk materiale har magnetisk metningsfenomen og metningsstrøm.

Viklingsinduktans kan gi høy strøm og høy induktans. Jo større den magnetiske kjernepermeabiliteten er, samme sensorverdi, mindre vikling, mindre vikling kan redusere DC-motstanden; Den samme størrelsen, mindre vikling kan vikles tykt, forbedre strømmen.

I tillegg, i strømforsyningsdesignen, møter ofte problemet med induktanshyl, essensen er at endringen av magnetfeltet forårsaker lederen, det vil si vibrasjonen av spolen, frekvensen av vibrasjonen er bare i lyden rekkevidde, det menneskelige øret kan høre, legeringen integrert forming induktans, mer fast, kan redusere vibrasjoner.

2.2 Flerlags induktor (flerlagstype)

Produksjonsprosessen av flerlags chipinduktorer: ferritt- eller keramikkpastaen tørkes og dannes, den ledende pastaen trykkes vekselvis, og den integrerte strukturen dannes ved laminering og sintring.

Flerlagsbrikkeinduktoren er mindre enn viklingsinduktoren og har standardisert pakke, som er egnet for automatisk høytetthetsmontering. Integrert struktur, høy pålitelighet, god varmebestandighet.

2.3 Tynnfilminduktans (tynnfilmtype)

Tynnfilmsinduktorer bruker en prosess som ligner på IC-produksjon, et lag med lederfilm blir belagt på underlaget, og deretter dannes spolen ved fotolitografiprosess, og til slutt legges mediumlaget, isolasjonslaget og elektrodelaget til pakke og form.

Produksjonsprosessen til tynnfilmenheten er vist i figuren nedenfor

 

 

Presisjonen i litografiprosessen er høy, noe som resulterer i smalere linjer og skarpere kanter. Derfor har tynnfilminduktorer

· Mindre størrelse, 008004 pakke

· Mindre verditrinn, 0.1nH

· Mindre toleranse, 0.05nH

· Bedre frekvensstabilitet

For det tredje, anvendelse og valg av induktorer

I kretsdesign har induktorer tre hovedkategorier av applikasjoner:

· Strøminduktans: brukes hovedsakelig til spenningskonvertering, ofte brukt DCDC-krets for å bruke strøminduktans;

Avkoblingsinduktans: brukes hovedsakelig til å filtrere ut støyen på kraftlinjen eller signallinjen, EMC-ingeniører bør være kjent med;

· Høyfrekvente induktorer: brukes hovedsakelig i RF-kretser for å oppnå bias, matching, filtrering og andre kretser.

3.1 Strøminduktans

Strøminduktorer brukes ofte i DCDC-kretser for å opprettholde en kontinuerlig strøm ved å akkumulere og frigjøre energi.

De fleste kraftinduktorer er viklingsinduktorer, som kan forbedre høy strøm og høy induktans.

Flerlags chip kraftinduktorer er også flere og flere, vanligvis er induktansverdien og strømmen lave, fordelen er at kostnadene er lave, volumet er ultra lite, og det er flere applikasjoner i produkter med store plassbegrensninger som mobiltelefoner .

 

3.2 Frakoblingsspoler

Avkoblingsspolen kalles også Choke, som vanligvis oversettes med choke coil i lærebøker. Rollen til avkoblingsspoler er å filtrere ut interferens på linjen, som tilhører EMC-enheter, EMC-ingeniører brukes hovedsakelig til å løse testproblemene med strålingsutslipp (RE) og ledet utslipp (CE) av produkter.

Avkoblingsinduktorer, vanligvis relativt enkel struktur, for det meste kobbertråd direkte viklet på ferrittringen.

Differensialmodusinduktans

Differensialmodusinduktorer er vanlige viklingsinduktorer, som brukes til å filtrere ut noen differensialmodusinterferens, hovedsakelig for å danne LC-filtre med kondensatorer for å redusere strømforsyningsstøy.

For 220V nett er differensialmodusinterferens interferensen mellom L-fase og N-fase. For POE er det interferensen mellom POE+ og POE-; For lavspent likestrømforsyningen på hovedkortet er det faktisk strømforsyningsstøyen.

Valg av induktor for differensialmodus må ta hensyn til følgende punkter:

• DC motstand, nominell spenning og strøm, for å møte arbeidskravene;

• Strukturstørrelse for å møte produktkrav;

• Bestem støyfrekvensbåndet gjennom testing, og velg induktoren i henhold til impedanskurven til induktoren;

• Design LC-filter, kan gjøre enkel beregning og simulering.

Vanlige induktorer

Common mode induktoren er å vikle to spoler med samme antall omdreininger og motsatte retninger på samme ferrittring.

 

Vanlige induktorer som vist ovenfor:

· Når en common-mode-komponent strømmer gjennom common-mode-induktoren, vil det dannes et magnetfelt i samme retning i de to spolene i henhold til høyrehåndsregelen, som tilsvarer en høy induktans til common-mode-signalet ;

· Når en differensialmoduskomponent strømmer gjennom en fellesmodusinduktor, i henhold til høyreregelen, vil magnetiske felt i motsatte retninger dannes i de to spolene og kansellere hverandre, noe som tilsvarer en lav induktiv reaktans til differensialmodussignalet .

En annen måte å forstå: når V+ flyter gjennom en frekvens med fellesmodusinterferens, vil det dannede magnetiske vekselfeltet danne en indusert strøm på den andre spolen, i henhold til venstrehåndsregelen er retningen til den induserte strømmen motsatt av retningen til common mode interferensen på V-, som kansellerer en del av common mode interferensen.

Vanlige modusinduktorer brukes hovedsakelig i dual-wire eller differensialsystemer, for eksempel 220V nett, CAN-buss, USB-signal, HDMI-signal og så videre. Den brukes til å filtrere ut common-mode interferens, mens den nyttige differensialsignaldempingen er liten.

Vanlig modus induktorvalg må ta hensyn til følgende punkter:

· DC-impedansen skal være lav og kan ikke ha stor innvirkning på spenning eller nyttige signaler;

· For kraftledninger bør merkespenning og strøm vurderes for å oppfylle arbeidskravene;

· Frekvensbåndet for common-mode interferens bestemmes ved testing, og common-mode-impedansen bør være høy i dette frekvensbåndet;

· Differensialmodusimpedansen skal være liten, noe som ikke kan ha stor innvirkning på kvaliteten på differensialsignalet;

Vurder pakkestørrelse, gjør kompatibilitetsdesign. For eksempel kan common mode induktorer for USB-signaler velges for å være kompatible med to 0402 motstander, og når common mode induktorer ikke er nødvendig, kan 0402 motstander sveises direkte for å redusere kostnadene.

For mer informasjon, vennligst kontakt oss påsales@xfullstar.com