Индукторы – типы индукторов
Индукторы имеют большое разнообразие и важные применения в электронике. Индукторы доступны для мощных применений, подавления шума, радиочастоты, сигналов и изоляции. Для удовлетворения потребностей этих разнообразных применений было разработано несколько типов индукторов, которые имеют различные форм-факторы: от небольших индукторов с поверхностным монтажом до монтажа на шасси.
Спаренные индукторы
Связанные индукторы – это типы индукторов, которые имеют общий магнитный путь и влияют друг на друга. Связанные индукторы часто используются в качестве трансформаторов для повышения или понижения напряжения, обеспечения изолированной обратной связи и в тех случаях, когда требуется взаимная индуктивность.
Многослойные индукторы
Многослойные индукторы получили свое название от слоев рулонной проволоки, которые намотаны вокруг центрального сердечника. Добавление дополнительных слоев спиральной проволоки к индуктору увеличивает индуктивность, а также увеличивает емкость между проводами. Эти индукторы заменяют более высокую индуктивность на более низкую максимальную рабочую частоту.
Формованные Индукторы
Индукторы, которые отлиты в пластиковый или керамический корпус, известны как отлитые индукторы. Как правило, эти индукторы имеют цилиндрический или стержневой форм-фактор и могут быть найдены с несколькими типами обмоток.
Силовые индукторы
Индукторы мощности доступны в широком разнообразии форм-факторов и уровней мощности от индукторов поверхностного монтажа, которые могут обрабатывать несколько ампер, до индукторов мощности, монтируемых в сквозное отверстие, и шасси, которые могут обрабатывать от десятков до сотен ампер. При таком значении тока, которому часто подвергаются силовые индукторы, создаются большие магнитные поля. Чтобы эти магнитные поля не вызывали шум в других частях схемы, рекомендуется использовать индукторы с магнитным экранированием, если это возможно.
РЧ-индукторы
Высокочастотные типы индукторов, также называемые радиочастотными РЧ-индукторами, предназначены для работы на высоких частотах. Эти индукторы часто имеют более высокое сопротивление и более низкий номинальный ток. Большинство радиочастотных индукторов имеют воздушный сердечник, а не используют ферритовый или другой материал сердечника, повышающий индуктивность, из-за увеличения потерь при использовании этих материалов сердечника, которые могут снизить рабочую частоту индуктора.
Из-за рабочей частоты индуктора, становятся важными несколько источников потерь, включая скин-эффект, эффект близости и паразитную емкость. Кожные эффекты и эффекты близости эффективно увеличивают сопротивление индуктора. Для уменьшения этих потерь используются несколько методов, в том числе сотовые катушки и катушки паутины для уменьшения паразитной емкости, а проволока литц часто используется для уменьшения скин-эффекта.
дроссели
Дроссель – это индуктор, который предназначен для блокирования высокочастотных импульсов, пропуская низкочастотный импульс. Их названия происходят от подавления или блокировки высокочастотных сигналов. Существует два класса дросселей: силовые дроссели и радиочастотные дроссели. Силовые и звуковые частотные дроссели обычно имеют железный сердечник, чтобы увеличить их индуктивность и сделать их более эффективными фильтрами. В радиочастотных дросселях используются железный порошок или ферритовые шарики в сочетании со сложными схемами намотки для снижения паразитной емкости и эффективной работы на высоких частотах. Дроссели более высокой частоты будут использовать немагнитные или воздушные сердечники.
Индукторы поверхностного монтажа
Стремление к меньшим и более мобильным устройствам привело к взрыву в вариантах для индукторов типа поверхностного монтажа. Индукторы поверхностного монтажа часто используются в преобразователях постоянного тока, фильтрации электромагнитных помех, накопителях энергии и других применениях. Их небольшой размер и занимаемая площадь делают индукторы для поверхностного монтажа незаменимым элементом в наборе инструментов для мобильных и портативных электронных компонентов. Индукторы для поверхностного монтажа доступны с магнитным экранированием и без него, с возможностями тока более 10 А и очень низкими потерями. Часто индукторы поверхностного монтажа используют железный или ферритовый сердечник или специальные методы намотки, чтобы оптимизировать характеристики индуктора и поддерживать небольшую площадь и форм-фактор.
Типы индуктивных сердечников
Материал сердечника индуктора играет большую роль в работе индуктора. Материал сердечника непосредственно влияет на индуктивность индуктора и будет влиять на максимальную рабочую частоту и текущую емкость индуктора. Типы сердечников индуктивности включают в себя:
- Воздушные сердечники работают на более высокой частоте благодаря отсутствию потерь в сердечнике, а благодаря более низкой индуктивности.
- Железные сердечники имеют низкое сопротивление с высокой индуктивностью. Потери в сердечнике, вихревые токи, магнитное насыщение и гистерезис ограничивают рабочую частоту и ток
- Ферритовые сердечники имеют непроводящий керамический материал для работы на более высоких частотах.Магнитное насыщение ограничивает текущую емкость
- Тороидальные сердечники – это сердечники в форме пончиков, которые уменьшают излучаемое электромагнитное излучение и обеспечивают высокую индуктивность.
- Ламинированные сердечники имеют высокую индуктивность с меньшим гистерезисом и потерями на вихревые токи.
Источник
Силовые индуктивности компании TDK
В силовой электронике индукторы чаще всего используются в качестве дросселя выходного фильтра в AC/DC- и DC/DC-преобразователях для сглаживания тока и запасания энергии. При этом практически все производители преобразователей приводят в справочной документации расчет, в котором указываются параметры фильтра, следовательно, и индуктивность дросселя. Однако для корректного выбора дросселя требуется знать не только его индуктивность, но и конструктивные особенности, а о них производители преобразователей в своих расчетах умалчивают.
Разумеется, индукторы производит не только компания TDK, но, пожалуй, из активно присутствующих на российском рынке компаний самый большой выбор индукторов, в т.ч. силовых, – именно у TDK. В производственной линейке компании – более 10 тыс. наименований. Имеется возможность подобрать индукторы практически для любого приложения, включая автомобильную электронику. Компания производит индукторы, соответствующие требованиям стандарта AEC-Q200 с диапазоном рабочей температуры –40…125 и –55…150°С. Такие индукторы могут работать в электронных блоках, устанавливаемых в подкапотном пространстве транспортного средства.
Индукторы для силовой электроники должны быть рассчитаны на большой ток, иметь малое сопротивление на постоянном токе RDC и высокую добротность. Через индуктор фильтра протекает пульсирующий ток с большой постоянной составляющей; гармоники высших порядков в нем невелики. Таким образом, собственная резонансная частота (SFR) не является критичным параметром – достаточно, чтобы ее величина не менее чем в 7–10 раз превышала рабочую частоту преобразователя.
При выборе силового индуктора, помимо значения его индуктивности, максимального тока и диапазона рабочей температуры, требуется определиться с материалом сердечника и конструктивным исполнением, которое может быть следующим:
- полностью экранированное;
- полуэкранированное;
- цельнолитьевое;
- неэкранированное.
 |
| Рис. 1. Конструктивные варианты исполнения индукторов |
Все варианты конструкции показаны на рисунке 1. Корректный выбор конструктивного исполнения необходим для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). Из-за индуктивности рассеяния индуктора излучаются радиопомехи, которые могут превысить допустимые пороговые значения, установленные стандартами ЭМС, а также вызвать дополнительные шумы в сигнальных цепях системы и на шинах питания.
Как видно из рисунка 1, самый большой поток рассеяния генерируется неэкранированным сердечником из-за разомкнутого магнитного сердечника. Уменьшить индуктивность рассеяния можно с помощью цельнолитьевых, полуэкранированных или полностью экранированных индукторов. Однако не стоит безоглядно их применять – их конструкция сложнее, и они дороже неэкранированных. К тому же у них, как правило, меньше ток насыщения и больше габариты. Следовательно, необходимо сначала наверняка убедиться, что неэкранированный индуктор непригоден для проектируемой системы. Для этого требуется предпринять следующие действия.
- Проверить схему подключения. Необходимо, чтобы начало обмотки индуктора было подключено к источнику помех. В этом случае при многослойной обмотке верхний слой обмотки будет служить экраном.
- При возможности выбирается индуктор меньшего размера; при этом уменьшится и индуктивность рассеяния.
Только в том случае, если излучаемые помехи не уменьшились до требуемой величины, следует использовать экранированный индуктор.
 |
| Рис. 2. Зависимости относительной индуктивности индукторов с ферритовым и металлическим сердечниками от тока |
Материалом сердечника могут служить ферриты или металлические сплавы. Поскольку у ферритовых сердечников больше магнитная проницаемость, чем у сердечников из металла, при прочих равных условиях сопротивление R DC и потери в меди у таких индукторов меньше. Однако переход кривой намагничивания в зону насыщения и, соответственно, уменьшение индуктивности у ферритовых сердечников носит явно выраженный характер, как видно из рисунка 2. На нем показаны зависимости относительной индуктивности индукторов с ферритовым и металлическим сердечниками от тока. Как видно из этого рисунка, начиная с точки насыщения, величина индуктивности индуктора с ферритовым сердечником резко уменьшается. Это обстоятельство необходимо учитывать, если предполагается значительная величина пульсации тока, например при работе преобразователя в режиме прерывистых токов. В этом случае ток пульсации дросселя фильтра существенно превосходит средний ток, поэтому для работы в таких режимах предпочтительно выбирать индуктор с сердечником из металлических сплавов.
При малых нагрузках некоторые преобразователи для увеличения КПД могут переходить в режим частотной модуляции (ЧИМ). При этом частота коммутации может уменьшиться до диапазона звуковой частоты. В этом случае индуктор фильтра может генерировать акустический шум, что в некоторых случаях может оказаться неприемлемым.
Возможны две причины возникновения шума. Во-первых, шум возникает в неэкранированных индукторах из-за вибрации проводов обмотки, которую вызывают потоки рассеяния, и в экранированных индукторах из-за взаимного притяжения частей сердечника. Решить проблему позволяет цельнолитьевой дроссель. В нем отсутствуют отдельные части сердечника, а обмотка залита в магнитомягкий порошковый материал. Учитывая, что сердечники индукторов TDK изготавливается из материалов с низким уровнем магнитострикции, такая замена должна дать гарантированно положительный результат.
Второй причиной акустического шума могут стать компоненты из магнитного материала, расположенные настолько близко от индуктора, что на них влияет его поле рассеяния. В этом случае не обойтись без изменения конструкции платы – необходимо удалить эти компоненты от индуктора.
В продуктовую линейку компании входят тысячи силовых индукторов. Чтобы облегчить выбор, на сайте TDK выложены в свободном доступе онлайн-инструменты, в состав которых входят симуляторы, SPICE, LTspice, PSpace, S-параметры, библиотеки, эквивалентные схемы.
В таблице 1 приводятся диапазоны размеров и индуктивностей силовых индукторов общего назначения, а в таблице 2 указаны эти же параметры для силовых индукторов автомобильной электроники, соответствующих стандарту AEC-Q200.
Таблица 1. Индукторы общего назначения
Источник
