Как выбрать индукторы?

Во-первых, основной принцип индуктивности

Индукторы, наряду с конденсаторами и резисторами, являются тремя основными пассивными устройствами в электронике. Функция индукторов — хранить электрическую энергию в виде энергии магнитного поля.

На примере цилиндрической катушки кратко представлен основной принцип индуктивности.

Как показано на рисунке выше, при протекании постоянного тока через катушку в указанном направлении формируется статическое магнитное поле по правилу правой спирали. В индукторе течет переменный ток, создаваемое магнитное поле представляет собой переменное магнитное поле, изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, а индукционная электродвижущая сила на катушке создает индуцированный ток:

· Когда ток увеличивается, магнитное поле становится сильнее, и направление магнитного поля меняется так же, как и у исходного магнитного поля. Согласно правилу левой спирали, генерируемый индуцированный ток имеет направление, противоположное исходному току, и ток индуктивности уменьшается;

· При изменении тока магнитное поле становится слабее, и направление изменения магнитного поля противоположно направлению исходного магнитного поля. Согласно правилу левой спирали, генерируемый индуцированный ток имеет то же направление, что и исходный ток, и ток индуктора становится больше.

Это закон Ленца, и конечный эффект состоит в том, что индуктор будет препятствовать изменению тока, протекающего через него, то есть индуктор имеет высокое сопротивление переменному току. Для той же индуктивности, чем выше скорость изменения тока, тем больше индуцированный ток и тем выше полное сопротивление индуктивности; Если скорость изменения тока одинакова, разные индукторы, если генерируемый индуцированный ток больше, то индуктор имеет более высокий импеданс.

Видно, что размер индуктивности зависит от размера катушки и материала внутреннего сердечника.

В характеристиках фактической индуктивности играет роль не только индуктивность, но и другие факторы, такие как:

· Проволока, намотанная в катушку, не является идеальным проводником и обладает определенным сопротивлением;

· Магнитопровод индуктивности имеет определенные тепловые потери;

· Между проводниками внутри индуктора существует распределенная емкость.

Следовательно, необходимо использовать более сложную модель для представления фактической индуктивности, а обычно используемая эквивалентная модель выглядит следующим образом:

Эквивалентная форма модели может быть другой, но она должна отражать потери и распределенную емкость. Согласно эквивалентной модели можно определить два важных параметра фактической индуктивности.

Частота собственного резонанса

Благодаря существованию Cp вместе с L образуется резонансный контур, резонансная частота которого является собственной резонансной частотой дросселя. До появления собственной резонансной частоты сопротивление дросселя увеличивается с увеличением частоты. После достижения собственной резонансной частоты сопротивление катушки индуктивности уменьшается по мере увеличения частоты, и появляется емкость.

Фактор качества

То есть значение Q индуктора, отношение индуктивной запасенной мощности к мощности потерь, чем выше значение Q, тем ниже потери индуктора, а полное сопротивление индуктора по постоянному току напрямую связано с параметром . Собственная резонансная частота и значение добротности являются ключевыми параметрами высокочастотных индукторов.

Во-вторых, структура процесса индуктивности

Процесс индуктивности можно условно разделить на 3 вида:

2.1 Тип проволочной намотки (Тип проволочной намотки)

Как следует из названия, медный провод намотан вокруг магнитного сердечника, образуя катушку, и существует два способа намотки провода:

Круглая рана

Цилиндрическая обмотка широко распространена и имеет широкий спектр применения, например:

Плоская рана

Преимущество планарной намотки очевидно, то есть уменьшается высота устройства. Из предыдущей формулы видно, что чем больше проницаемость магнитопровода, тем больше значение индуктивности, и магнитопровод может быть

· Немагнитные материалы: такие как воздушный сердечник, керамический сердечник, кажется, его нельзя назвать магнитным сердечником; Это значение индуктивности невелико, но ток насыщения практически отсутствует.

· Ферромагнитные материалы: такие как феррит, пермо-сплав и т. д.; Проницаемость сплава выше, чем у феррита. Ферромагнитный материал обладает явлением магнитного насыщения и током насыщения.

Индуктивность обмотки может обеспечить большой ток и высокую индуктивность. Чем больше проницаемость магнитного сердечника, то же значение чувствительности, меньше намотки, меньше намотки может снизить сопротивление постоянному току; Тот же размер, меньшая обмотка может быть намотана толстой, улучшает ток.

Кроме того, при проектировании блоков питания часто сталкиваюсь с проблемой воя индуктивности, суть в том, что изменение магнитного поля вызывает вибрацию проводника, то есть вибрацию катушки, частота вибрации как раз в звуке. диапазон, человеческое ухо слышит, индуктивность интегрированного сплава, более прочная, может уменьшить вибрацию.

2.2 Многослойный индуктор (многослойного типа)

Процесс производства многослойных чип-индукторов: ферритовая или керамическая паста высушивается и формируется, проводящая паста поочередно печатается, а интегрированная структура формируется путем ламинирования и спекания.

Многослойный чип-индуктор меньше, чем индуктор обмотки, и имеет стандартизированный корпус, который подходит для автоматического монтажа с высокой плотностью размещения. Интегрированная структура, высокая надежность, хорошая термостойкость.

2.3 Индуктивность тонкой пленки (тонкопленочного типа)

В тонкопленочных индукторах используется процесс, аналогичный производству ИС: слой проводящей пленки наносится на подложку, затем катушка формируется методом фотолитографии, и, наконец, к упаковке и форме добавляются средний слой, изоляционный слой и электродный слой.

Процесс производства тонкопленочного устройства показан на рисунке ниже.

 

 

Точность процесса литографии высока, что приводит к более узким линиям и более острым краям. Таким образом, тонкопленочные индукторы имеют

· Меньший размер, упаковка 008004

· Меньший шаг значения, 0.1nH

· Меньший допуск, 0.05nH

· Лучшая стабильность частоты

В-третьих, применение и выбор индукторов.

В схемотехнике катушки индуктивности имеют три основные категории применения:

· Силовая индуктивность: в основном используется для преобразования напряжения, обычно используется цепь постоянного тока для использования силовой индуктивности;

Развязывающая индуктивность: в основном используется для фильтрации шума в линии электропередачи или сигнальной линии, с которой должны быть знакомы инженеры по ЭМС;

· Высокочастотные индукторы: в основном используются в радиочастотных цепях для обеспечения смещения, согласования, фильтрации и других цепей.

3.1 Силовая индуктивность

Силовые индукторы обычно используются в цепях постоянного тока для поддержания постоянного тока путем накопления и высвобождения энергии.

Большинство силовых индукторов представляют собой намоточные индукторы, которые могут улучшить большой ток и высокую индуктивность.

Силовые индукторы многослойных чипов также становятся все больше и больше, обычно значение индуктивности и ток низкие, преимущество в том, что стоимость низкая, объем очень мал, и есть больше приложений в продуктах с большими ограничениями по пространству, таких как мобильные телефоны. .

 

3.2 Развязывающие индукторы

Развязывающий индуктор еще называют дросселем, что в учебниках обычно переводится как дроссельная катушка. Роль развязывающих индукторов заключается в фильтрации помех на линии, принадлежащей устройствам ЭМС. Инженеры по ЭМС в основном используются для решения проблем тестирования излучений (RE) и кондуктивных излучений (CE) продуктов.

Развязывающие индукторы обычно имеют относительно простую конструкцию, в основном медную проволоку, намотанную непосредственно на ферритовое кольцо.

Индуктивность дифференциального режима

Дроссели дифференциального режима представляют собой обычные обмотки дросселя, которые используются для фильтрации некоторых помех дифференциального режима, в основном для формирования LC-фильтров с конденсаторами для уменьшения шума источника питания.

Для сети 220 В помехи дифференциального режима — это помехи между фазой L и фазой N. Для POE это помехи между POE+ и POE-; Для низковольтного источника постоянного тока на материнской плате это на самом деле шум источника питания.

При выборе индуктора дифференциального режима необходимо обратить внимание на следующие моменты:

• Сопротивление постоянному току, номинальное напряжение и ток в соответствии с рабочими требованиями;

• Размер конструкции соответствует требованиям к продукту;

• Определите полосу частот шума путем тестирования и выберите дроссель в соответствии с кривой импеданса дросселя;

• Разработка LC-фильтра, возможность выполнения простых расчетов и моделирования.

Синфазные индукторы

Синфазный индуктор состоит из намотки двух катушек с одинаковым количеством витков и противоположных направлений на одном и том же ферритовом кольце.

 

Синфазные индукторы, как показано выше:

· Когда синфазная составляющая протекает через синфазный индуктор, в двух катушках формируется магнитное поле того же направления в соответствии с правилом правой руки, что эквивалентно высокой индуктивности по отношению к синфазному сигналу. ;

· Когда компонент дифференциального режима протекает через синфазный индуктор, согласно правилу правой руки, магнитные поля в противоположных направлениях будут формироваться в двух катушках и компенсировать друг друга, что эквивалентно низкому индуктивному реактивному сопротивлению сигналу дифференциального режима. .

Другой способ понять: когда V+ протекает через частоту синфазных помех, образовавшееся переменное магнитное поле будет формировать индуцированный ток на другой катушке, согласно правилу левой руки, направление индуцированного тока противоположно направлению синфазные помехи на V-, которые подавляют часть синфазных помех.

Синфазные индукторы в основном используются в двухпроводных или дифференциальных системах, таких как сеть 220 В, шина CAN, сигнал USB, сигнал HDMI и так далее. Он используется для фильтрации синфазных помех, при этом полезное затухание дифференциального сигнала невелико.

При выборе синфазного индуктора необходимо обратить внимание на следующие моменты:

· Импеданс постоянного тока должен быть низким и не может оказывать большого влияния на напряжение или полезные сигналы;

· Для линий электропередачи следует учитывать номинальное напряжение и ток, отвечающие рабочим требованиям;

· Полоса частот синфазных помех определяется испытаниями, и синфазное сопротивление должно быть высоким в этой полосе частот;

· Импеданс дифференциального режима должен быть небольшим, что не может оказать большого влияния на качество дифференциального сигнала;

Учитывайте размер упаковки, сделайте дизайн совместимости. Например, синфазные индукторы для сигналов USB можно выбрать совместимыми с двумя резисторами 0402, а когда синфазные индукторы не требуются, резисторы 0402 можно приварить напрямую для снижения затрат.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресуsales@xfullstar.com