Dòng cuộn cảm che chắn mới, cấu hình thấp dành cho bộ chuyển đổi DC/DC

TT Electronics đã cho ra mắt dòng cuộn cảm gắn bề mặt HA74, có thể giúp cải thiện hiệu quả trong các bộ điều chỉnh chuyển mạch bị hạn chế về không gian và trọng lượng.

Khi mới bước chân vào thế giới kỹ thuật chuyên nghiệp, tôi không nghĩ nhiều về cuộn cảm. Cuộn cảm cơ bản là một linh kiện thụ động rất đơn giản đã tồn tại từ lâu, và hơn nữa, các nhà thiết kế analog thường cố gắng loại bỏ những linh kiện này; trongbài viết nàybạn có thể đọc về các đặc tính không mong muốn của cuộn cảm và xem một số mạch dựa trên op-amp thông minh cung cấp phản hồi bộ lọc bậc hai mà không cần đến độ tự cảm.

Tuy nhiên, tôi dần nhận ra rằng vẫn còn rất nhiều nỗ lực thiết kế dành riêng cho cuộn cảm, ngay cả ngoài lĩnh vực RF. Tại sao? Bởi vì chúng đóng vai trò trung tâm trong chức năng của bộ ổn áp chế độ chuyển mạch, và ngày nay, bộ ổn áp chế độ chuyển mạch có mặt ở khắp mọi nơi.

Cuộn cảm và tần số chuyển mạch

Có nhiều quyết định và chi tiết khác nhau cần được đưa vào sử dụng khi bạn thiết kế bộ điều chỉnh chuyển mạch, nhưnglựa chọn tần số chuyển mạchlà một yếu tố quan trọng cần cân nhắc. Nhiều khía cạnh về hiệu suất của bộ chuyển đổi—bao gồm đáp ứng tức thời, EMI, kích thước, chi phí và hiệu suất—bị ảnh hưởng bởi tần số chuyển mạch.

Với tôi, xu hướng chung hiện nay là hướng tới bộ biến tần tần số cao hơn, mặc dù thực tế là tần số chuyển mạch cao hơn thường đi kèm với hiệu suất thấp hơn, dẫn đến tuổi thọ pin giảm ở các thiết bị di động.

Điều này cung cấp cho bạn một ví dụ về mối quan hệ giữa tần số chuyển mạch và hiệu suất. Biểu đồ cụ thể này được lấy từbảng dữ liệucho bộ điều chỉnh hạ áp do Linear Tech/Analog Devices sản xuất.

Tôi cho rằng điều này phần lớn là do thực tế là kích thước và chi phí giảm đi liên quan đến tần số chuyển mạch cao hơn là một yêu cầu bắt buộc trong nhiều ứng dụng. Gần đây tôi đã viết về mộtbộ chuyển đổi DC/DC mới từ STMicroelectronicshoạt động ở tần số lên đến 2 MHz và sử dụng mạch điều khiển phức tạp để đạt hiệu suất cao và dòng điện tĩnh thấp trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích với các hệ thống có không gian hạn chế.

Khi các nhà thiết kế tìm cách tăng tần số chuyển mạch và cũng đáp ứng nhu cầu về chi phí thấp, kích thước nhỏ và thấpEMI bức xạ, chúng sẽ cần những cuộn cảm được tối ưu hóa cho môi trường này. Cuộn cảm lý tưởng không bị ảnh hưởng tiêu cực bởi tần số chuyển mạch cao hơn; chúng chỉ đơn giản là thể hiện trở kháng tăng đều đặn khi tần số tăng. Tuy nhiên, cuộn cảm thực tế không đơn giản như vậy.

Dòng HA74

Các cuộn cảm mới này của TT Electronics được thiết kế cho các bộ chuyển đổi DC/DC tần số cao, có không gian hạn chế, đặc biệt chú trọng đến các ứng dụng trong ô tô. Chúng được chứng nhận AEC-Q200 và hoạt động trong dải nhiệt độ khá ấn tượng từ –55°C đến +155°C.

Dòng sản phẩm HA74 được thiết kế để cung cấp mật độ công suất cao và hiệu suất cao trong một thiết kế nhỏ gọn, cấu hình thấp. Chúng được khuyến nghị sử dụng cho tần số chuyển mạch cao tới 3 MHz.

Cuộn cảm thực tế có đặc tính điện trở dẫn đến tổn thất công suất, và tổn thất công suất này làm giảm hiệu suất của toàn bộ mạch điều chỉnh. Mặc dù chúng ta thường nghĩ cuộn cảm có điện trở DC, nhưng nhiều khía cạnh khác nhau trong đặc tính điện trở của cuộn cảm lại bị ảnh hưởng bởi tần số.

Tôi chắc chắn không phải là chuyên gia về vật lý cuộn cảm, vì vậy khi nói đến chi tiết, tôi sẽ dựa vào ghi chú ứng dụng từ Texas Instruments. TheoBáo cáo ứng dụng SLVA157, tổn thất trễ từ, tổn thất dòng điện xoáy, tổn thất hiệu ứng bề mặt và tổn thất bức xạ đều là các thành phần phụ thuộc vào tần số của tổng tổn thất do cuộn cảm tạo ra.

Bảng dữ liệu của dòng HA74 khá ngắn gọn, và tôi không có thông tin chi tiết về các đặc tính giúp cuộn cảm này phù hợp với các ứng dụng tần số cao. Tôi chỉ biết chắc chắn rằng chúng có "thành phần lõi hợp kim kim loại có tổn thất thấp", và tôi cho rằng vật liệu và cấu hình cuộn dây được tối ưu hóa để có tổn thất thấp ở tần số cao hơn.

Năng lực hiện tại

Nếu bạn nhìn vào bộ chuyển đổi buck cơ bản được hiển thị bên dưới, bạn có thể thấy rằng dòng điện chạy tới tải phải đi qua cuộn cảm.

Cuộn cảm được sử dụng trong bộ điều chỉnh chuyển mạch phải có khả năng xử lý dòng điện cần thiết mà không bị quá nhiệt hoặc bão hòa. Các thiết bị HA74 được định mức dòng điện từ 1,2 A đến 2,9 A. Biểu đồ sau đây thể hiện ảnh hưởng của dòng điện cao đến nhiệt độ và độ tự cảm của HA74-054R7, đây là bộ phận có định mức dòng điện 2,9 A.

Bản đồ lấy từ HA74bảng dữ liệu.

Bạn đã gặp phải những thách thức nào khi cố gắng tối ưu hóa mạch chuyển đổi DC/DC cho một ứng dụng cụ thể? Hãy thoải mái để lại bình luận và cho chúng tôi biết.

Tin tức từ:

https://www.allaboutcircuits.com/news/a-new-line-of-low-profile-shielded-inductors-for-dc-dc-converters/