¿Cómo seleccionar inductores?

Primero, el principio básico de la inductancia.

Inductores, junto con los condensadores y las resistencias, son tres dispositivos pasivos básicos en electrónica. La función de los inductores es almacenar energía eléctrica en forma de energía de campo magnético.

Tomando como ejemplo una bobina cilíndrica, se introduce brevemente el principio básico de la inductancia.

Como se muestra en la figura anterior, cuando fluye una corriente constante a través de la bobina, se forma un campo magnético estático en la dirección indicada según la regla de la hélice de la derecha. El inductor fluye a través de la corriente alterna, el campo magnético generado es el campo magnético alterno, el campo magnético cambiante genera un campo eléctrico y la fuerza electromotriz de inducción sobre la bobina genera la corriente inducida:

· Cuando la corriente aumenta, el campo magnético se vuelve más fuerte y la dirección del campo magnético cambia es la misma que la del campo magnético original. Según la regla de la espiral izquierda, la corriente inducida generada está en la dirección opuesta a la corriente original y la corriente de inductancia disminuye;

· Cuando la corriente cambia, el campo magnético se debilita y la dirección del campo magnético cambia es opuesta a la dirección del campo magnético original. Según la regla de la espiral izquierda, la corriente inducida generada está en la misma dirección que la corriente original y la corriente del inductor aumenta.

Esta es la ley de Lenz, y el efecto final es que el inductor evitará que cambie la corriente que fluye a través de él, es decir, el inductor tiene una alta resistencia a la corriente alterna. Para la misma inductancia, cuanto mayor sea la tasa de cambio de corriente, mayor será la corriente inducida y mayor será la impedancia de la inductancia; Si la misma tasa de cambio de corriente, diferentes inductores, si la corriente inducida generada es mayor, entonces el inductor presenta una mayor impedancia.

Se puede ver que el tamaño de la inductancia está relacionado con el tamaño de la bobina y el material del núcleo interno.

Las características de la inductancia real no son solo el papel de la inductancia, sino también otros factores, como:

· El cable enrollado en la bobina no es un conductor ideal y existe cierta resistencia;

· El núcleo magnético de la inductancia tiene una cierta pérdida de calor;

· Hay una capacitancia distribuida entre los conductores dentro del inductor.

Por lo tanto, es necesario utilizar un modelo más complejo para representar la inductancia real. El modelo equivalente comúnmente utilizado es el siguiente:

La forma del modelo equivalente puede ser diferente, pero debería poder reflejar la pérdida y la capacitancia distribuida. Según el modelo equivalente, se pueden definir dos parámetros importantes de la inductancia real.

Frecuencia de autorresonancia

Debido a la existencia de Cp, se forma un circuito resonante junto con L, cuya frecuencia de resonancia es la frecuencia de resonancia propia del inductor. Antes de la frecuencia de autorresonancia, la impedancia del inductor aumenta con el aumento de la frecuencia. Después de la frecuencia de autorresonancia, la impedancia del inductor disminuye a medida que aumenta la frecuencia y se presenta la capacitancia.

Factor de calidad

Es decir, el valor Q del inductor, la relación entre la potencia almacenada inductiva y la potencia perdida, cuanto mayor es el valor Q, menor es la pérdida del inductor y la impedancia de corriente continua del inductor está directamente relacionada con el parámetro. . La frecuencia de resonancia propia y el valor Q son los parámetros clave de los inductores de alta frecuencia.

En segundo lugar, la estructura del proceso de inductancia.

El proceso de inductancia se puede dividir a grandes rasgos en 3 tipos:

2.1 Tipo de alambre enrollado (tipo alambre enrollado)

Como sugiere el nombre, el alambre de cobre se enrolla alrededor de un núcleo magnético para formar una bobina y hay dos formas de enrollar el alambre:

herida redonda

El devanado cilíndrico es común y tiene una amplia gama de aplicaciones, tales como:

Herida plana

La ventaja del bobinado plano es obvia, es decir, se reduce la altura del dispositivo. De la fórmula anterior se puede ver que cuanto mayor es la permeabilidad del núcleo magnético, mayor es el valor de la inductancia y el núcleo magnético puede ser

· Materiales no magnéticos: como el núcleo de aire y el núcleo cerámico, parece que no se les puede llamar núcleo magnético; Este valor de inductancia es pequeño, pero básicamente no hay corriente de saturación.

· Materiales ferromagnéticos: como ferrita, aleación Permo, etc.; La permeabilidad de la aleación es mayor que la de la ferrita. El material ferromagnético tiene un fenómeno de saturación magnética y una corriente de saturación.

La inductancia del devanado puede proporcionar alta corriente y alta inductancia. Cuanto mayor sea la permeabilidad del núcleo magnético, el mismo valor de detección, menos devanado, menos devanado puede reducir la resistencia de CC; Del mismo tamaño, se puede enrollar menos devanado grueso, mejorar la corriente.

Además, en el diseño de la fuente de alimentación, a menudo nos encontramos con el problema del aullido de la inductancia, la esencia es que el cambio del campo magnético provoca la vibración del conductor, es decir, la vibración de la bobina, la frecuencia de la vibración está justo en el audio. Rango, el oído humano puede oír, la inductancia de formación integrada de aleación, más firme, puede reducir la vibración.

2.2 Inductor multicapa (tipo multicapa)

El proceso de producción de inductores de chip multicapa: la ferrita o pasta cerámica se seca y se forma, la pasta conductora se imprime alternativamente y la estructura integrada se forma mediante laminación y sinterización.

El inductor de chip multicapa es más pequeño que el inductor de bobinado y tiene un paquete estandarizado, que es adecuado para montaje automático de alta densidad. Estructura integrada, alta confiabilidad, buena resistencia al calor.

2.3 Inductancia de película delgada (tipo de película delgada)

Los inductores de película delgada utilizan un proceso similar a la producción de circuitos integrados: se coloca una capa de película conductora sobre el sustrato y luego se forma la bobina mediante un proceso de fotolitografía y, finalmente, se agregan la capa media, la capa de aislamiento y la capa de electrodo para empaquetar y formar.

El proceso de producción del dispositivo de película delgada se muestra en la siguiente figura.

 

 

La precisión del proceso de litografía es alta, lo que da como resultado líneas más estrechas y bordes más nítidos. Por lo tanto, los inductores de película delgada tienen

· Tamaño más pequeño, paquete 008004

· Paso de valor más pequeño, 0.1nH

· Tolerancia menor, 0.05nH

· Mejor estabilidad de frecuencia

En tercer lugar, la aplicación y selección de inductores.

En el diseño de circuitos, los inductores tienen tres categorías principales de aplicaciones:

· Inductancia de potencia: se utiliza principalmente para la conversión de voltaje, circuito DCDC de uso común para usar inductancia de potencia;

Inductancia de desacoplamiento: se utiliza principalmente para filtrar el ruido en la línea eléctrica o en la línea de señal, con lo que los ingenieros de EMC deben estar familiarizados;

· Inductores de alta frecuencia: utilizados principalmente en circuitos de RF para lograr polarización, adaptación, filtrado y otros circuitos.

3.1 Inductancia de potencia

Los inductores de potencia se utilizan comúnmente en circuitos DCDC para mantener una corriente continua acumulando y liberando energía.

La mayoría de los inductores de potencia son inductores de bobinado, que pueden mejorar la alta corriente y la alta inductancia.

Los inductores de potencia de chip multicapa también son cada vez más, generalmente el valor de inductancia y la corriente son bajos, la ventaja es que el costo es bajo, el volumen es ultrapequeño y hay más aplicaciones en productos con grandes restricciones de espacio, como los teléfonos móviles. .

 

3.2 Inductores de desacoplamiento

El inductor de desacoplamiento también se llama Choke, que generalmente se traduce como bobina de choque en los libros de texto. La función de los inductores de desacoplamiento es filtrar la interferencia en la línea, que pertenece a los dispositivos EMC. Los ingenieros de EMC se utilizan principalmente para resolver los problemas de prueba de emisión de radiación (RE) y emisión conducida (CE) de productos.

Inductores de desacoplamiento, generalmente de estructura relativamente simple, en su mayoría alambre de cobre enrollado directamente en el anillo de ferrita.

Inductancia de modo diferencial

Los inductores de modo diferencial son inductores de bobinado ordinarios que se utilizan para filtrar algunas interferencias de modo diferencial, principalmente para formar filtros LC con condensadores para reducir el ruido de la fuente de alimentación.

Para la red de 220 V, la interferencia de modo diferencial es la interferencia entre la fase L y la fase N. Para POE, es la interferencia entre POE+ y POE-; Para la fuente de alimentación CC de bajo voltaje en la placa base, en realidad es el ruido de la fuente de alimentación.

La selección del inductor de modo diferencial debe prestar atención a los siguientes puntos:

• Resistencia CC, voltaje y corriente nominales, para cumplir con los requisitos de trabajo;

• Tamaño de la estructura para cumplir con los requisitos del producto;

• Determinar la banda de frecuencia de ruido mediante pruebas y seleccionar el inductor de acuerdo con la curva de impedancia del inductor;

• Diseño de filtro LC, puede realizar cálculos y simulaciones simples.

Inductores de modo común

El inductor de modo común consiste en enrollar dos bobinas con el mismo número de vueltas y direcciones opuestas en el mismo anillo de ferrita.

 

Inductores de modo común como se muestra arriba:

· Cuando un componente en modo común fluye a través del inductor en modo común, se formará un campo magnético en la misma dirección en las dos bobinas según la regla de la mano derecha, lo que equivale a una alta inductancia a la señal en modo común. ;

· Cuando un componente en modo diferencial fluye a través de un inductor en modo común, según la regla de la mano derecha, se formarán campos magnéticos en direcciones opuestas en las dos bobinas y se cancelarán entre sí, lo que equivale a una baja reactancia inductiva en la señal en modo diferencial. .

Otra forma de entenderlo: cuando V+ fluye a través de una frecuencia de interferencia de modo común, el campo magnético alterno formado formará una corriente inducida en la otra bobina, de acuerdo con la regla de la mano izquierda, la dirección de la corriente inducida es opuesta a la dirección de la interferencia de modo común en V-, que cancela una parte de la interferencia de modo común.

Los inductores de modo común se utilizan principalmente en sistemas diferenciales o de doble cable, como redes de 220 V, bus CAN, señal USB, señal HDMI, etc. Se utiliza para filtrar interferencias de modo común, mientras que la atenuación diferencial útil de la señal es pequeña.

La selección del inductor de modo común debe prestar atención a los siguientes puntos:

· La impedancia de CC debe ser baja y no puede tener un gran impacto en el voltaje o las señales útiles;

· Para líneas eléctricas, se debe considerar el voltaje y la corriente nominales para cumplir con los requisitos de trabajo;

· La banda de frecuencia de interferencia de modo común se determina mediante pruebas y la impedancia de modo común debe ser alta en esta banda de frecuencia;

· La impedancia del modo diferencial debe ser pequeña, lo que no puede tener un gran impacto en la calidad de la señal diferencial;

Considere el tamaño del paquete, haga un diseño de compatibilidad. Por ejemplo, los inductores de modo común para señales USB se pueden seleccionar para que sean compatibles con dos resistencias 0402, y cuando no se requieren inductores de modo común, las resistencias 0402 se pueden soldar directamente para reducir costos.

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