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車載用 DC-DC コンバータ アプリケーションのインダクタは、コスト、品質、電気的性能の適切な組み合わせを達成するために慎重に選択する必要があります。この記事では、フィールド アプリケーション エンジニアの Smail Haddadi が、必要な仕様の計算方法と取引条件についてのガイダンスを提供します。オフができる。
自動車エレクトロニクスには約 80 種類の異なる電子アプリケーションがあり、各アプリケーションにはバッテリー電圧から得られる独自の安定した電源レールが必要です。これは、大型で損失の多い「リニア」レギュレーターによって実現できますが、効果的な方法は次のとおりです。 「降圧」または「昇降圧」スイッチング レギュレータは、90% 以上の効率を達成できるためです。コンパクト。このタイプのスイッチングレギュレータにはインダクタが必要です。必要な計算は 19 世紀の磁気理論に由来しているため、正しいコンポーネントを選択することは、少し不思議に思えることがあります。設計者は、性能パラメータを「プラグイン」して「正しい」インダクタンスと電流定格を取得できる方程式を知りたいと考えています。部品カタログから簡単に選択できるということです。しかし、物事はそれほど単純ではありません。いくつかの仮定を立て、長所と短所を比較検討する必要があり、通常、設計を複数回繰り返す必要があります。それでも、完璧な部品が標準として入手できるわけではない場合があります。既製のインダクタがどのように適合するかを確認するために再設計する必要があります。
降圧レギュレータ (図 1) を考えてみましょう。ここで、Vin はバッテリ電圧、Vout は低電圧プロセッサの電源レール、SW1 と SW2 は交互にオンとオフになります。簡単な伝達関数の方程式は、Vout = Vin.Ton/ です。 (Ton + Toff) ここで、Ton は SW1 が閉じているときの値、Toff は SW1 が開いているときの値です。この式にはインダクタンスがありません。では、インダクタンスは何をするのでしょうか。簡単に言うと、インダクタは次のときに十分なエネルギーを蓄える必要があります。 SW1 をオンにすると、オフ時に出力を維持できるようになります。蓄積エネルギーを計算して必要なエネルギーに換算することは可能ですが、実際には最初に考慮する必要があることが他にもあります。SW1 の交互スイッチングSW2 によりインダクタ内の電流が上昇および下降し、平均 DC 値に三角形の「リップル電流」が形成されます。その後、リップル電流が C1 に流れ込み、SW1 が閉じると C1 がリップル電流を解放します。コンデンサの ESR は出力電圧リップルを生成します。これが重要なパラメータであり、コンデンサとその ESR がサイズまたはコストによって固定されている場合、これによってリップル電流とインダクタンス値が設定される可能性があります。
通常、コンデンサの選択により柔軟性が得られます。これは、ESRが低い場合、リップル電流が大きくなる可能性があることを意味します。しかし、これはそれ自体の問題を引き起こします。たとえば、特定の軽負荷下でリップルの「谷」がゼロの場合、 SW2 がダイオードである場合、通常の状況では、サイクルの一部で導通が停止し、コンバータは「不連続導通」モードに入ります。このモードでは、伝達関数が変化し、最適な状態を達成することがより困難になります。定常状態。最新の降圧コンバータは通常、同期整流を使用します。SW2 は MOSEFT であり、オンになるとドレイン電流を両方向に流すことができます。これは、インダクタが負に振れて連続導通を維持できることを意味します (図 2)。
この場合、ピークツーピークリップル電流 ΔI を大きくすることができます。これは、ΔI に従ってインダクタンス値によって設定されます。 ΔI = ET/LE は、時間 T 中に印加されるインダクタ電圧です。 E が出力電圧の場合、 SW1 のターンオフ時間 Toff で何が起こるかを考えるのが最も簡単です。伝達関数の最高入力電圧で Toff が最大になるため、ΔI がこの時点で最大になります。例: 最大バッテリ電圧 18 の場合V、出力 3.3 V、ピークツーピーク リップル 1 A、スイッチング周波数 500 kHz、L = 5.4 µH。これは、SW1 と SW2 の間に電圧降下がないことを前提としています。負荷電流は異なります。この計算で計算されます。
カタログを簡単に検索すると、必要な負荷に一致する電流定格を持つ複数の部品が見つかる可能性があります。ただし、リップル電流が DC 値に重畳されることに留意することが重要です。つまり、上記の例では、インダクタ電流が実際にピークになることを意味します。インダクタの電流を評価するには、熱飽和限界または磁気飽和限界として評価するさまざまな方法があります。熱制限インダクタは、通常、所定の温度上昇 (通常は 40 ℃) に対して定格されており、次のように評価できます。冷却できる場合は、より高い電流で動作させます。ピーク電流での飽和は回避する必要があり、制限は温度とともに減少します。インダクタンスのデータシートの曲線を注意深くチェックして、熱または飽和によって制限されているかどうかを確認する必要があります。
インダクタンス損失も重要な考慮事項です。損失は主にオーミック損失であり、リップル電流が低い場合に計算できます。高いリップルレベルでは、コア損失が支配的になり始め、これらの損失は波形の形状だけでなく依存します。周波数と温度に依存するため、予測するのは困難です。プロトタイプで実際のテストを実行します。これは、最高の全体効率を得るには、より低いリップル電流が必要であることを示している可能性があるためです。これには、より多くのインダクタンスが必要になり、おそらくより高い DC 抵抗が必要になります。これは反復です。プロセス。
TT Electronics の高性能 HA66 シリーズは、開始点として適しています (図 3)。その範囲には、5.3 µH の部品、2.5 A の定格飽和電流、2 A の許容負荷、および +/- 0.5 A のリップルが含まれます。これらの部品は自動車用途に最適で、TS-16949 承認の品質システムを持つ企業から AECQ-200 認証を取得しています。
この情報は TT Electronics plc から提供された資料に基づいており、再検討および調整されています。
TT エレクトロニクス株式会社 (2019 年 10 月 29 日). 車載 DC-DC アプリケーション用パワー インダクタ.AZoM. 2021 年 12 月 27 日 https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140 より取得。
TTエレクトロニクス株式会社「車載DC-DCアプリケーション向けパワーインダクタ」.AZoM. 2021年12月27日..
TT エレクトロニクス株式会社「車載 DC-DC アプリケーション向けパワー インダクタ」.AZoM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.(2021 年 12 月 27 日アクセス)。
TT Electronics Co., Ltd. 2019. 車載 DC-DC アプリケーション用パワー インダクタ.AZoM、2021 年 12 月 27 日閲覧、https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140。
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