SOS electronic

Ako porozumieť parametrom výkonových cievok pre DC/DC meniče

Datasheety uvádzajú typicky indukčnosť s toleranciou, menovitý prúd, saturačný prúd, rozsah pracovných teplôt okolia, maximálnu teploty súčiastky, DCR a SRF – ale čo tieto parametre znamenajú? Kedy použiť tienenú a kedy netienenú cievku?

Tienená alebo netienená?
Netienená cievka má otvorený magnetický obvod. Magnetický tok indukovaný v jadre prúdom prechádzajúcim cez vinutie vystupuje z jadra a šíri sa vzduchom na druhú stranu jadra, kde uzatvára magnetický obvod. Magnetický tok mimo jadra ovplyvňuje blízke obvody. Netienená cievka s rovnakými rozmermi ako tienená má vyšší saturačný prúd a nižšiu cenu.












Tienená cievka je skonštruovaná tak, že magnetický tok nikdy neopustí jadro a zabraňuje, aby tok ovplyvňoval citlivé komponenty, ktoré sa môžu nachádzať v blízkosti cievky. Tienená cievka s rovnakými rozmermi ako netienená má nižší saturačný prúd a vyššiu cenu.








Nedávny pokrok v technológii umožňuje výrobu kompozitných cievok. Jadro je vyrobené z kovového prášku (železo, zliatiny železa alebo zmes železa a iných kovov) s čiastočkami veľkosti 4 až10um. Cievka pripojená k padom je umiestnená do oceľovej formy a naplnená práškovým kovom tak, aby prášok úplne obklopil cievku. Prášok je potom stlačený zhora a zdola tlakom okolo 600MPa vyformujúc husté magnetické jadro okolo cievky. Čiastočky kovu vo vnútri jadra sú obklopené nemagnetickým a nevodivým materiálom (oxidy kremíka, organické spojivo), ktoré vytvára distribuovanú „vzduchovú medzeru“. Takto vyrobené cievky sú tienené a majú excelentné parametre, zvlášť vysoký saturačný prúd.











Tienené cievky sú drahšie a majú nižší saturačný prúd (pre rovnakú veľkosť, materiál jadra a indukčnosť), ale výrazne redukujú elektromagnetickú interferenciu (EMI). Takmer vždy stojí za to použiť tienenú cievku, ktorá pomôže zabrániť EMI problémom. Toto je obzvlášť pravdivé, ak menič používa vyššie spínacie frekvencie.

Indukčnosť a vlastná rezonančná frekvencia (SRF)
Indukčnosť je typicky meraná malým signálom (0,1Vrms) bez jednosmernej zložky na frekvencii 100kHz. Typická výrobná tolerancia indukčnosti je ±20%. SRF je frekvencia, pri ktorej indukčnosť vinutia cievky prirodzene rezonuje s parazitnou kapacitou vinutia.

Dobrou praktickou zásadou je používať spínaciu frekvenciu 10-krát menšiu ako je SRF.

Menovitý a saturačný prúd
Menovitý prúd je efektívna hodnota jednosmerného prúdu (alebo nízkofrekvenčného striedavého prúdu), ktorý spôsobí nárast teploty cievky o definovanú hodnotu, typicky 40°C.

Výrobcovia používajú rôzne testovacie PCB a neposkytujú o nich detailné informácie, čo robí porovnanie cievok od rôznych výrobcov obťažné. Nárast teploty je veľmi závislý na mnohých faktoroch ako sú spájkovacie plôšky na PCB, hrúbka čiar, blízkosť iných komponentov a iných. Nárast teploty by mal byť overený v konečnom produkte.

Saturačný prúd je definovaný ako jednosmerný prúd, ktorý spôsobí špecifikovaný pokles indukčnosti, zvyčajne pokles o 10, 20 alebo 30%.
Rôzni výrobcovia používajú rôzny pokles indukčnosti pre definovanie saturačného prúdu, čo robí porovnanie cievok časovo náročnejšie.

Rozsah teplôt okolia a maximálna teplota cievky
Rôzne zdroje uvádzajú rôzne miesta pre určenie teploty okolia. Datasheet nedefinuje jasne, kde je meraná teplota okolia. Pre viac informácií si prosím pozrite článok What is ambient temperature, anyway, and why does it matter? alebo dokument Semiconductor and IC Package Thermal Metrics.

Maximálna teplota cievky poskytuje užitočnejšiu informáciu, pretože umožňuje overiť jej teplotu vo finálnom produkte. Teplota cievky by nemala prekročiť definovanú hodnotu pri najťažších pracovných podmienkach. Teplotu cievky ovplyvňuje návrh obvodu, umiestnenie súčiastok, šírka a hrúbka spojov na plošnom spoji, prúdenie vzduchu a ďalšie vlastnosti chladenia.


Jednosmerný odpor (DCR)
Je to jednosmerný odpor cievky meraný pri izbovej teplote 25°C. DCR je teplotne závislý. Typické vinutie je vyrobené z medeného drôtu. Teplotný koeficient odporu medi je približne +0.4% na °C. Nevyzerá to veľa, ale pri teplote cievky 125°C to znamená nárast odporu o (125-25)*0,4%=40%.
Odpor tiež rastie s frekvenciou kvôli skin efektu. Odpor pri rôznych frekvenciách (ACR) nie je uvádzaný v datasheete.

Typický návrh DC/DC meniča počíta so zvlnením prúdu cez cievku 20 až 40% (špička-špička) z výstupného jednosmerného prúdu. Zvlnenie má trojuholníkový priebeh a nech je strieda=50%. RMS hodnota je potom približne 0,577Ip-p. Ako vidíte z obrázka 9 pre frekvenciu 200kHz je Rac/Rdc=1, výsledný odpor na tejto frekvencii je teda Rtot=Rdc+Rac=2Rdc. Výkonová strata vinutia bude P = Pdc + Pac Pdc=Idc^2*Rdc.
Pre Iac(p-p)=0,3Idc Pac=Iac_rms^2*Rac=(0.575*0.3*Idc)^2*2Rdc=0,06Idc^2*Rdc=0.06Pdc.
Pre frekvenciu 1MHz je Rtot=Rdc+2.5Rdc=3.5Rdc a Pac=0.1Pdc.

AC odpor zvyšuje straty vo vinutí a je doporučené vyžiadať si od výrobcu závislosť strát na frekvencii.

Ako to dať všetko dohromady
Cievka pre DC/DC menič má byť vybraná tak, aby:
• sa neprehriala ani pri najhorších pracovných podmienkach
• indukčnosť neklesla pod hodnotu zaručujúcu stabilitu meniča
• aby nedochádzalo k tvrdej saturácii
• menič mal požadované rozmery
• aby mal menič čo najvyššiu účinnosť

Ďalšie parametre meniča, ako sú zvlnenie výstupného napätia a odozva na skokovú zmenu záťaže, majú tiež vplyv na požadovanú hodnotu indukčnosti.

Na rýchle posúdenie, či je cievka vhodná pre konkrétnu aplikáciu, poskytujú niektorí výrobcovia ako Vishay, Panasonic a Coilcraft webový SW.

Vyskúšajte si napríklad:

http://www.vishay.com/inductors/calculator/calculator/
http://www.coilcraft.com/apps/power_tools/power/
https://util01.industrial.panasonic.com/ww/utilities/ds/chr-vw/view03/
https://util01.industrial.panasonic.com/ww/utilities/ds/pcc-sim/

Pre ďalšie informácie o cievkach v našej ponuke si prosím pozrite naše web stránky alebo nás kontaktujte na info@soselectronic.sk.

Nezmeškajte takéto články!

Páčia sa Vám naše články? Nezmeškajte už ani jeden z nich!
Nemusíte sa o nič starať, my zabezpečíme doručenie až k Vám.

Nahlásiť chybu

Niečo by ste zmenili? Natrafili ste na chybu? Alebo máte zaujímavú pripomienku? Podeľte sa s nami, hodnotné pripomienky určite odmeníme. Stačí ak vlastnými slovami popíšete chybu, či pripomienku a uvediete kontakt na seba. Ďakujeme.

Kontaktné údaje

Súbory cookie nám pomáhajú poskytovať služby. Používaním našich služieb vyjadrujete súhlas s používaním súborov cookie.
OK Viac info