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Die Induktivitäten in DC/DC-Wandleranwendungen für Kraftfahrzeuge müssen sorgfältig ausgewählt werden, um die richtige Kombination aus Kosten, Qualität und elektrischer Leistung zu erreichen. In diesem Artikel gibt Field Application Engineer Smail Haddadi Anleitungen zur Berechnung der erforderlichen Spezifikationen und zu den Handelsbedingungen. Offs können gemacht werden.
In der Automobilelektronik gibt es etwa 80 verschiedene elektronische Anwendungen, und jede Anwendung erfordert eine eigene stabile Stromschiene, die aus der Batteriespannung abgeleitet wird. Dies kann durch einen großen, verlustbehafteten „linearen“ Regler erreicht werden, aber eine effektive Methode ist die Verwendung B. einen „Buck“- oder „Buck-Boost“-Schaltregler, denn damit lassen sich Wirkungsgrade und Wirkungsgrade von über 90 % erreichen.Kompaktheit. Dieser Schaltreglertyp erfordert eine Induktivität.Die Auswahl der richtigen Komponente kann manchmal etwas mysteriös erscheinen, da die erforderlichen Berechnungen ihren Ursprung in der Magnettheorie des 19. Jahrhunderts haben. Designer möchten eine Gleichung sehen, in die sie ihre Leistungsparameter „einstecken“ können und so die „richtigen“ Induktivitäts- und Stromwerte erhalten dass sie einfach aus dem Teilekatalog auswählen können. Allerdings ist die Sache nicht so einfach: Es müssen einige Annahmen getroffen, Vor- und Nachteile abgewogen werden, und es sind in der Regel mehrere Designiterationen erforderlich. Trotzdem sind perfekte Teile möglicherweise nicht als Standards verfügbar und müssen neu gestaltet werden, um zu sehen, wie handelsübliche Induktoren passen.
Betrachten wir einen Abwärtsregler (Abbildung 1), bei dem Vin die Batteriespannung, Vout die Prozessorstromschiene mit niedrigerer Spannung und SW1 und SW2 abwechselnd ein- und ausgeschaltet sind. Die einfache Übertragungsfunktionsgleichung lautet Vout = Vin.Ton/ (Ton + Toff), wobei Ton der Wert ist, wenn SW1 geschlossen ist, und Toff der Wert ist, wenn SW1 geöffnet ist. In dieser Gleichung gibt es keine Induktivität. Was macht sie also? Vereinfacht ausgedrückt muss der Induktor genügend Energie speichern, wenn SW1 wird eingeschaltet, damit er seine Leistung auch im ausgeschalteten Zustand aufrechterhalten kann. Es ist möglich, die gespeicherte Energie zu berechnen und mit der erforderlichen Energie gleichzusetzen, aber es gibt tatsächlich noch andere Dinge, die zuerst berücksichtigt werden müssen. Das abwechselnde Schalten von SW1 und SW2 bewirkt, dass der Strom in der Induktivität ansteigt und abfällt, wodurch ein dreieckiger „Welligkeitsstrom“ auf dem durchschnittlichen Gleichstromwert entsteht. Dann fließt der Welligkeitsstrom in C1, und wenn SW1 geschlossen ist, gibt C1 ihn frei. Der Strom durch den Der ESR des Kondensators erzeugt eine Welligkeit der Ausgangsspannung. Wenn dies ein kritischer Parameter ist und der Kondensator und sein ESR durch Größe oder Kosten festgelegt sind, kann dies den Welligkeitsstrom und den Induktivitätswert festlegen.
Normalerweise bietet die Wahl der Kondensatoren Flexibilität. Das bedeutet, dass bei einem niedrigen ESR der Welligkeitsstrom hoch sein kann. Allerdings verursacht dies seine eigenen Probleme. Wenn beispielsweise das „Tal“ der Welligkeit bei bestimmten leichten Lasten Null ist, und SW2 eine Diode ist, unter normalen Umständen wird sie während eines Teils des Zyklus aufhören zu leiten und der Wandler wechselt in den Modus „diskontinuierliche Leitung“. In diesem Modus ändert sich die Übertragungsfunktion und es wird schwieriger, das Beste zu erreichen stationärer Zustand. Moderne Abwärtswandler verwenden normalerweise eine Synchrongleichrichtung, bei der SW2 MOSEFT ist und beim Einschalten Drainstrom in beide Richtungen leiten kann. Dies bedeutet, dass die Induktivität negativ schwingen und eine kontinuierliche Leitung aufrechterhalten kann (Abbildung 2).
In diesem Fall kann zugelassen werden, dass der Spitze-zu-Spitze-Welligkeitsstrom ΔI höher ist, was durch den Induktivitätswert entsprechend festgelegt wird. ΔI = ET/LE ist die während der Zeit T angelegte Induktorspannung. Dabei ist E die Ausgangsspannung ist es am einfachsten zu überlegen, was zum Ausschaltzeitpunkt Toff von SW1 passiert. ΔI ist zu diesem Zeitpunkt am größten, da Toff bei der höchsten Eingangsspannung der Übertragungsfunktion am größten ist. Beispiel: Für eine maximale Batteriespannung von 18 V, ein Ausgang von 3,3 V, eine Spitze-zu-Spitze-Welligkeit von 1 A und eine Schaltfrequenz von 500 kHz, L = 5,4 µH. Dies setzt voraus, dass es keinen Spannungsabfall zwischen SW1 und SW2 gibt. Der Laststrom ist nicht vorhanden in dieser Berechnung berechnet.
Eine kurze Suche im Katalog kann mehrere Teile ergeben, deren Stromstärke mit der erforderlichen Last übereinstimmt. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass der Welligkeitsstrom dem Gleichstromwert überlagert ist, was bedeutet, dass im obigen Beispiel der Induktorstrom tatsächlich seinen Höhepunkt erreicht bei 0,5 A über dem Laststrom. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Strom eines Induktors zu bewerten: als thermische Sättigungsgrenze oder als magnetische Sättigungsgrenze. Thermisch begrenzte Induktoren sind normalerweise für einen bestimmten Temperaturanstieg, normalerweise 40 °C, ausgelegt und können dies auch sein Sie können bei höheren Strömen betrieben werden, wenn sie gekühlt werden können. Eine Sättigung muss bei Spitzenströmen vermieden werden, und die Grenze nimmt mit der Temperatur ab. Es ist notwendig, die Kurve des Induktivitätsdatenblatts sorgfältig zu prüfen, um zu prüfen, ob sie durch Wärme oder Sättigung begrenzt wird.
Auch der Induktivitätsverlust ist ein wichtiger Gesichtspunkt. Der Verlust ist hauptsächlich ein ohmscher Verlust, der berechnet werden kann, wenn der Welligkeitsstrom niedrig ist. Bei hohen Welligkeitspegeln beginnen Kernverluste zu dominieren, und diese Verluste hängen auch von der Form der Wellenform ab Frequenz und Temperatur, sodass eine Vorhersage schwierig ist. Tatsächliche Tests, die am Prototyp durchgeführt wurden, da dies möglicherweise darauf hindeutet, dass ein geringerer Welligkeitsstrom für den besten Gesamtwirkungsgrad erforderlich ist. Dies erfordert mehr Induktivität und möglicherweise einen höheren Gleichstromwiderstand – dies ist eine Iteration Verfahren.
Die leistungsstarke HA66-Serie von TT Electronics ist ein guter Ausgangspunkt (Abbildung 3). Ihr Sortiment umfasst einen 5,3-µH-Teil, einen Nennsättigungsstrom von 2,5 A, eine zulässige Last von 2 A und eine Welligkeit von +/- 0,5 A. Diese Teile sind ideal für Automobilanwendungen und haben die AECQ-200-Zertifizierung von einem Unternehmen mit einem TS-16949-zertifizierten Qualitätssystem erhalten.
Diese Informationen stammen aus von TT Electronics plc bereitgestellten Materialien und wurden überprüft und angepasst.
TT Electronics Co., Ltd. (29. Oktober 2019).Leistungsinduktivitäten für DC-DC-Anwendungen in der Automobilindustrie.AZoM.Abgerufen von https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140 am 27. Dezember 2021.
TT Electronics Co., Ltd. „Leistungsinduktivitäten für DC-DC-Anwendungen im Automobilbereich“.AZoM.27. Dezember 2021.
TT Electronics Co., Ltd. „Leistungsinduktivitäten für DC-DC-Anwendungen im Automobilbereich“.AZoM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.(Zugriff am 27. Dezember 2021).
TT Electronics Co., Ltd. 2019. Leistungsinduktivitäten für DC-DC-Anwendungen in der Automobilindustrie.AZoM, angezeigt am 27. Dezember 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.
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