Majhne in močne.
Rutronik GmbH
Avtor: Ralf Hickl, vodja prodaje izdelkov ABU pri podjetju Rutronik
2021-297-37
Novi stikalni tranzistorji, na primer na osnovi galijevega nitrida (GaN), povečujejo delovne frekvence stikalnih napajalnikov. To omogoča uporabo manjših kondenzatorjev in tuljav. Tuljave z visokotehnološkimi materiali v jedrih dodatno prispevajo k visokemu skupnemu izkoristku vezja.
Sodobna integrirana vezja in stikalni tranzistorji za stikalne napajalnike omogočajo z bolj strmimi preklopi vedno večje stikalne frekvence ob še vedno majhnih stikalnih izgubah. Večja stikalna frekvenca omogoča uporabo kondenzatorje z manjšimi kapacitivnostmi in tuljav z manjšimi induktivnostmi. Manjše vrednosti komponent pomenijo tudi manjšo fizično velikost. To pomeni: manj potrebnega prostora, manjša teža in manjši stroški za celotno vezje, hkrati pa se poveča gostota moči. Vse to prispeva tudi k zmanjšanju ogljičnega odtisa vozila.
Za doseganje dobrega izkoristka pa morajo kljub miniaturizaciji majhni ostati tudi parazitni učinki. Pri tuljavah sta to zlasti enosmerna upornost (DCR) in delovna upornost, s katero v nadomestnem vezju predstavimo izgube jedra. Primer odličnih električnih lastnosti je serija miniaturnih tuljav IHLP podjetja Vishay®.
Material jedra za nizke izgube zaradi vrtinčnih tokov
IHLP je kratica za angleški izraz »Inductor, High current, Low Profile« (tuljava za visoke tokove z nizkim profilom). Jedro tukaj ni feritno, ampak stisnjen kompozitni material, ki ga sestavljata mehkomagnetni železov prah in vezivo iz epoksidne smole. Železov prah pri tem določa magnetne lastnosti. Kompozitni material ni dober električni prevodnik, saj so delci železovega prahu med seboj izolirani, tako da so izgube zaradi vrtinčnih tokov majhne.
Boljša kakovost z boljšo elektromagnetno združljivostjo …
Pri izdelavi komponente se lakirana bakrena tuljava kontaktira na žični okvir, v kalupu stiskalnice zalije z zmesjo prahu in nato stisne v končno obliko s tlakom do 2,8 t/cm². Tako izdelano telo tuljave ima učinek magnetnega oklopa in s tem zmanjšuje sipana elektromagnetna polja. To pomeni, da dobimo s tem kompaktno tuljavo za visoke moči za površinsko vgradnjo (SMD) z odličnimi lastnostmi glede elektromagnetne združljivosti (EMC).
Tipični načini uporabe za takšne tuljave s stisnjenim telesom so gonilniki LED, stikalni napajalniki, pretvorniki DC/DC in filtri EMC. Posebne zahteve je mogoče izpolniti z različnimi razmerji sestavin kompozitnega materiala, različnimi materiali v prahu in ustrezno velikostjo zrn. Čeprav je koncept star že več kot 20 let, v podjetju Vishay recept stalno izpopolnjujejo. Tako še vedno razvijajo nove izvedbe, optimizirane za nasičenost (IHLP… pripona A1), časovno konstanto (L/DCR), faktor kakovosti (IHLP… pripona 1A) ali delovno temperaturo (IHLP… priponi 5A, 8A).
… in specifikacijami do 180 °C
Za uporabo v okoljih s strožjimi toplotnimi zahtevami so nekatere tuljave serije IHLP specificirane za visoke delovne temperature do 180 °C. To prinaša prednosti pri obvladovanju toplote in širi področje uporabe na načine uporabe, kjer so pogoni vgrajeni neposredno na delu vozila, ki ga krmilijo. Verjetnost okvare tuljav (angl. Failure In Time – FIT) se s tem zmanjša, njihova življenjska doba pa se podaljša.
Dodatne lastnosti tuljav IHLP:
Najboljše razmerje med enosmerno upornostjo (DCR) in induktivnostjo (L) glede na velikost ohišja (veliko razmerje Ƭ = L/DCR).
V delovnem območju je odvisnost induktivnosti L od enosmerne komponente toka razmeroma majhna, približno stalna ostaja tudi diferenčna permeabilnost μrdiff = dH/dB. Zaradi tega so tuljave IHLP še posebej primerne za uporabo v stikalnih napajalnikih in filtrih napajalnih tokokrogov.
Temperaturna odvisnost induktivnosti je v primerjavi z drugimi materiali za jedra majhna.
Tudi poljska jakost nasičenja ima primerjalno majhno odvisnost od temperature.
Pripomočki za načrtovanje
Za podporo razvijalcem pri uporabi tuljav ponuja podjetje Vishay orodje »IHLP® Inductor Loss Calculator Tool« (http://www.vishay.com/inductors/calculator/calculator/). Podpira topologije stikalnih pretvornikov za povečanje (angl. boost) in zmanjšanje (angl. buck) napetosti ter kombinirano topologijo (angl. buck-boost). Na voljo so tudi 3D-modeli induktivnosti za navidezne modele sestavljenega tiskanega vezja. Podjetje Vishay vam lahko na zahtevo zagotovi tudi modele za električno simulacijo.
Rutronik GmbH,Podružnica v Ljubljani
Motnica 5, 1236 Trzin, Slovenia
E-pošta: rutronik_si@rutronik.com
Tel. +386 1 561 09-80
www.rutronik.com
