Een nieuwe lijn van afgeschermde inductoren met een laag profiel voor DC/DC-converters

TT Electronics heeft de HA74-serie opbouwinductoren uitgebracht, die de efficiëntie van ruimte- en gewichtsbeperkte schakelregelaars kunnen verbeteren.

Toen ik voor het eerst de wereld van de professionele techniek betrad, dacht ik niet veel na over spoelen. Een eenvoudige spoel is een heel eenvoudig passief onderdeel dat al heel lang bestaat, en bovendien proberen analoge ontwerpers deze componenten vaak te elimineren; indit artikelU kunt lezen over de ongewenste eigenschappen van inductoren en enkele slimme op-amp-gebaseerde schakelingen bekijken die een filterrespons van de tweede orde bieden zonder dat er inductie nodig is.

Ik heb echter geleidelijk geleerd dat er nog steeds veel ontwerpinspanning wordt geleverd aan spoelen, zelfs buiten het RF-domein. Waarom? Omdat ze een centrale rol spelen in de functionaliteit van schakelende spanningsregelaars, en tegenwoordig zijn schakelende spanningsregelaars overal te vinden.

Inductoren en schakelfrequentie

Er zijn verschillende beslissingen en details die een rol spelen bij het ontwerpen van een schakelregelaar, maar dekeuze van schakelfrequentieis een dominante overweging. Veel aspecten van de prestaties van de converter – waaronder transiëntrespons, EMI, formaat, kosten en efficiëntie – worden beïnvloed door de schakelfrequentie.

Het lijkt erop dat de algemene trend tegenwoordig in de richting van converters met een hogere frequentie gaat, ondanks het feit dat hogere schakelfrequenties gepaard gaan met een lagere efficiëntie, wat leidt tot een kortere levensduur van de batterij in draagbare apparaten.

Dit geeft u een voorbeeld van de relatie tussen schakelfrequentie en efficiëntie. Deze specifieke grafiek is afkomstig uit degegevensbladvoor een step-down regelaar van Linear Tech/Analog Devices.

Ik veronderstel dat dit grotendeels te danken is aan het feit dat de kleinere afmetingen en kosten die gepaard gaan met een hogere schakelfrequentie een dwingende vereiste zijn in veel toepassingen. Ik schreef onlangs over eennieuwe DC/DC-converter van STMicroelectronicsdie werkt bij frequenties tot 2 MHz en gebruikmaakt van complexe regelcircuits om een ​​hoge efficiëntie en een lage ruststroom te bereiken, terwijl de compatibiliteit met systemen met beperkte ruimte behouden blijft.

Omdat ontwerpers de schakelfrequentie willen verhogen en ook willen voldoen aan de vraag naar lage kosten, kleine afmetingen en lageuitgestraalde EMI, hebben ze spoelen nodig die geoptimaliseerd zijn voor deze omgeving. Ideale spoelen worden niet negatief beïnvloed door hogere schakelfrequenties; ze vertonen simpelweg een impedantie die gestaag toeneemt naarmate de frequentie toeneemt. Echte spoelen zijn echter niet zo eenvoudig.

De HA74-serie

Deze nieuwe inductoren van TT Electronics zijn bedoeld voor ruimtebeperkte DC/DC-omvormers met hoge frequenties, met een specifieke focus op toepassingen in de automobielindustrie. Ze zijn AEC-Q200-gecertificeerd en werken binnen het indrukwekkende temperatuurbereik van -55 °C tot +155 °C.

De HA74-lijn is bedoeld om een ​​hoge vermogensdichtheid en hoge efficiëntie te bieden in een compacte behuizing met een laag profiel. Ze worden aanbevolen voor schakelfrequenties tot 3 MHz.

Echte inductoren hebben weerstandseigenschappen die resulteren in vermogensverlies, en dit vermogensverlies vermindert de efficiëntie van het totale regelaarcircuit. Hoewel we vaak denken dat een inductor een gelijkstroomweerstand heeft, worden verschillende aspecten van het weerstandsgedrag van een inductor beïnvloed door de frequentie.

Ik ben zeker geen expert op het gebied van spoelfysica, dus als het op de details aankomt, ga ik af op een app-notitie van Texas Instruments. VolgensToepassingsrapport SLVA157, magnetische hystereseverliezen, wervelstroomverliezen, skin-effectverliezen en stralingsverliezen zijn allemaal frequentieafhankelijke componenten van het totale verlies dat door een inductor wordt veroorzaakt.

De datasheet voor de HA74-serie is vrij beknopt en ik heb geen gedetailleerde informatie over de eigenschappen die deze inductoren geschikt maken voor hoogfrequente toepassingen. Het enige wat ik zeker weet, is dat ze een "verliesarme metaallegering kernsamenstelling" hebben, en ik ga ervan uit dat de materialen en de wikkelconfiguratie geoptimaliseerd zijn voor een laag verlies bij hogere frequenties.

Huidige capaciteit

Als u naar de onderstaande eenvoudige buck-converter kijkt, ziet u dat de stroom die naar de belasting loopt, door de inductor moet lopen.

De inductoren die in schakelregelaars worden gebruikt, moeten de vereiste stroomsterkte kunnen verwerken zonder overmatige verhitting of verzadiging. De HA74-apparaten zijn geschikt voor stromen van 1,2 A tot 2,9 A. De volgende grafiek toont het effect van hoge stromen op de temperatuur en inductantie van de HA74-054R7, het onderdeel met een nominale stroomsterkte van 2,9 A.

Perceel afkomstig van de HA74gegevensblad.

Welke uitdagingen bent u tegengekomen bij het optimaliseren van DC/DC-convertercircuits voor een bepaalde toepassing? Laat het ons gerust weten in een reactie.

Nieuws van:

https://www.allaboutcircuits.com/news/een-nieuwe-lijn-laagprofiel-afgeschermde-inductoren-voor-dc-dc-converters/