Что такое силовой индуктор?
Силовой индуктор — элемент катушки, используемый в силовой цепи среди индукторов.
Их также называют силовыми дросселями. Существует три основных типа конструкции: обмотки, сформированные по технологии ламинирования, обмотки на стержневом сердечнике и обмотки на барабанном сердечнике.
Индукторы, в том числе силовые индукторы, обладают свойством пропускать постоянный ток, но препятствовать прохождению переменного тока. Это свойство используется для устранения высокочастотного шума в цепях преобразования напряжения.
Импеданс — это мера сопротивления прохождению переменного тока, и следующая формула для импеданса катушки индуктивности легко объясняет это свойство.
Импеданс катушки индуктивности [Ω]ZL=jωL
(L: индуктивность [Гн] ω: угловая частота [рад/с])
Применение силовых индукторов
Силовые индукторы используются в широком спектре областей, таких как бытовая техника, коммуникационное оборудование и транспортное оборудование для стабилизации напряжения питания силовых цепей. Примерами являются смартфоны и автомобили.
Управление напряжением источника постоянного тока очень важно для любого электронного устройства. Причина в том, что электронные устройства имеют диапазон напряжений питания, которые могут гарантировать нормальную работу, а возможность подачи надлежащего напряжения на каждый компонент влияет на стабильную работу схемы и срок службы оборудования.
DC-DC преобразователь — это схема, которая преобразует напряжение, а подача стабильного напряжения зависит от производительности силового индуктора. Существует два типа схем преобразователя: понижающий тип, который понижает напряжение, и повышающий тип, который повышает напряжение. Оба типа содержат коммутационные элементы, диоды и силовые индукторы в качестве компонентов.
Принцип силового индуктора
Когда переменный ток протекает через индуктор, электромагнитная индукция генерирует индуцированную электродвижущую силу, пропорциональную скорости изменения тока во времени.
Индуцированная электродвижущая сила [В]e = -L* (dI/dt)
(L: индуктивность [Гн] I: ток [А] t: время [сек])
Поскольку направление индуцированной электродвижущей силы является направлением, которое противодействует первоначальному изменению магнитного потока (закон Ленца), оно отмечено знаком минус, чтобы явно это указать. Индуцированная электродвижущая сила генерируется в направлении, которое отменяет изменение тока, затрудняя протекание переменного тока.
Константа пропорциональности, участвующая в индуцированной электродвижущей силе, — это индуктивность (единица: Генри [Гн]). Она выражается как способность преобразовывать электрическую энергию в магнитную.
Для увеличения индуктивности существует несколько методов, таких как «увеличение площади поперечного сечения катушки», «увеличение числа витков» и «добавление сердечника для увеличения магнитной проницаемости». Для использования в преобразователях индуктивность определяется в соответствии с частотой переключения.
По сравнению с индукторами для других применений, силовые индукторы характеризуются большими внешними размерами и большей индуктивностью и разработаны так, чтобы иметь характеристики, более подходящие для стабильной подачи постоянного напряжения.
Как выбрать силовой индуктор
При выборе силового индуктора сначала рассмотрите значение индуктивности и допустимый ток, протекающий через индуктор. В дополнение к этим факторам, форма и частотные характеристики индуктивности также должны быть приняты во внимание для определения оптимального компонента. Решение основывается на том, какой КПД, выходные характеристики и помехоустойчивость требуются для DC-DC-преобразователя, который будет спроектирован.
Для силовых индукторов указаны допустимый постоянный ток наложения и допустимый ток повышения температуры.
Для индукторов:
- Чем больше постоянный ток, протекающий через индуктор, тем ниже индуктивность.
- По мере увеличения тока увеличивается джоулево тепло из-за сопротивления обмотки.
Поэтому важно не только значение индуктивности, но и допустимый ток. Производители выпускают широкий спектр индукторов для широкого спектра применений. Например, компонент с большой индуктивностью имеет высокую эффективность из-за низких потерь постоянного тока, но есть компромисс в том, что внешние размеры компонента больше и выделяется больше тепла. Эти моменты также требуют пристального внимания.
В идеале значение напряжения источника постоянного тока каждой проектируемой группы цепей должно поддерживаться на постоянном уровне в любое время, но в реальности это редко возможно. Однако важно выбирать устройства с отличными характеристиками, чтобы предотвратить проблемы еще до их возникновения.