Як вибрати котушки індуктивності?

По-перше, основний принцип індуктивності

Індуктори, разом з конденсаторами та резисторами, є трьома основними пасивними пристроями в електроніці. Функція індукторів полягає в накопиченні електричної енергії у вигляді енергії магнітного поля.

На прикладі циліндричної котушки коротко представлено основний принцип індуктивності.

Як показано на малюнку вище, коли через котушку протікає постійний струм, у вказаному напрямку утворюється статичне магнітне поле відповідно до правила правої спіралі. Індуктор протікає через змінний струм, генероване магнітне поле є змінним магнітним полем, мінливе магнітне поле створює електричне поле, а індукційна електрорушійна сила на котушці створює індукційний струм:

· Коли сила струму збільшується, магнітне поле стає сильнішим, і напрямок магнітного поля змінюється таким самим, як і початкове магнітне поле. Згідно з правилом лівої спіралі, генерований індукційний струм має протилежний напрямок початкового струму, і струм індуктивності зменшується;

· При зміні сили струму магнітне поле стає слабшим, і напрямок магнітного поля змінюється протилежним до напрямку початкового магнітного поля. Відповідно до правила лівої спіралі, генерований індукційний струм має той самий напрямок, що й вихідний струм, і струм індуктора стає більшим.

Це закон Ленца, і кінцевий ефект полягає в тому, що індуктор запобігає зміні струму, що протікає через нього, тобто індуктор має високий опір змінному струму. Для однакової індуктивності чим вище швидкість зміни струму, тим більший індукційний струм і тим вищий повний опір індуктивності; Якщо швидкість зміни струму однакова, різні котушки індуктивності, якщо генерований індукційний струм більший, то котушка індуктивності має вищий імпеданс.

Можна побачити, що розмір індуктивності пов’язаний з розміром котушки та матеріалом внутрішнього сердечника.

Характеристиками фактичної індуктивності є не тільки роль індуктивності, але й інші фактори, такі як:

· Дріт, намотаний в котушку, не є ідеальним провідником, і існує певний опір;

· Магнітопровод індуктивності має певні тепловтрати;

· Між провідниками всередині котушки індуктивності є розподілена ємність.

Таким чином, необхідно використовувати більш складну модель для представлення фактичної індуктивності, і зазвичай використовувана еквівалентна модель виглядає наступним чином:

Форма еквівалентної моделі може бути іншою, але вона повинна відображати втрати та розподілену ємність. Відповідно до еквівалентної моделі можна визначити два важливі параметри фактичної індуктивності.

Частота власного резонансу

Завдяки наявності Cp разом з L утворюється резонансний контур, резонансна частота якого є власною резонансною частотою індуктора. Перед власною резонансною частотою імпеданс індуктора зростає зі збільшенням частоти. Після частоти власного резонансу імпеданс котушки індуктивності зменшується зі збільшенням частоти, і відображається ємність.

Фактор якості

Тобто значення Q котушки індуктивності, відношення індуктивної накопиченої потужності до потужності втрат, чим вище значення Q, тим менші втрати індуктивності, а імпеданс постійного струму індуктивності безпосередньо пов’язаний з параметром . Власна резонансна частота та значення добротності є ключовими параметрами високочастотних індукторів

По-друге, технологічна структура індуктивності

Процес індуктивності можна умовно розділити на 3 види:

2.1 Тип намотаного дроту (Тип намотаного дроту)

Як випливає з назви, мідний дріт намотується навколо магнітного сердечника, утворюючи котушку, і є два способи намотування дроту:

Кругла рана

Циліндрична обмотка поширена і має широкий спектр застосувань, наприклад:

Плоска рана

Перевага плоскої намотування очевидна, тобто зменшується висота пристрою. З попередньої формули видно, що чим більша проникність магнітопровода, тим більше значення індуктивності, і магнітопровод можна

· Немагнітні матеріали: такі як повітряний сердечник, керамічний сердечник, здається, що це не можна назвати магнітним сердечником; Це значення індуктивності невелике, але струму насичення практично немає

· Феромагнітні матеріали: такі як ферит, сплав Пермо та ін.; Проникність сплаву вище, ніж у фериту. Феромагнітний матеріал має явище магнітного насичення та струм насичення.

Індуктивність обмотки може забезпечити великий струм і високу індуктивність. Чим більше проникність магнітного сердечника, те саме значення чутливості, менше намотування, менше намотування може зменшити опір постійному струму; Такого ж розміру, менше обмотки можна намотати товстою, покращити струм.

Крім того, в конструкції джерела живлення часто стикаються з проблемою виття індуктивності, суть полягає в тому, що зміна магнітного поля викликає провідник, тобто вібрацію котушки, частота вібрації як раз в аудіо діапазон, людське вухо може почути, сплав, інтегрований формування індуктивності, більш міцний, може зменшити вібрацію.

2.2 Багатошаровий індуктор (багатошаровий тип)

Процес виробництва багатошарових чіп-індукторів: феритова або керамічна паста висушується та формується, струмопровідна паста по черзі друкується, а інтегрована структура формується шляхом ламінування та спікання.

Багатошаровий мікросхемний індуктор менший за обмотувальний індуктор і має стандартизований корпус, який підходить для автоматичного монтажу з високою щільністю. Інтегрована структура, висока надійність, хороша термостійкість.

2.3 Індуктивність тонкої плівки (тип тонкої плівки)

У тонкоплівкових котушках індуктивності використовується процес, подібний до виробництва мікросхем, на підкладку наноситься шар провідної плівки, потім за допомогою процесу фотолітографії формується котушка, і, нарешті, середній шар, шар ізоляції та шар електрода додаються до упаковки та форми.

Процес виробництва тонкоплівкового пристрою показаний на малюнку нижче

 

 

Точність процесу літографії висока, що призводить до вужчих ліній і гостріших країв. Тому тонкоплівкові котушки індуктивності мають

· Менший розмір, упаковка 008004

· Менший крок значення, 0.1nH

· Менший допуск, 0.05nH

· Краща стабільність частоти

По-третє, застосування та вибір індукторів

У проектуванні схем індуктори мають три основні категорії застосування:

· Індуктивність потужності: в основному використовується для перетворення напруги, зазвичай використовується схема DCDC для використання індуктивності потужності;

Розв’язувальна індуктивність: в основному використовується для фільтрації шумів на лінії електропередачі або сигнальній лінії, з якою повинні бути знайомі інженери з електромагнітної сумісності;

· Високочастотні індуктори: в основному використовуються в радіочастотних схемах для досягнення зміщення, узгодження, фільтрації та інших схем.

3.1 Силова індуктивність

Силові індуктори зазвичай використовуються в ланцюгах DCDC для підтримки безперервного струму шляхом накопичення та вивільнення енергії.

Більшість силових котушок індуктивності є обмотковими котушками індуктивності, які можуть покращити високий струм і високу індуктивність.

Силових індукторів багатошарових мікросхем також стає все більше, зазвичай значення індуктивності та струм низькі, перевага полягає в тому, що ціна низька, об’єм надзвичайно малий, і є більше застосувань у продуктах із великими обмеженнями простору, таких як мобільні телефони .

 

3.2 Розв'язувальні індуктори

Розв'язувальний індуктор ще називають Choke, що зазвичай в підручниках перекладається як дросельна котушка. Роль розв’язувальних індукторів полягає у фільтрації перешкод на лінії, яка належить до пристроїв ЕМС. Інженери ЕМС в основному використовуються для вирішення проблем тестування випромінювання (RE) і кондуктивного випромінювання (CE) продуктів.

Розв'язувальні індуктори, як правило, відносно простої конструкції, в основному мідний дріт, безпосередньо намотаний на феритове кільце.

Індуктивність диференціального режиму

Індуктори диференціального режиму – це звичайні котушки індуктивності з обмоткою, які використовуються для фільтрації деяких перешкод диференціального режиму, головним чином для формування LC-фільтрів із конденсаторами для зменшення шуму джерела живлення.

Для мережі 220 В інтерференція диференціального режиму – це інтерференція між фазою L і фазою N. Для POE це перешкоди між POE+ і POE-; Для джерела постійного струму низької напруги на системній платі це насправді шум джерела живлення.

При виборі індуктора диференціального режиму необхідно звернути увагу на наступні моменти:

• Опір постійному струму, номінальна напруга та струм, щоб відповідати робочим вимогам;

• Розмір конструкції для задоволення вимог до продукції;

• Визначте смугу частот шуму шляхом тестування та виберіть індуктор відповідно до кривої опору індуктора;

• Дизайн фільтра LC, може виконувати прості розрахунки та моделювання.

Синфазні котушки індуктивності

Синфазний індуктор намотує дві котушки з однаковою кількістю витків і протилежними напрямками на одне феритове кільце.

 

Синфазні котушки індуктивності, як показано вище:

· Коли синфазна складова проходить через синфазну котушку індуктивності, у двох котушках утворюється магнітне поле в одному напрямку відповідно до правила правої руки, що еквівалентно високій індуктивності синфазного сигналу ;

· Коли компонент диференціальної моди проходить через синфазний індуктор, згідно з правилом правої руки, у двох котушках будуть утворюватися магнітні поля в протилежних напрямках і гасити одне одного, що еквівалентно низькому індуктивному опору на сигнал диференціальної моди. .

Інший спосіб зрозуміти: коли V+ протікає через частоту синфазної перешкоди, утворене змінне магнітне поле буде формувати індукційний струм на іншій котушці, згідно з правилом лівої руки, напрям індукційного струму протилежний напрямку синфазні перешкоди на V-, що скасовує частину синфазних перешкод.

Синфазні індуктори в основному використовуються в двопровідних або диференціальних системах, таких як мережа 220 В, шина CAN, сигнал USB, сигнал HDMI і так далі. Він використовується для фільтрації синфазних перешкод, в той час як ослаблення корисного диференціального сигналу невелике.

При виборі синфазного індуктора необхідно звернути увагу на наступні моменти:

· Імпеданс постійного струму має бути низьким і не мати великого впливу на напругу чи корисні сигнали;

· Для ліній електропередач номінальна напруга та струм повинні відповідати робочим вимогам;

· Смуга частот синфазних перешкод визначається випробуванням, і синфазний імпеданс повинен бути високим у цій смузі частот;

· Імпеданс диференціального режиму повинен бути малим, що не може сильно вплинути на якість диференціального сигналу;

Враховуйте розмір упаковки, створіть дизайн сумісності. Наприклад, синфазні котушки індуктивності для сигналів USB можна вибрати так, щоб вони були сумісні з двома резисторами 0402, а коли синфазні котушки індуктивності не потрібні, резистори 0402 можна безпосередньо зварити, щоб зменшити витрати.

Для отримання додаткової інформації, будь ласка, зв'яжіться з нами за адресоюsales@xfullstar.com