124

ニュース

概要

インダクタは、エネルギー貯蔵やパワーフィルタなどのスイッチングコンバータの非常に重要なコンポーネントです。インダクタには、さまざまなアプリケーション(低周波数から高周波数まで)や、インダクタの特性に影響を与えるさまざまなコア材料など、さまざまな種類があります。スイッチングコンバータに使用されるインダクタは高周波磁気部品です。ただし、材料、動作条件(電圧や電流など)、周囲温度などのさまざまな要因により、提示される特性と理論はまったく異なります。したがって、回路設計では、インダクタンス値の基本パラメータに加えて、インダクタのインピーダンスとAC抵抗および周波数の関係、コア損失および飽和電流特性などを考慮する必要があります。この記事では、いくつかの重要なインダクタコア材料とその特性を紹介し、電力エンジニアが市販の標準インダクタを選択するようにガイドします。

序文

インダクタは電磁誘導部品であり、ボビンまたはコアに一定数のコイル(コイル)を絶縁電線で巻いて形成されます。このコイルは、インダクタンスコイルまたはインダクタと呼ばれます。電磁誘導の原理によれば、コイルと磁場が相互に移動するか、コイルが交流によって交流磁場を生成すると、元の磁場の変化に抵抗するために誘導電圧が生成されます。そして、電流の変化を抑制するこの特性は、インダクタンスと呼ばれます。

インダクタンス値の式は式(1)のとおりで、透磁率、巻線の2乗N、等価磁気回路の断面積Aeに比例し、等価磁気回路の長さleに反比例します。 。インダクタンスには多くの種類があり、それぞれがさまざまなアプリケーションに適しています。インダクタンスは、形状、サイズ、巻線方法、巻数、および中間磁性材料のタイプに関連しています。

图片1

(1)

鉄芯の形状に応じて、インダクタンスにはトロイダル、E芯、ドラムが含まれます。鉄芯の材質は、主にセラミック芯と2種類の軟磁性タイプがあります。フェライトと金属粉末です。構造や梱包方法によって、巻線、多層、成形があり、巻線にはシールドなし、磁性接着剤の半分がシールド(半シールド)、シールド(シールド)などがあります。

インダクタは直流の短絡のように機能し、交流に対して高インピーダンスを示します。回路の基本的な用途には、チョーク、フィルタリング、チューニング、およびエネルギー貯蔵が含まれます。スイッチングコンバータのアプリケーションでは、インダクタは最も重要なエネルギー貯蔵コンポーネントであり、出力コンデンサとローパスフィルタを形成して出力電圧リップルを低減するため、フィルタリング機能でも重要な役割を果たします。

この記事では、回路設計時にインダクタを選択するための重要な評価基準として、インダクタのさまざまなコア材料とその特性、およびインダクタの電気的特性の一部を紹介します。応用例では、インダクタンス値の計算方法と市販の標準インダクタの選び方を実例で紹介します。

コア材料の種類

スイッチングコンバータに使用されるインダクタは高周波磁気部品です。中央のコア材料は、インピーダンスと周波数、インダクタンス値と周波数、またはコア飽和特性などのインダクタの特性に最も影響を与えます。以下では、パワーインダクタを選択するための重要なリファレンスとして、いくつかの一般的な鉄芯材料とそれらの飽和特性の比較を紹介します。

1.セラミックコア

セラミックコアは、一般的なインダクタンス材料の1つです。これは主に、コイルを巻くときに使用される支持構造を提供するために使用されます。「空芯インダクタ」とも呼ばれます。使用する鉄芯は温度係数が非常に低い非磁性材料であるため、インダクタンス値は動作温度範囲で非常に安定しています。ただし、媒体としての非磁性材料のため、インダクタンスは非常に低く、電力変換器のアプリケーションにはあまり適していません。

2.フェライト

一般的な高周波インダクタに使用されるフェライトコアは、保磁力の低い軟磁性強磁性体であるニッケル亜鉛(NiZn)またはマンガン亜鉛(MnZn)を含むフェライト化合物です。図1に一般的な磁気コアのヒステリシス曲線(BHループ)を示します。磁性材料の強制力HCは、強制力とも呼ばれます。これは、磁性材料が磁気飽和まで磁化されると、その磁化(磁化)がゼロに減少することを意味します。保磁力が低いということは、減磁に対する抵抗が低いことを意味し、ヒステリシス損失も低いことを意味します。

マンガン亜鉛フェライトとニッケル亜鉛フェライトの比透磁率(μr)は比較的高く、それぞれ約1500〜15000と100〜1000です。それらの高い透磁率は、鉄心を特定の体積でより高くします。インダクタンス。ただし、不利な点は、その許容飽和電流が低く、鉄心が飽和すると透磁率が急激に低下することです。鉄心が飽和したときのフェライトおよび粉末鉄心の透磁率の減少傾向については、図4を参照してください。比較。パワーインダクタで使用すると、主磁気回路にエアギャップが残ります。これにより、透磁率が低下し、飽和を回避し、より多くのエネルギーを蓄積できます。エアギャップを含めると、等価比透磁率は約20〜200になります。材料自体の抵抗率が高いため、渦電流による損失を低減できるため、高周波での損失が少なく、より適しています。電力変換器の高周波変圧器、EMIフィルターインダクターおよびエネルギー貯蔵インダクター。動作周波数に関しては、ニッケル-亜鉛フェライトが使用に適しており(> 1 MHz)、マンガン-亜鉛フェライトは低周波数帯域(<2 MHz)に適しています。

图片2         1

図1.磁気コアのヒステリシス曲線(BR:残留磁気、BSAT:飽和磁束密度)

3.粉末鉄芯

粉末鉄コアも軟磁性強磁性体です。それらは、異なる材料の鉄粉合金または鉄粉のみでできています。この式には、粒子サイズの異なる非磁性材料が含まれているため、飽和曲線は比較的緩やかです。粉末鉄芯はほとんどトロイダルです。図2に粉末鉄芯とその断面図を示します。

一般的な粉末鉄コアには、鉄-ニッケル-モリブデン合金(MPP)、センダスト(センダスト)、鉄-ニッケル合金(高フラックス)、および鉄粉末コア(鉄粉末)が含まれます。コンポーネントが異なるため、その特性と価格も異なり、インダクタの選択に影響します。以下では、前述のコアタイプを紹介し、それらの特性を比較します。

A.鉄-ニッケル-モリブデン合金(MPP)

Fe-Ni-Mo合金は、モリパーマロイ粉末の略語であるMPPと略されます。比透磁率は約14〜500、飽和磁束密度は約7500ガウス(ガウス)で、フェライトの飽和磁束密度(約4000〜5000ガウス)よりも高くなっています。多くの。MPPは鉄損が最小で、粉末鉄コアの中で最高の温度安定性を備えています。外部DC電流が飽和電流ISATに達すると、インダクタンス値は急激に減衰することなくゆっくりと減少します。MPPはパフォーマンスは優れていますが、コストが高く、通常、電力変換器の電力インダクタおよびEMIフィルタリングとして使用されます。

 

B.センダスト

鉄-シリコン-アルミニウム合金鉄コアは、鉄、シリコン、アルミニウムからなる合金鉄コアで、比透磁率は約26〜125です。鉄損は鉄粉コアとMPPおよび鉄ニッケル合金の間です。 。飽和磁束密度はMPPより高く、約10500ガウスです。温度安定性と飽和電流特性はMPPや鉄ニッケル合金よりわずかに劣りますが、鉄粉コアやフェライトコアよりは優れており、相対コストはMPPや鉄ニッケル合金よりも安価です。これは主に、EMIフィルタリング、力率補正(PFC)回路、およびスイッチング電力コンバーターの電力インダクターで使用されます。

 

C.鉄ニッケル合金(高フラックス)

鉄ニッケル合金コアは鉄とニッケルでできています。比透磁率は約14-200です。鉄損と温度安定性は、MPPと鉄-シリコン-アルミニウム合金の間です。鉄ニッケル合金コアは、飽和磁束密度が最も高く、約15,000ガウスであり、より高いDCバイアス電流に耐えることができ、そのDCバイアス特性も優れています。適用範囲:有効力率補正、エネルギー貯蔵インダクタンス、フィルターインダクタンス、フライバックコンバーターの高周波トランスなど。

 

D.鉄粉

鉄粉コアは、互いに絶縁された非常に小さな粒子を含む高純度の鉄粉粒子でできています。製造工程により、エアギャップが分散されています。一般的な鉄粉コア形状は、リング形状に加えて、Eタイプ、スタンピングタイプもあります。鉄粉コアの比透磁率は約10〜75、高飽和磁束密度は約15000ガウスです。鉄粉コアの中で、鉄粉コアは鉄損が最も高いがコストが最も低い。

図3は、TDKが製造したPC47マンガン-亜鉛フェライトとMICROMETALSが製造した粉末鉄コア-52および-2のBH曲線を示しています。マンガン-亜鉛フェライトの比透磁率は、粉末鉄コアの比透磁率よりもはるかに高く、飽和しています。磁束密度も大きく異なり、フェライトは約5000ガウスで、鉄粉末コアは10000ガウスを超えています。

图片3   3

図3.さまざまな材料のマンガン-亜鉛フェライトおよび鉄粉末コアのBH曲線

 

要約すると、鉄芯の飽和特性は異なります。飽和電流を超えると、フェライトコアの透磁率は急激に低下しますが、鉄粉コアはゆっくりと低下します。図4は、同じ透磁率の粉末鉄心と、異なる磁場強度でのエアギャップのあるフェライトの透磁率降下特性を示しています。これは、フェライトコアのインダクタンスも説明します。式(1)からわかるように、コアが飽和すると透磁率が急激に低下するため、インダクタンスも急激に低下します。一方、エアギャップが分散された粉末コアの透磁率は、鉄コアが飽和すると速度がゆっくりと低下するため、インダクタンスが緩やかに低下します。つまり、DCバイアス特性が向上します。電力変換器のアプリケーションでは、この特性は非常に重要です。インダクタの遅い飽和特性が良くないと、インダクタ電流が飽和電流まで上昇し、インダクタンスが急激に低下すると、スイッチング結晶の電流応力が急激に上昇し、損傷しやすくなります。

图片3    4

図4.異なる磁場強度の下でのエアギャップのある粉末鉄コアとフェライト鉄コアの透磁率降下特性。

 

インダクタの電気的特性とパッケージ構造

スイッチングコンバータを設計してインダクタを選択する場合、インダクタンス値L、インピーダンスZ、AC抵抗ACRおよびQ値(品質係数)、定格電流IDCおよびISAT、コア損失(コア損失)およびその他の重要な電気的特性はすべて必須です。考慮されます。さらに、インダクタのパッケージ構造は磁気リークの大きさに影響を与え、それがEMIに影響を与えます。以下では、インダクタを選択する際の考慮事項として、上記の特性について個別に説明します。

1.インダクタンス値(L)

インダクタのインダクタンス値は回路設計の最も重要な基本パラメータですが、インダクタンス値が動作周波数で安定しているかどうかを確認する必要があります。インダクタンスの公称値は通常、外部DCバイアスなしで100kHzまたは1MHzで測定されます。また、大量自動生産の可能性を確保するために、インダクタの許容誤差は通常±20%(M)および±30%(N)です。図5は、ウェインカーのLCRメータで測定した太陽誘電インダクタNR4018T220Mのインダクタンス-周波数特性グラフです。図に示すように、インダクタンス値の曲線は5 MHz以前では比較的平坦であり、インダクタンス値はほぼ一定と見なすことができます。寄生容量とインダクタンスによる共振による高周波では、インダクタンス値が大きくなります。この共振周波数は自己共振周波数(SRF)と呼ばれ、通常は動作周波数よりもはるかに高い必要があります。

图片5  5

図5、太陽誘電NR4018T220Mインダクタンス-周波数特性測定図

 

2.インピーダンス(Z)

図6に示すように、インピーダンス図は、さまざまな周波数でのインダクタンスの性能からも見ることができます。インダクタのインピーダンスは周波数にほぼ比例するため(Z =2πfL)、周波数が高いほどリアクタンスはAC抵抗よりもはるかに大きくなり、インピーダンスは純粋なインダクタンスのように動作します(位相は90°)。高周波では、寄生容量効果により、インピーダンスの自己共振周波数点が見られます。この時点以降、インピーダンスは低下して容量性になり、位相は徐々に-90°に変化します。

图片6  6

3. Q値とAC抵抗(ACR)

インダクタンスの定義におけるQ値は、抵抗に対するリアクタンスの比率、つまり、式(2)のように、インピーダンスの実数部に対する虚数部の比率です。

图片7

(2)

ここで、XLはインダクタのリアクタンス、RLはインダクタのAC抵抗です。

低周波数範囲では、AC抵抗はインダクタンスによって引き起こされるリアクタンスよりも大きいため、そのQ値は非常に低くなります。周波数が高くなると、表皮効果(表皮効果)と近接(近接)効果による抵抗があっても、リアクタンス(約2πfL)はどんどん大きくなります)効果はどんどん大きくなり、Q値は周波数とともに増加します; SRFに近づくと、誘導性リアクタンスは容量性リアクタンスによって徐々に相殺され、Q値は徐々に小さくなります。誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスが完全に同じであるため、SRFがゼロになると消えます。図7にNR4018T220MのQ値と周波数の関係を示します。この関係は逆ベルの形をしています。

图片8  7

図7.太陽誘電インダクタNR4018T220MのQ値と周波数の関係

インダクタンスのアプリケーション周波数帯域では、Q値が高いほど優れています。これは、そのリアクタンスがAC抵抗よりもはるかに大きいことを意味します。一般的に、最良のQ値は40を超えています。これは、インダクタの品質が良好であることを意味します。ただし、一般にDCバイアスが増加すると、インダクタンス値が減少し、Q値も減少します。フラットエナメル線またはマルチストランドエナメル線を使用すると、表皮効果、つまりAC抵抗を低減でき、インダクタのQ値も増加できます。

DC抵抗DCRは一般に銅線のDC抵抗と見なされ、抵抗は線の直径と長さに従って計算できます。ただし、ほとんどの低電流SMDインダクタは、超音波溶接を使用して、巻線端子でSMDの銅シートを作成します。ただし、銅線は長さが長くなく、抵抗値も高くないため、溶接抵抗が全体のDC抵抗のかなりの割合を占めることがよくあります。TDKの巻線SMDインダクタCLF6045NIT-1R5Nを例にとると、測定されたDC抵抗は14.6mΩであり、ワイヤの直径と長さに基づいて計算されたDC抵抗は12.1mΩです。結果は、この溶接抵抗が全体のDC抵抗の約17%を占めることを示しています。

AC抵抗ACRには表皮効果と近接効果があり、周波数とともにACRが増加します。一般的なインダクタンスのアプリケーションでは、AC成分はDC成分よりもはるかに低いため、ACRによる影響は明らかではありません。ただし、軽負荷時は直流成分が減少するため、ACRによる損失は無視できません。表皮効果とは、AC条件下では、導体内部の電流分布が不均一でワイヤの表面に集中することを意味します。その結果、ワイヤの等価断面積が減少し、ワイヤの等価抵抗が増加します。周波数。さらに、巻線では、隣接するワイヤが電流による磁場の加算と減算を引き起こすため、電流はワイヤに隣接する表面(または電流の方向によっては最も遠い表面)に集中します。 )、これも同等のワイヤ遮断を引き起こします。面積が減少し、等価抵抗が増加する現象は、いわゆる近接効果です。多層巻線のインダクタンスアプリケーションでは、近接効果はさらに明白です。

图片9  8

図8に、巻線型SMDインダクタNR4018T220MのAC抵抗と周波数の関係を示します。1kHzの周波数では、抵抗は約360mΩです。100kHzでは、抵抗は775mΩに上昇します。10MHzでは、抵抗値は160Ωに近くなります。銅損を見積もる場合、計算では、スキンと近接効果によって引き起こされるACRを考慮し、式(3)に変更する必要があります。

4.飽和電流(ISAT)

飽和電流ISATは、一般に、インダクタンス値が10%、30%、または40%などに減衰したときにマークされるバイアス電流です。エアギャップフェライトの場合、飽和電流特性が非常に速いため、10%と40%の差はあまりありません。図4を参照してください。ただし、鉄粉コア(プレスインダクタなど)の場合、図9に示すように、飽和曲線は比較的緩やかです。インダクタンス減衰の10%または40%でのバイアス電流は大きくなります。異なるため、飽和電流値については、次のように2種類の鉄心について個別に説明します。

エアギャップフェライトの場合、回路アプリケーションの最大インダクタ電流の上限としてISATを使用するのが妥当です。ただし、鉄粉コアの場合は飽和特性が遅いため、アプリケーション回路の最大電流がISATを超えても問題ありません。したがって、この鉄芯の特性は、スイッチングコンバータアプリケーションに最適です。負荷が大きい場合、図9に示すようにインダクタのインダクタンス値は低くなりますが、電流リップル係数は高くなりますが、電流コンデンサの電流公差は大きいので問題ありません。軽負荷では、インダクタのインダクタンス値が大きくなり、インダクタのリップル電流が減少し、それによって鉄損が減少します。図9は、同じ公称インダクタンス値でのTDKの巻線フェライトSLF7055T1R5Nとプレス加工された鉄粉コアインダクタSPM6530T1R5Mの飽和電流曲線を比較しています。

图片9   9

図9.同じ公称インダクタンス値での巻線フェライトとプレス鉄粉コアの飽和電流曲線

5.定格電流(IDC)

IDC値は、インダクタ温度がTr℃に上昇したときのDCバイアスです。仕様には、20℃でのDC抵抗値RDCも示されています。銅線の温度係数は約3,930ppmであるため、Trの温度が上昇すると、抵抗値はRDC_Tr = RDC(1 + 0.00393Tr)、消費電力はPCU = I2DCxRDCになります。この銅損はインダクタの表面で消費され、インダクタの熱抵抗ΘTHを計算できます。

图片13(2)

表2は、TDK VLS6045EXシリーズ(6.0×6.0×4.5mm)のデータシートを参照し、40℃の温度上昇での熱抵抗を計算しています。明らかに、同じシリーズとサイズのインダクタの場合、同じ表面熱放散領域のため、計算された熱抵抗はほぼ同じです。言い換えれば、さまざまなインダクタの定格電流IDCを見積もることができます。インダクタのシリーズ(パッケージ)が異なれば、熱抵抗も異なります。表3は、TDK VLS6045EXシリーズ(半シールド)とSPM6530シリーズ(成形)のインダクタの熱抵抗を比較したものです。熱抵抗が大きいほど、インダクタンスが負荷電流を流れるときに発生する温度上昇が大きくなります。そうでなければ、より低い。

图片14  (2)

表2.40℃の温度上昇でのVLS6045EXシリーズインダクタの熱抵抗

表3から、インダクタのサイズが同じであっても、スタンプされたインダクタの熱抵抗は低く、つまり熱放散が優れていることがわかります。

图片15  (3)

表3.さまざまなパッケージインダクタの熱抵抗の比較。

 

6.コアロス

鉄損と呼ばれるコア損失は、主に渦電流損失とヒステリシス損失によって引き起こされます。渦電流損失の大きさは、主にコア材料が「伝導」しやすいかどうかに依存します。導電率が高い場合、つまり抵抗率が低い場合は渦電流損失が大きく、フェライトの抵抗率が高い場合は渦電流損失が比較的小さくなります。渦電流損失は周波数にも関係しています。周波数が高いほど、渦電流損失が大きくなります。したがって、コアの材料によってコアの適切な動作周波数が決まります。一般的に、鉄粉コアの動作周波数は1MHzに達し、フェライトの動作周波数は10MHzに達する可能性があります。動作周波数がこの周波数を超えると、渦電流損失が急激に増加し、鉄心温度も上昇します。しかし、鉄心材料の急速な発展に伴い、より高い動作周波数の鉄心はすぐそこにあるはずです。

もう1つの鉄損はヒステリシス損失です。これは、電流のAC成分の振幅に関連するヒステリシス曲線で囲まれた面積に比例します。ACスイングが大きいほど、ヒステリシス損失が大きくなります。

インダクタの等価回路では、インダクタと並列に接続された抵抗が鉄損を表すためによく使用されます。周波数がSRFに等しい場合、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスは相殺され、等価リアクタンスはゼロになります。このとき、インダクタのインピーダンスは巻線抵抗と直列の鉄損抵抗と同等であり、鉄損抵抗は巻線抵抗よりもはるかに大きいため、SRFでのインピーダンスは鉄損抵抗とほぼ等しくなります。低電圧インダクタを例にとると、その鉄損抵抗は約20kΩです。インダクタの両端の実効値電圧を5Vとすると、鉄損は約1.25mWであり、鉄損抵抗が大きいほど良いことを示しています。

7.シールド構造

フェライトインダクタのパッケージ構造には、非シールド、磁性接着剤による半シールド、シールドが含まれており、どちらにもかなりのエアギャップがあります。もちろん、エアギャップには磁気漏れがあり、最悪の場合、周囲の小信号回路に干渉したり、近くに磁性体があるとインダクタンスも変化します。別のパッケージ構造は、プレス加工された鉄粉インダクタです。インダクタ内部にギャップがなく、巻線構造がしっかりしているため、磁界損失の問題は比較的小さくなります。図10は、RTO 1004オシロスコープのFFT機能を使用して、スタンプされたインダクタの上方および側面の3mmでの漏れ磁場の大きさを測定したものです。表4に、さまざまなパッケージ構造インダクタの漏れ磁界の比較を示します。シールドされていないインダクタが最も深刻な磁気リークを持っていることがわかります。刻印されたインダクタは磁気漏れが最小であり、最高の磁気シールド効果を示します。。これら2つの構造のインダクタの漏れ磁界の大きさの差は約14dBであり、これはほぼ5倍です。

10图片16

図10.刻印されたインダクタの上下3mmで測定された漏れ磁場の大きさ

图片17 (4)

表4.さまざまなパッケージ構造インダクタの漏れ磁界の比較

8.カップリング

一部のアプリケーションでは、PCB上に複数のDCコンバーターのセットがあり、通常は互いに隣接して配置され、対応するインダクターも互いに隣接して配置されます。磁気接着剤を使用した非シールドまたは半シールドタイプを使用する場合、インダクタが互いに結合してEMI干渉を形成する場合があります。したがって、インダクタを配置するときは、最初にインダクタの極性をマークし、インダクタの最内層の開始点と巻線点を、バックコンバータのVSWなどのコンバータのスイッチング電圧に接続することをお勧めします。これが移動点です。コンセント端子は、静的ポイントである出力コンデンサに接続されています。したがって、銅線巻線はある程度の電界シールドを形成します。マルチプレクサの配線配置では、インダクタンスの極性を固定すると、相互インダクタンスの大きさを固定し、予期しないEMIの問題を回避するのに役立ちます。

アプリケーション:

前の章では、インダクタのコア材料、パッケージ構造、および重要な電気的特性について説明しました。この章では、降圧コンバータの適切なインダクタンス値を選択する方法と、市販のインダクタを選択する際の考慮事項について説明します。

式(5)に示すように、コンバータのインダクタ値とスイッチング周波数はインダクタのリップル電流(ΔiL)に影響を与えます。インダクタのリップル電流は出力コンデンサを流れ、出力コンデンサのリップル電流に影響を与えます。したがって、出力コンデンサの選択に影響を与え、さらに出力電圧のリップルサイズに影響を与えます。さらに、インダクタンス値と出力容量値も、システムのフィードバック設計と負荷の動的応答に影響を与えます。より大きなインダクタンス値を選択すると、コンデンサにかかる電流ストレスが少なくなり、出力電圧リップルを低減し、より多くのエネルギーを蓄積できるという利点もあります。ただし、インダクタンス値が大きいほど、体積が大きい、つまりコストが高いことを示します。したがって、コンバータを設計するときは、インダクタンス値の設計が非常に重要です。

图片18        (5)

式(5)から、入力電圧と出力電圧のギャップが大きくなると、インダクタのリップル電流が大きくなることがわかります。これは、インダクタ設計の最悪の条件です。他の誘導解析と組み合わせて、降圧コンバータのインダクタンス設計ポイントは通常、最大入力電圧と全負荷の条件下で選択する必要があります。

インダクタンス値を設計するときは、インダクタのリップル電流とインダクタのサイズのトレードオフを行う必要があり、ここでは式(6)のようにリップル電流係数(リップル電流係数;γ)を定義します。

图片19(6)

式(6)を式(5)に代入すると、インダクタンス値は式(7)で表すことができます。

图片20  (7)

式(7)によれば、入力電圧と出力電圧の差が大きいほど、γ値を大きく選択できます。逆に、入力電圧と出力電圧が近い場合は、γ値の設計を小さくする必要があります。インダクタのリップル電流とサイズのどちらかを選択するために、従来の設計経験値によれば、γは通常0.2〜0.5です。以下は、インダクタンスの計算と市販のインダクタの選択を説明するための例としてRT7276を取り上げています。

設計例:RT7276アドバンストコンスタントオンタイム(アドバンストコンスタントオンタイム; ACOTTM)同期整流降圧コンバータを使用して設計され、そのスイッチング周波数は700 kHz、入力電圧は4.5V〜18V、出力電圧は1.05Vです。 。全負荷電流は3Aです。前述のように、インダクタンス値は最大入力電圧18V、全負荷3Aの条件で設計する必要があり、γの値を0.35とし、上記の値を式(7)のインダクタンスに代入します。値は

图片21

 

従来の公称インダクタンス値1.5µHのインダクタを使用してください。式(5)を代入して、インダクタのリップル電流を次のように計算します。

图片22

したがって、インダクタのピーク電流は次のようになります。

图片23

そしてインダクタ電流(IRMS)の実効値は

图片24

インダクタのリップル成分が小さいため、インダクタ電流の実効値は主にそのDC成分であり、この実効値をインダクタ定格電流IDCの選択基準として使用します。80%のディレーティング(ディレーティング)設計では、インダクタンス要件は次のとおりです。

 

L = 1.5 µH(100 kHz)、IDC = 3.77 A、ISAT = 4.34 A

 

表5に、サイズは似ているがパッケージ構造が異なる、さまざまなシリーズのTDKで使用可能なインダクタを示します。表から、刻印インダクタ(SPM6530T-1R5M)の飽和電流と定格電流が大きく、熱抵抗が小さく、熱放散が良好であることがわかります。また、前章の説明によれば、スタンプインダクタのコア材料は鉄粉コアであるため、半シールド(VLS6045EX-1R5N)およびシールド(SLF7055T-1R5N)インダクタのフェライトコアと比較されます。磁性接着剤付き。、DCバイアス特性が良好です。図11は、RT7276の高度な定オンタイム同期整流降圧コンバータに適用されたさまざまなインダクタの効率比較を示しています。結果は、3つの間の効率の違いは重要ではないことを示しています。熱放散、DCバイアス特性、および磁界散逸の問題を考慮する場合は、SPM6530T-1R5Mインダクタを使用することをお勧めします。

图片25(5)

表5.異なるシリーズのTDKのインダクタンスの比較

图片26 11

図11.さまざまなインダクタを使用したコンバータ効率の比較

同じパッケージ構造とインダクタンス値を選択したが、SPM4015T-1R5M(4.4×4.1×1.5mm)などの小さいサイズのインダクタを選択した場合、サイズは小さいですが、DC抵抗RDC(44.5mΩ)と熱抵抗ΘTH( 51℃)/ W)大きい。同じ仕様のコンバータの場合、インダクタが許容する電流の実効値も同じです。明らかに、DC抵抗は高負荷の下で効率を低下させます。さらに、大きな熱抵抗は熱放散が悪いことを意味します。したがって、インダクタを選択するときは、サイズを小さくすることの利点を考慮するだけでなく、それに伴う欠点を評価する必要があります。

 

結論として

インダクタンスは、スイッチング電力変換器で一般的に使用される受動部品の1つであり、エネルギー貯蔵とフィルタリングに使用できます。ただし、回路設計では、注意が必要なのはインダクタンス値だけでなく、AC抵抗とQ値、電流許容差、鉄心飽和、パッケージ構造などの他のパラメータもすべて必要なパラメータです。インダクタを選択する際に考慮してください。。これらのパラメータは通常、コア材料、製造プロセス、およびサイズとコストに関連しています。したがって、この記事では、さまざまな鉄芯材料の特性と、電源設計の基準として適切なインダクタンスを選択する方法を紹介します。

 


投稿時間:2021年6月15日