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Gli induttori nelle applicazioni di convertitori DC-DC automobilistici devono essere selezionati con attenzione per ottenere la giusta combinazione di costo, qualità e prestazioni elettriche. In questo articolo, l'ingegnere delle applicazioni sul campo Smail Haddadi fornisce indicazioni su come calcolare le specifiche richieste e cosa scambiare è possibile effettuare delle disattivazioni.
Esistono circa 80 diverse applicazioni elettroniche nell'elettronica automobilistica e ciascuna applicazione richiede la propria linea di alimentazione stabile, derivata dalla tensione della batteria. Ciò può essere ottenuto con un regolatore "lineare" di grandi dimensioni e con perdite, ma un metodo efficace consiste nell'utilizzare un regolatore di commutazione "buck" o "buck-boost", perché può raggiungere un'efficienza e un'efficienza superiori al 90%.Compattezza.Questo tipo di regolatore di commutazione richiede un induttore.La scelta del componente corretto a volte può sembrare un po' misteriosa, perché i calcoli richiesti hanno origine nella teoria magnetica del 19° secolo. I progettisti vogliono vedere un'equazione in cui possano "collegare" i parametri prestazionali e ottenere l'induttanza e i valori di corrente "corretti" in modo che possono semplicemente scegliere dal catalogo delle parti. Tuttavia, le cose non sono così semplici: è necessario fare alcune ipotesi, valutare i pro e i contro e di solito sono necessarie più iterazioni di progettazione. Anche così, le parti perfette potrebbero non essere disponibili come standard e devono essere riprogettati per vedere come si adattano gli induttori standard.
Consideriamo un regolatore buck (Figura 1), dove Vin è la tensione della batteria, Vout è la linea di alimentazione del processore a tensione inferiore e SW1 e SW2 vengono accesi e spenti alternativamente. La semplice equazione della funzione di trasferimento è Vout = Vin.Ton/ (Ton + Toff) dove Ton è il valore quando SW1 è chiuso e Toff è il valore quando è aperto. Non c'è induttanza in questa equazione, quindi cosa fa? In termini semplici, l'induttore deve immagazzinare energia sufficiente quando SW1 è acceso per consentirgli di mantenere l'uscita quando è spento. È possibile calcolare l'energia immagazzinata ed equipararla all'energia richiesta, ma in realtà ci sono altre cose che devono essere considerate prima. La commutazione alternata di SW1 e SW2 fa sì che la corrente nell'induttore aumenti e diminuisca, formando così una "corrente di ondulazione" triangolare sul valore DC medio. Quindi, la corrente di ondulazione fluisce in C1 e quando SW1 è chiuso, C1 la rilascia. La corrente attraverso l'induttore L'ESR del condensatore produrrà un'ondulazione della tensione di uscita. Se questo è un parametro critico e il condensatore e la sua ESR sono fissati in base alle dimensioni o al costo, ciò potrebbe impostare il valore della corrente di ondulazione e dell'induttanza.
Di solito la scelta dei condensatori offre flessibilità. Ciò significa che se la ESR è bassa, la corrente di ripple può essere elevata. Tuttavia, ciò causa i suoi problemi. Ad esempio, se la "valle" dell'ondulazione è pari a zero sotto determinati carichi leggeri, e SW2 è un diodo, in circostanze normali smetterà di condurre durante una parte del ciclo e il convertitore entrerà nella modalità di "conduzione discontinua". In questa modalità, la funzione di trasferimento cambierà e diventa più difficile ottenere la migliore stato stazionario. I moderni convertitori buck di solito utilizzano la rettifica sincrona, dove SW2 è MOSEFT e può condurre la corrente di drenaggio in entrambe le direzioni quando è acceso. Ciò significa che l'induttore può oscillare negativamente e mantenere una conduzione continua (Figura 2).
In questo caso, è possibile consentire che la corrente di ripple picco-picco ΔI sia maggiore, impostata dal valore di induttanza in base a ΔI = ET/LE è la tensione dell'induttore applicata durante il tempo T. Quando E è la tensione di uscita , è più semplice considerare cosa accade al momento di spegnimento Toff di SW1.ΔI è il più grande a questo punto perché Toff è il più grande alla tensione di ingresso più alta della funzione di trasferimento. Ad esempio: per una tensione massima della batteria di 18 V, un'uscita di 3,3 V, un'ondulazione picco-picco di 1 A e una frequenza di commutazione di 500 kHz, L = 5,4 µH. Ciò presuppone che non vi sia caduta di tensione tra SW1 e SW2. La corrente di carico non è calcolato in questo calcolo.
Una breve ricerca nel catalogo può rivelare più parti i cui valori di corrente corrispondono al carico richiesto. Tuttavia, è importante ricordare che la corrente di ondulazione è sovrapposta al valore CC, il che significa che nell'esempio precedente, la corrente dell'induttore raggiungerà effettivamente il picco a 0,5 A sopra la corrente di carico. Esistono diversi modi per valutare la corrente di un induttore: come limite di saturazione termica o limite di saturazione magnetica. Gli induttori termicamente limitati sono generalmente classificati per un dato aumento di temperatura, solitamente 40 oC, e possono essere funzionano a correnti più elevate se possono essere raffreddati. La saturazione deve essere evitata alle correnti di picco e il limite diminuirà con la temperatura. È necessario controllare attentamente la curva della scheda tecnica dell'induttanza per verificare se è limitata dal calore o dalla saturazione.
Anche la perdita di induttanza è una considerazione importante. La perdita è principalmente una perdita ohmica, che può essere calcolata quando la corrente di ripple è bassa. A livelli di ripple elevati, le perdite del nucleo iniziano a prevalere e queste perdite dipendono dalla forma della forma d'onda così come dalla frequenza e temperatura, quindi è difficile prevederlo. Test effettivi eseguiti sul prototipo, poiché ciò potrebbe indicare che è necessaria una corrente di ripple inferiore per la migliore efficienza complessiva. Ciò richiederà più induttanza e forse una maggiore resistenza CC: questa è un'iterazione processi.
La serie HA66 ad alte prestazioni di TT Electronics è un buon punto di partenza (Figura 3). La sua gamma comprende una parte da 5,3 µH, una corrente di saturazione nominale di 2,5 A, un carico consentito di 2 A e un'ondulazione di +/- 0,5 A. Queste parti sono ideali per applicazioni automobilistiche e hanno ottenuto la certificazione AECQ-200 da un'azienda con un sistema di qualità approvato TS-16949.
Queste informazioni derivano dai materiali forniti da TT Electronics plc e sono state riviste e adattate.
TT Electronics Co., Ltd. (29 ottobre 2019). Induttori di potenza per applicazioni DC-DC automobilistiche.AZoM. Estratto da https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140 il 27 dicembre 2021.
TT Electronics Co., Ltd. "Induttori di potenza per applicazioni DC-DC automobilistiche".AZoM.27 dicembre 2021..
TT Electronics Co., Ltd. "Induttori di potenza per applicazioni CC-CC automobilistiche".AZoM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.(Accesso il 27 dicembre 2021).
TT Electronics Co., Ltd. 2019. Induttori di potenza per applicazioni DC-DC automobilistiche.AZoM, visualizzato il 27 dicembre 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.
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