Hur väljer man induktorer?

Först den grundläggande principen för induktans

Induktorer, tillsammans med kondensatorer och motstånd, är tre grundläggande passiva enheter inom elektronik. Induktorernas funktion är att lagra elektrisk energi i form av magnetfältsenergi.

Med cylindrisk spole som ett exempel introduceras den grundläggande principen för induktans kort.

Som visas i figuren ovan, när en konstant ström flyter genom spolen, bildas ett statiskt magnetfält i den angivna riktningen enligt den högra helixregeln. Induktorn flyter genom växelströmmen, det genererade magnetfältet är det växelmagnetiska fältet, det föränderliga magnetfältet genererar ett elektriskt fält, och den elektromotoriska induktionskraften på spolen genererar den inducerade strömmen:

· När strömmen ökar blir magnetfältet starkare, och riktningen på magnetfältet ändras är densamma som för det ursprungliga magnetfältet. Enligt den vänstra spiralregeln är den genererade inducerade strömmen i motsatt riktning av den ursprungliga strömmen, och induktansströmmen minskar;

· När strömmen ändras blir magnetfältet svagare, och riktningen på magnetfältet ändras är motsatt riktningen för det ursprungliga magnetfältet. Enligt den vänstra spiralregeln är den genererade inducerade strömmen i samma riktning som den ursprungliga strömmen, och induktorströmmen blir större.

Detta är Lenz lag, och sluteffekten är att induktorn kommer att förhindra att strömmen som flyter genom den ändras, det vill säga att induktorn har ett högt motstånd mot växelströmmen. För samma induktans, ju högre strömändringshastigheten är, desto större är den inducerade strömmen och desto högre impedans för induktansen; Om samma strömändringshastighet, olika induktorer, om den genererade inducerade strömmen är större, uppvisar induktorn en högre impedans.

Det kan ses att storleken på induktansen är relaterad till storleken på spolen och materialet i den inre kärnan.

Egenskaperna för faktisk induktans är inte bara induktansens roll utan även andra faktorer, såsom:

· Tråden som är lindad i spolen är inte en idealisk ledare, och det finns ett visst motstånd;

· Den magnetiska kärnan av induktans har en viss värmeförlust;

· Det finns en fördelad kapacitans mellan ledarna inuti induktorn.

Därför är det nödvändigt att använda en mer komplex modell för att representera den faktiska induktansen, och den vanliga ekvivalenta modellen är som följer:

Den ekvivalenta modellformen kan vara annorlunda, men den bör kunna spegla förlusten och den distribuerade kapacitansen. Enligt motsvarande modell kan två viktiga parametrar för den faktiska induktansen definieras.

Självresonansfrekvens

På grund av förekomsten av Cp bildas en resonanskrets tillsammans med L, vars resonansfrekvens är induktorns självresonansfrekvens. Innan självresonansfrekvensen ökar induktorns impedans med ökningen av frekvensen. Efter självresonansfrekvensen minskar induktorns impedans när frekvensen ökar och kapacitansen presenteras.

Kvalitetsfaktor

Det vill säga Q-värdet för induktorn, förhållandet mellan den induktiva lagrade effekten och förlusteffekten, ju högre Q-värdet, desto lägre är induktorns förlust, och induktorns likströmsimpedans är direkt relaterad till parametern . Självresonansfrekvens och Q-värde är nyckelparametrarna för högfrekventa induktorer

För det andra, processstrukturen av induktans

Induktansprocessen kan grovt delas in i tre typer:

2.1 Tråd lindad typ (tråd lindad typ)

Som namnet antyder är koppartråden lindad runt en magnetisk kärna för att bilda en spole, och det finns två sätt att linda tråden:

Runt sår

Cylindrisk lindning är vanlig och har ett brett användningsområde, såsom:

Platt sår

Fördelen med plan lindning är uppenbar, det vill säga enhetens höjd reduceras. Det kan ses från den föregående formeln att ju större permeabiliteten för den magnetiska kärnan är, desto större är induktansvärdet, och den magnetiska kärnan kan vara

· Icke-magnetiska material: såsom luftkärna, keramisk kärna, det verkar som om det inte kan kallas magnetisk kärna; Detta induktansvärde är litet, men det finns i princip ingen mättnadsström

· Ferromagnetiska material: såsom ferrit, permolegering, etc.; Legeringens permeabilitet är högre än för ferrit. Ferromagnetiskt material har magnetiska mättnadsfenomen och mättnadsström.

Lindningsinduktans kan ge hög ström och hög induktans. Ju större den magnetiska kärnans permeabilitet är, samma avkänningsvärde, mindre lindning, mindre lindning kan minska DC-resistansen; Samma storlek, mindre lindning kan lindas tjockt, förbättra strömmen.

Dessutom, i strömförsörjningsdesignen, stöter ofta på problemet med induktans ylande, essensen är att förändringen av magnetfältet orsakar ledaren, det vill säga vibrationen av spolen, vibrationsfrekvensen är bara i ljudet räckvidd, det mänskliga örat kan höra, legeringens integrerade formningsinduktans, fastare, kan minska vibrationer.

2.2 Flerskiktsinduktor (flerskiktstyp)

Produktionsprocessen för flerskiktschipinduktorer: ferrit- eller keramiska pastan torkas och formas, den ledande pastan skrivs omväxlande ut och den integrerade strukturen bildas genom laminering och sintring.

Flerskiktschipinduktorn är mindre än lindningsinduktorn och har ett standardiserat paket, som är lämpligt för automatisk högdensitetsmontering. Integrerad struktur, hög tillförlitlighet, bra värmebeständighet.

2.3 Tunnfilmsinduktans (Tunnfilmstyp)

Tunnfilmsinduktorer använder en process som liknar IC-produktion, ett lager av ledande film pläteras på substratet, och sedan formas spolen genom fotolitografiprocess, och slutligen läggs mediumskiktet, isoleringsskiktet och elektrodskiktet till förpackningen och formen.

Produktionsprocessen för tunnfilmsanordningen visas i figuren nedan

 

 

Precisionen i litografiprocessen är hög, vilket resulterar i smalare linjer och skarpare kanter. Därför har tunnfilmsinduktorer

· Mindre storlek, 008004 förpackning

· Mindre värdesteg, 0.1nH

· Mindre tolerans, 0.05nH

· Bättre frekvensstabilitet

För det tredje, tillämpning och urval av induktorer

I kretsdesign har induktorer tre huvudkategorier av applikationer:

· Effektinduktans: används främst för spänningsomvandling, vanlig DCDC-krets för att använda effektinduktans;

Frikopplingsinduktans: används främst för att filtrera bort bruset på kraftledningen eller signalledningen, EMC-ingenjörer bör känna till;

· Högfrekventa induktorer: används främst i RF-kretsar för att uppnå bias, matchning, filtrering och andra kretsar.

3.1 Effektinduktans

Effektinduktorer används vanligtvis i DCDC-kretsar för att upprätthålla en kontinuerlig ström genom att ackumulera och frigöra energi.

De flesta effektinduktorer är lindningsinduktorer, vilket kan förbättra hög ström och hög induktans.

Multilayer chip effektinduktorer är också fler och fler, vanligtvis är induktansvärdet och strömmen låga, fördelen är att kostnaden är låg, volymen är ultraliten och det finns fler applikationer i produkter med stora utrymmesbegränsningar som mobiltelefoner .

 

3.2 Frånkopplingsspoler

Frånkopplingsspolen kallas även Choke, vilket vanligtvis översätts med choke coil i läroböcker. Rollen för avkoppling av induktorer är att filtrera bort störningar på linjen, som tillhör EMC-enheter, EMC-ingenjörer används främst för att lösa testproblemen med strålningsemission (RE) och genomförd emission (CE) av produkter.

Frånkopplingsspoler, vanligtvis relativt enkel struktur, mestadels koppartråd direkt lindad på ferritringen.

Differentialmodsinduktans

Differentiallägesspoler är vanliga lindningsinduktorer, som används för att filtrera bort viss differentiallägesinterferens, främst för att bilda LC-filter med kondensatorer för att minska strömförsörjningsbrus.

För 220V-nät är interferens i differentialläge störningen mellan L-fas och N-fas. För POE är det interferensen mellan POE+ och POE-; För lågspännings DC-strömförsörjningen på moderkortet är det faktiskt brus från strömförsörjningen.

Val av induktor för differentialläge måste vara uppmärksam på följande punkter:

• DC-resistans, märkspänning och ström, för att uppfylla arbetskraven;

• Strukturstorlek för att uppfylla produktkrav;

• Bestäm brusfrekvensbandet genom testning och välj induktorn enligt induktorns impedanskurva;

• Designa LC-filter, kan göra enkel beräkning och simulering.

Common mode induktorer

Common mode-induktorn är att linda två spolar med samma antal varv och motsatta riktningar på samma ferritring.

 

Common mode induktorer som visas ovan:

· När en common-mode-komponent strömmar genom common-mode-induktorn kommer ett magnetfält i samma riktning att bildas i de två spolarna enligt högerhänt regel, vilket motsvarar en hög induktans till common-mode-signalen ;

· När en differentialmodskomponent strömmar genom en common mode induktor, enligt den högra regeln, kommer magnetfält i motsatta riktningar att bildas i de två spolarna och upphäva varandra, vilket är ekvivalent med en låg induktiv reaktans till differentialmodsignalen .

Ett annat sätt att förstå: när V+ strömmar genom en frekvens av common mode interferens kommer det bildade magnetiska växelfältet att bilda en inducerad ström på den andra spolen, enligt vänsterregeln är riktningen för den inducerade strömmen motsatt riktningen för common mode-interferensen på V-, som avbryter en del av common mode-interferensen.

Vanliga induktorer används huvudsakligen i tvåtråds- eller differentialsystem, såsom 220V-nät, CAN-buss, USB-signal, HDMI-signal och så vidare. Den används för att filtrera bort common-mode interferens, medan den användbara differentialsignaldämpningen är liten.

Vanligt läge för induktorval måste vara uppmärksamma på följande punkter:

· DC-impedansen bör vara låg och kan inte ha en stor inverkan på spänning eller användbara signaler;

· För kraftledningar bör märkspänning och ström anses uppfylla arbetskraven;

· Frekvensbandet för common-mode-störningar bestäms genom testning, och common-mode-impedansen bör vara hög i detta frekvensband;

· Differentialmodimpedansen bör vara liten, vilket inte kan ha någon större inverkan på differentialsignalens kvalitet;

Tänk på förpackningsstorlek, gör kompatibilitetsdesign. Exempelvis kan common mode induktorer för USB-signaler väljas för att vara kompatibla med två 0402-motstånd, och när common mode-induktorer inte krävs kan 0402-motstånd direktsvetsas för att minska kostnaderna.

För mer information, vänligen kontakta oss påsales@xfullstar.com