如何選擇合適的功率電感器
發布時間:2020-11-06 來源:Mariya Sachek 責任編輯:wenwei
【導讀】為功率應用選擇合適的電感器kansihenjiandan。maosizhidaobiaochengdianganhebaohedianliujiuzugoule。yihandeshi,gaiguochengyuanbixiangxiangdegengjiafuza。jinguanzhizaoshangweilianghuazhexiezhibiaofuchulejudadenuli,danyouyugaidengzhibiaocunzaizhuduobianliangheshujuqingxixingwenti,daozhitamenchangchangwufawanzhengdishuomingdianganqitexing。jianyumeiyourenheyigeshebeinenggoumanzusuoyoudedianluyaoqiu,yinci,zaixuanzegonglvdianganqishi,gongchengshiyingquedingzuizhongyaodexingnengyinsu,bingyouxiankaolvnaxieyouzhuyushixianzuijiadianluyunxingdeyinsu。benwenliqiujiekaidianganqitexingdeshenmimiansha,bingweixuanzezhengquedegonglvdianganqitigongyibanxingzhinan。
No.1 電感
shouxian,ninyinggaiquedingxiangguandianluzhongdedianganfanwei。jianyudianganzaiqijiandezhenggegongzuoqijianjibenshangdoubushihengdingde,yinci,lejieyouxiaozhidefanweizhiguanzhongyao。duiyukaiguanyingyongzhongdedianganqi,yunxudewenbodianliuheshuntaixiangyingmubiaojiangjuedingdianganxuqiu。tongchangshijiangwenbodianliubaochizaifuzaishuchudianliude 30% huogengdishuiping。ruguoshizailvboyingyongzhongshiyongdianganqi,zeqizukangbixuzugougao,yishuaijianmubiaozaoshengpinlv。gongchengshikejiezhuzaixiantigongdeshejigongjuhegongshilaijisuanheshidedianganzhi。diangantongchanghuiyinshijiadezhiliudianliu、溫度或交流驅動電平而變化。為確保電感保持在目標範圍內,這些都是需要考慮的因素。
No.2 DCR
DCR,或huo稱cheng為wei線xian圈quan電dian阻zu,其qi散san熱re和he降jiang低di效xiao率lv的de方fang式shi與yu電dian流liu流liu經jing它ta們men且qie在zai兩liang端duan產chan生sheng壓ya降jiang的de所suo有you電dian阻zu都dou相xiang同tong。這zhe是shi測ce定ding導dao線xian加jia熱re損sun耗hao的de關guan鍵jian。因yin此ci,條tiao件jian允yun許xu的de情qing況kuang下xia應ying盡jin可ke能neng選xuan擇ze較jiao低di的de DCR,以便最大程度地降低電感器的功率損耗。有時,在 DC/DC 應用中,DCR 被用作電流檢測路徑,因此容差變得很重要。
No.3 飽和
額(e)定(ding)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)值(zhi)是(shi)指(zhi)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)有(you)效(xiao)電(dian)感(gan)值(zhi)從(cong)標(biao)稱(cheng)值(zhi)下(xia)降(jiang)到(dao)一(yi)定(ding)的(de)百(bai)分(fen)比(bi)之(zhi)前(qian),電(dian)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)支(zhi)持(chi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)量(liang)。製(zhi)造(zao)商(shang)公(gong)布(bu)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)很(hen)容(rong)易(yi)引(yin)起(qi)誤(wu)解(jie)。不(bu)同(tong)的(de)製(zhi)造(zao)商(shang)會(hui)將(jiang)下(xia)降(jiang)百(bai)分(fen)比(bi)設(she)置(zhi)為(wei) 20% 或 30% 不bu等deng。產chan品pin簡jian介jie中zhong通tong常chang會hui借jie助zhu曲qu線xian圖tu來lai顯xian示shi電dian感gan值zhi相xiang對dui於yu直zhi流liu電dian流liu的de變bian化hua情qing況kuang。該gai圖tu相xiang當dang於yu製zhi造zao商shang發fa布bu的de數shu據ju而er言yan更geng具ju說shuo服fu力li,因yin為wei它ta顯xian示shi了le電dian感gan在zai較jiao大da負fu載zai電dian流liu範fan圍wei內nei發fa生sheng的de變bian化hua,而er不bu是shi僅jin僅jin限xian於yu產chan品pin簡jian介jie中zhong列lie出chu的de單dan點dian。
功(gong)率(lv)電(dian)感(gan)器(qi)根(gen)據(ju)基(ji)本(ben)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)的(de)不(bu)同(tong)分(fen)為(wei)兩(liang)種(zhong)。鐵(tie)氧(yang)體(ti)電(dian)感(gan)器(qi)極(ji)為(wei)常(chang)見(jian),其(qi)特(te)點(dian)是(shi)具(ju)有(you)硬(ying)飽(bao)和(he)曲(qu)線(xian)。其(qi)高(gao)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)的(de)導(dao)磁(ci)率(lv)在(zai)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)水(shui)平(ping)甚(shen)至(zhi)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)時(shi),會(hui)引(yin)發(fa)急(ji)劇(ju)的(de)電(dian)感(gan)下(xia)降(jiang)。僅(jin)憑(ping)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)是(shi)無(wu)法(fa)預(yu)測(ce)這(zhe)種(zhong)行(xing)為(wei)的(de)。一(yi)旦(dan)鐵(tie)氧(yang)體(ti)飽(bao)和(he),其(qi)電(dian)感(gan)就(jiu)會(hui)驟(zhou)降(jiang),由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)會(hui)對(dui)電(dian)路(lu)造(zao)成(cheng)永(yong)久(jiu)性(xing)損(sun)壞(huai)。鐵(tie)粉(fen)(通常稱為複合或模製)電dian感gan器qi也ye很hen常chang見jian,可ke能neng是shi一yi種zhong更geng安an全quan的de選xuan擇ze。鐵tie粉fen電dian感gan器qi在zai較jiao為wei寬kuan泛fan的de直zhi流liu偏pian置zhi電dian流liu和he溫wen度du範fan圍wei內nei具ju有you非fei常chang穩wen定ding的de電dian感gan及ji軟ruan飽bao和he特te性xing,並bing且qie通tong常chang不bu可ke能neng完wan全quan飽bao和he。
請參閱製造商公開發布的飽和度曲線,以確保由於飽和度和溫度引起的電感下降不會導致紋波電流超過電路極限。
No.4 額定溫升電流和效率
功率電感器供應商提供額定溫升電流,但與飽和電流一樣,該參數也可能產生誤導。該參數代表將電感器溫度提高供應商規定量(通常為 40°C)所suo需xu的de直zhi流liu電dian流liu。產chan品pin簡jian介jie中zhong給gei出chu這zhe一yi額e定ding值zhi的de前qian提ti是shi采cai用yong特te定ding的de測ce試shi設she置zhi,允yun許xu通tong過guo端duan子zi從cong感gan應ying器qi中zhong導dao出chu相xiang對dui較jiao高gao的de熱re量liang。因yin此ci,該gai額e定ding值zhi可ke能neng僅jin可ke用yong作zuo預yu測ce電dian感gan器qi溫wen度du升sheng高gao的de近jin似si值zhi。被bei動dong或huo主zhu動dong冷leng卻que方fang法fa、PCB 走線寬度、kongqiliuliangyijiyuqitayuanjiandejiejindu,douyoukenengdaozhidianganqideshijiwenduyuedingredianliusuoanshidewendudabuxiangtong。ciwai,duiyugaowenbozhenfuyingyongeryan,tiexinheraozuzhongchanshengdejiaoliusunhaoyejiangdaozhiwendushenggao。shijishang,ruguodianganqizaitedingdefuzaidianliuxiayichangshengwen,shejirenyuankenengxuyaoyanzhengshifouyouzugoudereliangtongguoduanzihexintidaochu,huozhedianlugongzuomeiyouzaidianganqizhongzaochengguoduodejiaoliusunhao。
較jiao高gao的de額e定ding溫wen升sheng電dian流liu對dui應ying於yu較jiao高gao的de效xiao率lv和he較jiao低di的de工gong作zuo溫wen度du,這zhe種zhong假jia設she在zai一yi般ban情qing況kuang下xia是shi成cheng立li的de,但dan並bing不bu總zong是shi正zheng確que的de。雖sui然ran較jiao大da的de電dian感gan器qi通tong常chang具ju有you較jiao低di的de直zhi流liu損sun耗hao和he較jiao高gao的de效xiao率lv(以犧牲成本和電路板空間為代價),但其散熱性往往更差一些。對於具有相同尺寸和電感的兩個電感器而言,較平坦的電感器將具有更好的自然冷卻特性,使其能夠保持 5˚C 至 10˚C 的(de)較(jiao)低(di)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du),即(ji)使(shi)產(chan)熱(re)稍(shao)多(duo)一(yi)些(xie)也(ye)不(bu)例(li)外(wai)。與(yu)鐵(tie)氧(yang)體(ti)相(xiang)比(bi),模(mo)製(zhi)電(dian)感(gan)器(qi)具(ju)有(you)出(chu)色(se)的(de)冷(leng)卻(que)特(te)性(xing),並(bing)且(qie)可(ke)以(yi)憑(ping)借(jie)出(chu)色(se)的(de)導(dao)熱(re)性(xing)在(zai)電(dian)感(gan)器(qi)表(biao)麵(mian)提(ti)供(gong)更(geng)有(you)效(xiao)的(de)熱(re)傳(chuan)遞(di)。雖(sui)然(ran)額(e)定(ding)溫(wen)升(sheng)電(dian)流(liu)可(ke)能(neng)是(shi)有(you)用(yong)的(de)數(shu)據(ju),但(dan)卻(que)缺(que)乏(fa)可(ke)能(neng)對(dui)適(shi)當(dang)熱(re)性(xing)能(neng)設(she)計(ji)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)交(jiao)流(liu)損(sun)耗(hao)信(xin)息(xi)。
No.5 自諧振頻率和阻抗
由於不存在理想的電感器,因此,電感器等效電路模型是由交流電阻,電感,電容並聯以後和直流電阻串聯(圖 1)。在自諧振頻率(SRF)下,電感和寄生電容形成並聯諧振電路,此時,並聯交流電阻(R)成為主導元件。SRF 也是電感器的最高阻抗(Z)點。超過 SFR 頻率以後電容性原件主導元件,因此該元件不再像電感器一樣工作(圖 2)。對於濾波應用,隻要阻抗充分由電阻控製,就可以使用超過 SRF 的電感器,以適當衰減目標頻率。然而,在儲能的 DC/DC 轉換器應用中,為了避免出現破壞性的電流尖峰和共振,電感器的工作頻率不應高於由於 SRF 而開始升高的電感頻率。

圖1:電感器等效電路模型

圖2:阻抗(Ω)頻率(MHz)IHLP4040DZER150M11 在其 SRF 之前和之後的阻抗行為
No.6 EMI
當今的電子電路具有越來越嚴格的電磁兼容性(EMC)和電磁幹擾(EMI)要求。電纜、PCB 板走線以及其他無源或有源組件部件會將噪聲傳導或輻射到周圍環境中。電感器也不例外。如果屏蔽不當,電感線圈會發生磁耦合,在 PCB 走線和附近部件中產生傳導噪聲。線圈甚至可以充當弱天線,向遠處的電路和外部設備輻射 EMI。鐵(tie)氧(yang)體(ti)由(you)於(yu)不(bu)連(lian)續(xu)氣(qi)隙(xi)處(chu)的(de)邊(bian)緣(yuan)磁(ci)通(tong)尤(you)其(qi)嘈(cao)雜(za)。相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia),複(fu)合(he)電(dian)感(gan)器(qi)提(ti)供(gong)更(geng)好(hao)的(de)磁(ci)屏(ping)蔽(bi),這(zhe)不(bu)僅(jin)是(shi)因(yin)為(wei)分(fen)布(bu)式(shi)氣(qi)隙(xi)有(you)助(zhu)於(yu)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)邊(bian)緣(yuan)磁(ci)通(tong)量(liang),而(er)且(qie)還(hai)因(yin)為(wei)高(gao)磁(ci)導(dao)率(lv)的(de)金(jin)屬(shu)顆(ke)粒(li)將(jiang)線(xian)圈(quan)完(wan)全(quan)包(bao)裹(guo),對(dui)磁(ci)場(chang)起(qi)到(dao)了(le)有(you)效(xiao)的(de)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong)。
極為敏感的 EMI 應用可能需要采取額外的噪聲抑製措施。Vishay 的 IHLE®產品係列(圖 3)在標準 IHLP®產品上添加了 E-shield 技術金屬屏蔽層。當焊接到地麵時,屏蔽層可將有害的電磁輻射和泄漏通量衰減高達 21dB。
No.7 專用電感器
市shi場chang上shang有you很hen多duo針zhen對dui不bu同tong類lei型xing磁ci性xing應ying用yong的de創chuang新xin解jie決jue方fang案an。與yu使shi用yong多duo個ge分fen立li電dian感gan器qi相xiang比bi,這zhe種zhong封feng裝zhuang方fang式shi可ke以yi提ti供gong空kong間jian和he成cheng本ben節jie約yue優you勢shi並bing提ti高gao性xing能neng。例li如ru,為wei了le節jie省sheng PCB 空間, Vishay 的 IHLD 係列將兩個電感器封裝在一個產品中。這種設計特別適合 D 類音頻放大器。Vishay IHCL 還將兩個高度耦合的電感器封裝在一個產品中,用於 SEPIC DC/DC 轉換器和共模應用。圖 3示出了這些解決方案。

圖3:Vishay 獨特的功率電感器產品示例
從左到右依次為:
● IHLP® 標準高電流模製電感器
● IHLE® 采用 E-shield 技術來抑製 EMI 的標準 IHLP 電感器
● IHLD 用於 D 類音頻放大器的雙高電流電感器
● IHCL 用於 SEPIC 和共模電路的高度耦合的高電流電感器
總結
功(gong)率(lv)電(dian)感(gan)器(qi)是(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)儲(chu)能(neng)元(yuan)件(jian),可(ke)使(shi)濾(lv)波(bo)和(he)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)選(xuan)擇(ze)能(neng)夠(gou)以(yi)可(ke)承(cheng)受(shou)的(de)價(jia)格(ge)在(zai)最(zui)小(xiao)尺(chi)寸(cun)下(xia)提(ti)供(gong)最(zui)佳(jia)性(xing)能(neng)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)。這(zhe)需(xu)要(yao)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)以(yi)下(xia)基(ji)本(ben)電(dian)感(gan)器(qi)特(te)性(xing):電感、DCR、飽和度、額定熱電流、阻抗、SRF、效率、熱特性、尺寸和噪聲發射等。
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