Jak dobrać cewki indukcyjne?

Po pierwsze, podstawowa zasada indukcyjności

Cewki indukcyjnewraz z kondensatorami i rezystorami to trzy podstawowe urządzenia pasywne w elektronice. Funkcja cewek indukcyjnych polega na magazynowaniu energii elektrycznej w postaci energii pola magnetycznego.

Biorąc za przykład cewkę cylindryczną, krótko przedstawimy podstawową zasadę indukcyjności.

Jak pokazano na powyższym rysunku, gdy przez cewkę przepływa prąd stały, we wskazanym kierunku powstaje statyczne pole magnetyczne, zgodnie z zasadą prawej helisy. Cewka indukcyjna przepływa przez prąd przemienny, generowane pole magnetyczne jest przemiennym polem magnetycznym, zmienne pole magnetyczne generuje pole elektryczne, a indukcyjna siła elektromotoryczna działająca na cewkę generuje prąd indukowany:

· Gdy prąd wzrasta, pole magnetyczne staje się silniejsze, a kierunek zmian pola magnetycznego jest taki sam, jak pierwotnego pola magnetycznego. Zgodnie z zasadą lewej spirali, generowany prąd indukowany ma kierunek przeciwny do prądu pierwotnego, a prąd indukcyjności maleje;

· Kiedy zmienia się prąd, pole magnetyczne słabnie, a kierunek pola magnetycznego zmienia się w kierunku przeciwnym do kierunku pierwotnego pola magnetycznego. Zgodnie z zasadą lewej spirali, generowany prąd indukowany ma ten sam kierunek, co prąd pierwotny, a prąd cewki indukcyjnej staje się większy.

Jest to prawo Lenza, a efektem końcowym jest to, że cewka indukcyjna zapobiegnie zmianie przepływającego przez nią prądu, to znaczy cewka ma dużą rezystancję dla prądu przemiennego. Dla tej samej indukcyjności, im większa szybkość zmiany prądu, tym większy prąd indukowany i tym wyższa impedancja indukcyjności; Jeśli ta sama szybkość zmiany prądu, różne cewki indukcyjne, jeśli wygenerowany prąd indukowany jest większy, wówczas cewka indukcyjna ma wyższą impedancję.

Można zauważyć, że wielkość indukcyjności jest powiązana z wielkością cewki i materiałem rdzenia wewnętrznego.

Charakterystyka rzeczywistej indukcyjności to nie tylko rola indukcyjności, ale także innych czynników, takich jak:

· Drut nawinięty na cewkę nie jest idealnym przewodnikiem i występuje pewien opór;

· Rdzeń magnetyczny o indukcyjności charakteryzuje się pewną stratą ciepła;

· Pomiędzy przewodnikami wewnątrz cewki występuje rozproszona pojemność.

Dlatego konieczne jest zastosowanie bardziej złożonego modelu do przedstawienia rzeczywistej indukcyjności, a powszechnie stosowany model równoważny wygląda następująco:

Równoważna forma modelu może być inna, ale powinna być w stanie odzwierciedlić stratę i rozproszoną pojemność. Zgodnie z modelem równoważnym można zdefiniować dwa istotne parametry indukcyjności rzeczywistej.

Częstotliwość rezonansu własnego

Ze względu na istnienie Cp, wraz z L tworzy się obwód rezonansowy, którego częstotliwość rezonansowa jest częstotliwością rezonansową cewki indukcyjnej. Przed częstotliwością rezonansową impedancja cewki indukcyjnej wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości. Po częstotliwości rezonansowej własnej impedancja cewki indukcyjnej maleje wraz ze wzrostem częstotliwości i prezentowana jest pojemność.

Współczynnik jakości

Oznacza to, że wartość Q cewki indukcyjnej, stosunek zgromadzonej mocy indukcyjnej do mocy strat, im wyższa wartość Q, tym mniejsze straty cewki indukcyjnej, a impedancja prądu stałego cewki jest bezpośrednio powiązana z parametrem . Częstotliwość rezonansowa i wartość Q są kluczowymi parametrami cewek wysokiej częstotliwości

Po drugie, struktura procesu indukcyjności

Proces indukcyjności można z grubsza podzielić na 3 rodzaje:

2.1 Typ uzwojenia drutem (typ uzwojenia drutem)

Jak sama nazwa wskazuje, drut miedziany jest nawinięty wokół rdzenia magnetycznego, tworząc cewkę. Istnieją dwa sposoby nawijania drutu:

Okrągła rana

Uzwojenie cylindryczne jest powszechne i ma szeroki zakres zastosowań, takich jak:

Płaska rana

Zaleta uzwojenia płaskiego jest oczywista, to znaczy wysokość urządzenia jest zmniejszona. Z poprzedniego wzoru widać, że im większa przepuszczalność rdzenia magnetycznego, tym większa jest wartość indukcyjności, a rdzeń magnetyczny może być

· Materiały niemagnetyczne: takie jak rdzeń powietrzny, rdzeń ceramiczny, wydaje się, że nie można tego nazwać rdzeniem magnetycznym; Ta wartość indukcyjności jest niewielka, ale w zasadzie nie ma prądu nasycenia

· Materiały ferromagnetyczne: takie jak ferryt, stop Permo itp.; Przepuszczalność stopu jest wyższa niż ferrytu. Materiał ferromagnetyczny charakteryzuje się zjawiskiem nasycenia magnetycznego i prądem nasycenia.

Indukcyjność uzwojenia może zapewnić wysoki prąd i wysoką indukcyjność. Im większa przepuszczalność rdzenia magnetycznego, ta sama wartość wykrywania, mniej uzwojenia, mniej uzwojenia może zmniejszyć rezystancję prądu stałego; Ten sam rozmiar, można nawinąć mniej uzwojeń, poprawić prąd.

Ponadto przy projektowaniu zasilacza często spotyka się problem wycia indukcyjności, istota jest taka, że ​​zmiana pola magnetycznego powoduje powstanie przewodnika, czyli drgań cewki, częstotliwość wibracji jest właśnie w audio zasięg, ludzkie ucho słyszy, zintegrowana indukcyjność formowania stopu, mocniejsza, może zmniejszyć wibracje.

2.2 Cewka wielowarstwowa (typ wielowarstwowy)

Proces produkcji wielowarstwowych cewek indukcyjnych: pasta ferrytowa lub ceramiczna jest suszona i formowana, pasta przewodząca jest naprzemiennie drukowana, a zintegrowana struktura jest formowana poprzez laminowanie i spiekanie.

Wielowarstwowa cewka indukcyjna jest mniejsza niż cewka uzwojenia i ma znormalizowaną obudowę, która nadaje się do automatycznego montażu o dużej gęstości. Zintegrowana struktura, wysoka niezawodność, dobra odporność na ciepło.

2.3 Indukcyjność cienkowarstwowa (typ cienkowarstwowy)

Cewki cienkowarstwowe wykorzystują proces podobny do produkcji układów scalonych, warstwa folii przewodzącej jest nakładana na podłoże, a następnie cewka jest formowana w procesie fotolitografii, a na koniec warstwa medium, warstwa izolacyjna i warstwa elektrody są dodawane do opakowania i formy.

Proces produkcji urządzenia cienkowarstwowego pokazano na poniższym rysunku

 

 

Precyzja procesu litografii jest wysoka, co skutkuje węższymi liniami i ostrzejszymi krawędziami. Dlatego cewki cienkowarstwowe mają

· Mniejszy rozmiar, opakowanie 008004

· Mniejszy krok wartości, 0.1nH

· Mniejsza tolerancja, 0.05nH

· Lepsza stabilność częstotliwości

Po trzecie, zastosowanie i dobór cewek indukcyjnych

W projektowaniu obwodów cewki indukcyjne mają trzy główne kategorie zastosowań:

· Indukcyjność mocy: używana głównie do konwersji napięcia, powszechnie używany obwód DCDC do wykorzystania indukcyjności mocy;

Indukcyjność odsprzęgająca: używana głównie do filtrowania szumów w linii energetycznej lub linii sygnałowej, z którą inżynierowie EMC powinni się zapoznać;

· Cewki indukcyjne wysokiej częstotliwości: stosowane głównie w obwodach RF w celu uzyskania polaryzacji, dopasowania, filtrowania i innych obwodów.

3.1 Indukcyjność mocy

Cewki indukcyjne są powszechnie stosowane w obwodach DCDC w celu utrzymania ciągłego prądu poprzez gromadzenie i uwalnianie energii.

Większość cewek mocy to cewki uzwojenia, które mogą poprawić wysoki prąd i wysoką indukcyjność.

Coraz więcej jest również wielowarstwowych cewek indukcyjnych, zwykle wartość indukcyjności i prądu są niskie, zaletą jest to, że koszt jest niski, objętość jest bardzo mała i istnieje więcej zastosowań w produktach o dużych ograniczeniach przestrzennych, takich jak telefony komórkowe .

 

3.2 Cewki odsprzęgające

Cewka odsprzęgająca nazywana jest również dławikiem, co w podręcznikach jest zwykle tłumaczone jako cewka dławikowa. Rolą cewek odsprzęgających jest filtrowanie zakłóceń na linii, która należy do urządzeń EMC, inżynierowie EMC są wykorzystywani głównie do rozwiązywania problemów testowych emisji promieniowania (RE) i emisji przewodzonej (CE) produktów.

Cewki odsprzęgające, zwykle o stosunkowo prostej konstrukcji, przeważnie drut miedziany nawinięty bezpośrednio na pierścień ferrytowy.

Indukcyjność trybu różnicowego

Cewki indukcyjne trybu różnicowego to zwykłe cewki uzwojenia, które służą do odfiltrowywania niektórych zakłóceń w trybie różnicowym, głównie w celu utworzenia filtrów LC z kondensatorami w celu zmniejszenia szumów zasilania.

W przypadku sieci 220 V zakłócenia w trybie różnicowym to zakłócenia pomiędzy fazą L i fazą N. W przypadku POE jest to interferencja pomiędzy POE+ i POE-; W przypadku niskonapięciowego zasilacza prądu stałego na płycie głównej jest to w rzeczywistości hałas zasilacza.

Przy wyborze cewki w trybie różnicowym należy zwrócić uwagę na następujące punkty:

• Rezystancja prądu stałego, napięcie znamionowe i prąd, aby spełnić wymagania robocze;

• Rozmiar konstrukcji dostosowany do wymagań produktu;

• Określ pasmo częstotliwości szumu poprzez testowanie i wybierz cewkę indukcyjną zgodnie z krzywą impedancji cewki;

• Zaprojektuj filtr LC, możesz wykonać proste obliczenia i symulację.

Cewki indukcyjne typu wspólnego

Induktor trybu wspólnego polega na nawinięciu dwóch cewek o tej samej liczbie zwojów i przeciwnych kierunkach na tym samym pierścieniu ferrytowym.

 

Cewki indukcyjne trybu wspólnego, jak pokazano powyżej:

· Gdy przez cewkę indukcyjną przepływa element wspólny, w obu cewkach powstanie pole magnetyczne o tym samym kierunku, zgodnie z zasadą prawoskrętnej, co jest równoważne wysokiej indukcyjności sygnału wspólnego ;

· Gdy składnik trybu różnicowego przepływa przez cewkę trybu wspólnego, zgodnie z regułą prawej ręki, w obu cewkach utworzą się pola magnetyczne o przeciwnych kierunkach i znoszą się wzajemnie, co jest równoważne niskiej reaktancji indukcyjnej na sygnał trybu różnicowego .

Inny sposób zrozumienia: kiedy V+ przepływa przez częstotliwość zakłóceń w trybie wspólnym, utworzone zmienne pole magnetyczne utworzy prąd indukowany na drugiej cewce, zgodnie z regułą lewej ręki, kierunek indukowanego prądu jest przeciwny do kierunku zakłócenia trybu wspólnego na V-, które eliminują część zakłóceń trybu wspólnego.

Cewki indukcyjne typu wspólnego są stosowane głównie w systemach dwuprzewodowych lub różnicowych, takich jak sieć 220 V, magistrala CAN, sygnał USB, sygnał HDMI i tak dalej. Służy do filtrowania zakłóceń w trybie wspólnym, a użyteczne tłumienie sygnału różnicowego jest niewielkie.

Przy wyborze cewki w trybie wspólnym należy zwrócić uwagę na następujące punkty:

· Impedancja prądu stałego powinna być niska i nie może mieć dużego wpływu na napięcie lub użyteczne sygnały;

· W przypadku linii energetycznych należy uwzględnić napięcie i prąd znamionowy, aby spełnić wymagania robocze;

· Pasmo częstotliwości zakłóceń w trybie wspólnym jest określane w drodze testów, a impedancja w trybie wspólnym powinna być wysoka w tym paśmie częstotliwości;

· Impedancja trybu różnicowego powinna być mała, co nie może mieć dużego wpływu na jakość sygnału różnicowego;

Rozważ rozmiar opakowania, zaprojektuj kompatybilność. Na przykład cewki indukcyjne trybu wspólnego dla sygnałów USB można wybrać tak, aby były kompatybilne z dwoma rezystorami 0402, a gdy cewki indukcyjne trybu wspólnego nie są wymagane, rezystory 0402 można bezpośrednio spawać, aby obniżyć koszty.

Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z nami pod adresemsales@xfullstar.com