In elektronischen Schaltkreisen gibt es drei Arten von passiven Komponenten: Widerstände, Kondensatoren und Induktoren, unter denen Induktoren im Prinzip die eigentümlichsten sein können.Das Phänomen der Induktivität wurde von Michael Faraday und Joseph Henry in den 1830er Jahren entdeckt.: Faraday entdeckte, dass ein sich veränderndes Magnetfeld Strom induzieren kann; Henry studierte unabhängig das Phänomen der "Selbstinduktion",die sich auf die Induktion von Strom in einen Leiter innerhalb sich selbst bezieht.
Bevor die Menschen die Elektromagnetik vollständig verstanden hatten, war es ein Rätsel, dass das Einwickeln eines Drahtes in eine Spule seine elektrischen Eigenschaften verändern konnte.Die Leute, die selbst bauen möchten, benutzen eine Magnetstange oder eine Pappe, die nur wenige Zentimeter lang ist, mit Dutzenden von Drehungen von Draht zu tuning-Spule Induktoren zu machen, um Transistor-Radios zu montieren.
Das schematische Symbol eines Induktors basiert auf seinem physikalischen Erscheinungsbild (Abbildung 1). Zu den Induktortypen gehören Hohl, Eisenkern und Variable.
Abbildung 1: Induktoren (rechte Abbildung) wurden ursprünglich aus Drähten gebildet, die um ein hohles Rohr oder einen Eisenkern gewickelt wurden. Die entsprechenden Prinzipsymbole sind in der Abbildung (linke Abbildung) dargestellt (Bildquelle:Hackatronic. com)
Die Induktivität ist ein Merkmal eines Leiters, und aufgrund der Wirkung seines Magnetfeldes ändert sich der durch den Leitern hindurch fließende Strom häufig.Induktoren werden manchmal als Würger bezeichnet, weil sie Änderungen des Stroms "würgen" können.Die Beziehung zwischen Induktivität (L) und der Veränderungsrate von Spannung (V) und Strom (I) kann durch eine einfache Gleichung ausgedrückt werden: V=L (dI/dt).
Obwohl Wunde-Spule-Induktoren immer noch weit verbreitet sind, sind sie heute nicht mehr für viele Schaltungen geeignet.unerwünschte parasitäre Wirkungen aufweisen, haben einen hohen Gleichspannungswiderstand (DCR) und zeigen bei höheren Frequenzen eine Leistungsabnahme.fertige Wundinduktoren für Funkfrequenzanwendungen mit Abmessungen von weniger als 1 Quadratmillimeter (mm2) sind jetzt erhältlich.
Moderne Induktoren für Leistungsumwandler
Obwohl Induktoren erhebliche Fortschritte gemacht haben, haben selbst verbesserte Spuleninduktoren für moderne Schaltungen Leistungs- und Größenmängel.Moderne Leistungsinduktoren sind präzise Bauteile, die sorgfältig modelliert wurden, mit vollständig definierten Kernparametern und sekundären Parametern, und deren Eigenschaften entsprechend unterschiedlichen Anwendungsprioritäten optimiert.
Darüber hinaus haben die Lieferanten neue Materialien entwickelt, um den Bedürfnissen verschiedener Schaltnetzteiltopologien gerecht zu werden, wie beispielsweise Einzelseitig-Primär-Induktor-Wandler (SEPIC),Ć uk-Wandler (benannt nach ihrem Erfinder Slobodan Ć uk), und verschiedene Buck Boost Konfigurationen.
Die meisten dieser Induktoren verwenden fortschrittliche Ferrit- und Pulvermaterialien, und ihre Eigenschaften wurden sorgfältig abgestimmt.Diese Induktoren haben extrem niedrige DCR (bedeutend verbessert die Induktivität Q-Wert - der Standardwert für die Messung der Induktivitätsleistung) und glatt Induktivitätsroll-offLetztere bezieht sich auf den Grad, in dem der tatsächliche Induktivitätswert durch die Sättigung des magnetischen Kerns mit zunehmendem Gleichstrom abnimmt oder "abrollt".ähnlich dem Frequenzreaktionsrollen eines Filters.
Induktoren, die in Stromversorgungen verwendet werden, müssen in der Regel auch eine relativ hohe Nennstromverarbeitungskapazität haben, typischerweise in den Zehntausenden von Ampere.aber durch mehrere Werte wie Wurzel mittlerer Quadratstrom (Irms), Spitzenstrom (Ipeak) und Sättigungsstrom (Isat).Die vom Hersteller bereitgestellten Induktoren haben unterschiedliche Nennstromkombinationen und andere Parameterreferenzen auf oberster Ebene, um die Prioritätsanforderungen verschiedener Topologiestrukturen zu erfüllen.
Der Hersteller hat außerdem fortschrittliche Materialien und Oberflächenbefestigungstechnik (SMT) entwickelt (Abbildung 2), die der damit verbundenen Hitze standhalten, ohne dabei die Leistung oder Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.Schutztyp hilft bei empfindlichen Anwendungen, Probleme mit Funkfrequenzstörungen (RFI) zu minimieren.
Abbildung 2: Hochleistungs-SMT-Induktoren können nun verschiedene überraschend kleine Größen liefern, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. (Bildquelle: Eaton)
Die HCM/HPAL geformte Induktorreihe von Eaton Electronics Division spiegelt den Fortschritt und die Differenzierung dieser konverteroptimierten Induktoren wider.mit einem Durchmesser von nicht mehr als 20 mm,Sie sind mit einer hohen Stromstärke und einem niedrigen EMI ausgestattet.
Die Geräte der HCM- und HPAL-Serie sind in verschiedenen Größen erhältlich, aber ihre Volumina sind relativ gering.
Um Zuverlässigkeit und Robustheit zu gewährleisten, beträgt die Nennbetriebstemperatur von HCM/HPAL-Geräten -55 bis 125 °C (Umgebungstemperatur zuzüglich Temperaturanstieg);und sie enthalten Rosthemmer, die helfen, Oberflächenrost durch feuchte Umgebungen zu verhindern (MSL-Stufe 1).
Die HCM-Serie verwendet fortschrittliches gepresstes Eisenpulver mit hervorragender Isat-Leistung, die in zwei repräsentativen Geräten, HCM0503V2-R68-R und HCM0503V2-4R7-R, zu sehen ist.HCM0503V2-R68-R ist ein 680-Nanohenzell (nH), 8 Milliohm (m Ω) DCR-Schirmlos-Induktor mit einer Betriebsfrequenz von bis zu 1 Megahertz (MHz).mit einem Nennstrom von 10 Ampere (A) (Irms)/12 Ampere (Isat). HCM0503V2-4R7-R verwendet die gleiche Verpackungsgröße, ist aber für Situationen geeignet, die eine höhere Induktivität erfordern. Es handelt sich um ein 4,7 μ H, 47 m Ω ungeschütztes Gerät mit einem Nennstrom von 4,1 A (Irms) /6 A (Isat).
Im Gegensatz dazu verwenden HPAL-Induktoren Legierungspulver, um niedrigere DCR und höhere Irms zu erreichen und gleichzeitig niedrigere Kernverluste zu erhalten.und der Strom ist von 4.5 A bis 40 A. Es verfügt über eine elektromagnetische Abschirmungsfunktion (EMI), die in bestimmten Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.1 m Ω Induktor bei 18 A (Irms) und 20 A (Isat)) und HPAL1V0630-8R2-R (ein 8.2 μ H, 55 m Ω Induktor mit 5 A (Irms) und 5,5 A (Isat)).
Die Grafik in Abbildung 3 zeigt die Roll-off-Beziehung zwischen der Nenninduktivität, dem Gleichstrom und der Temperatur des HPAL1V0630-8R2-R-Induktors.