Eine neue Reihe flacher, abgeschirmter Induktivitäten für DC/DC-Wandler

TT Electronics hat die oberflächenmontierbaren Induktivitäten der Serie HA74 herausgebracht, die zur Verbesserung der Effizienz von Schaltreglern mit begrenztem Platzangebot und Gewicht beitragen können.

Als ich zum ersten Mal in die Welt des professionellen Ingenieurwesens eintrat, dachte ich nicht viel über Induktivitäten nach. Eine einfache Induktivität ist ein sehr einfaches passives Bauteil, das es schon lange gibt, und außerdem versuchen Analogentwickler oft, diese Bauteile zu eliminieren; indieser ArtikelSie können sich über die unerwünschten Eigenschaften von Induktoren informieren und einige clevere, auf Operationsverstärkern basierende Schaltkreise kennenlernen, die eine Filterantwort zweiter Ordnung bieten, ohne dass eine Induktivität erforderlich ist.

Ich habe jedoch nach und nach gelernt, dass auch außerhalb des HF-Bereichs noch immer viel Entwicklungsaufwand für Induktivitäten betrieben wird. Warum? Weil sie eine zentrale Rolle für die Funktionalität von Schaltspannungsreglern spielen, und Schaltspannungsregler sind heutzutage allgegenwärtig.

Induktivitäten und Schaltfrequenz

Bei der Entwicklung eines Schaltreglers spielen verschiedene Entscheidungen und Details eine Rolle, aber dieWahl der Schaltfrequenzist ein wichtiger Gesichtspunkt. Viele Aspekte der Leistung des Konverters – einschließlich Einschwingverhalten, elektromagnetische Störungen, Größe, Kosten und Effizienz – werden durch die Schaltfrequenz beeinflusst.

Mir scheint, dass der allgemeine Trend heutzutage in Richtung höherfrequenter Konverter geht, obwohl höhere Schaltfrequenzen mit einer geringeren Effizienz einhergehen, was zu einer verkürzten Batterielebensdauer bei tragbaren Geräten führt.

Dies gibt Ihnen ein Beispiel für die Beziehung zwischen Schaltfrequenz und Effizienz. Dieses spezielle Diagramm stammt aus demDatenblattfür einen Abwärtsregler von Linear Tech/Analog Devices.

Ich vermute, dass dies größtenteils darauf zurückzuführen ist, dass die geringere Größe und die geringeren Kosten, die mit einer höheren Schaltfrequenz einhergehen, in vielen Anwendungen eine zwingende Voraussetzung sind. Ich habe kürzlich über eineneuer DC/DC-Wandler von STMicroelectronicsder mit Frequenzen von bis zu 2 MHz arbeitet und komplexe Steuerschaltkreise verwendet, um eine hohe Effizienz und einen niedrigen Ruhestrom zu erreichen und gleichzeitig die Kompatibilität mit platzbeschränkten Systemen aufrechtzuerhalten.

Da die Entwickler die Schaltfrequenz erhöhen und gleichzeitig die Anforderungen an niedrige Kosten, geringe Größe und niedrigeabgestrahlte elektromagnetische Störungen, benötigen sie für diese Umgebung optimierte Induktivitäten. Ideale Induktivitäten werden durch höhere Schaltfrequenzen nicht negativ beeinflusst; ihre Impedanz steigt mit zunehmender Frequenz stetig an. Reale Induktivitäten sind jedoch nicht so einfach.

Die HA74-Serie

Diese neuen Induktivitäten von TT Electronics sind für platzbeschränkte, hochfrequente DC/DC-Wandler konzipiert, insbesondere für Automobilanwendungen. Sie sind AEC-Q200-zertifiziert und arbeiten in einem beeindruckenden Temperaturbereich von –55 °C bis +155 °C.

Die HA74-Reihe bietet hohe Leistungsdichte und hohe Effizienz in einem kompakten, flachen Gehäuse. Sie wird für Schaltfrequenzen bis zu 3 MHz empfohlen.

Echte Induktoren weisen Widerstandseigenschaften auf, die zu Leistungsverlusten führen, und dieser Leistungsverlust verringert die Effizienz des gesamten Regelkreises. Obwohl wir oft davon ausgehen, dass eine Induktor einen Gleichstromwiderstand hat, werden verschiedene Aspekte des Widerstandsverhaltens einer Induktor von der Frequenz beeinflusst.

Ich bin sicherlich kein Experte für Induktorphysik, daher verlasse ich mich bei den Details auf eine App-Note von Texas Instruments. LautApplikationsbericht SLVA157, magnetische Hystereseverluste, Wirbelstromverluste, Skineffektverluste und Strahlungsverluste sind allesamt frequenzabhängige Komponenten des Gesamtverlusts, der durch eine Induktivität verursacht wird.

Das Datenblatt zur HA74-Serie ist recht kurz, und ich verfüge nicht über detaillierte Informationen zu den Eigenschaften, die diese Induktivitäten für Hochfrequenzanwendungen geeignet machen. Sicher ist nur, dass sie eine „verlustarme Metalllegierungskernzusammensetzung“ haben, und ich gehe davon aus, dass die Materialien und die Wicklungskonfiguration für geringe Verluste bei höheren Frequenzen optimiert sind.

Aktuelle Kapazität

Wenn Sie sich den unten gezeigten einfachen Abwärtswandler ansehen, können Sie erkennen, dass der zur Last fließende Strom durch die Induktivität fließen muss.

Die in Schaltreglern verwendeten Induktivitäten müssen den benötigten Strom ohne übermäßige Erwärmung oder Sättigung verarbeiten können. Die HA74-Bausteine ​​sind für Ströme von 1,2 A bis 2,9 A ausgelegt. Das folgende Diagramm veranschaulicht die Auswirkungen hoher Ströme auf Temperatur und Induktivität des HA74-054R7, der für 2,9 A ausgelegt ist.

Diagramm aus dem HA74Datenblatt.

Vor welchen Herausforderungen standen Sie bei der Optimierung von DC/DC-Wandlerschaltungen für eine bestimmte Anwendung? Hinterlassen Sie gerne einen Kommentar und lassen Sie es uns wissen.

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