Comment sélectionner les inducteurs ?

Premièrement, le principe de base de l'inductance

Inducteurs, avec les condensateurs et les résistances, sont trois dispositifs passifs de base en électronique. La fonction des inducteurs est de stocker l’énergie électrique sous forme d’énergie de champ magnétique.

En prenant comme exemple une bobine cylindrique, le principe de base de l’inductance est brièvement présenté.

Comme le montre la figure ci-dessus, lorsqu'un courant constant traverse la bobine, un champ magnétique statique se forme dans la direction indiquée selon la règle de l'hélice droite. L'inducteur circule à travers le courant alternatif, le champ magnétique généré est le champ magnétique alternatif, le champ magnétique changeant génère un champ électrique et la force électromotrice d'induction sur la bobine génère le courant induit :

· Lorsque le courant augmente, le champ magnétique devient plus fort et la direction du champ magnétique change est la même que celle du champ magnétique d'origine. Selon la règle de la spirale de gauche, le courant induit généré est dans la direction opposée au courant d'origine et le courant d'inductance diminue ;

· Lorsque le courant change, le champ magnétique s'affaiblit et la direction du champ magnétique change est opposée à la direction du champ magnétique d'origine. Selon la règle de la spirale de gauche, le courant induit généré est dans la même direction que le courant d'origine et le courant d'inductance devient plus important.

C'est la loi de Lenz, et l'effet final est que l'inducteur empêchera le courant qui le traverse de changer, c'est-à-dire que l'inducteur a une résistance élevée au courant alternatif. Pour la même inductance, plus le taux de variation du courant est élevé, plus le courant induit est important et plus l'impédance de l'inductance est élevée ; Si le même taux de changement de courant, des inductances différentes, si le courant induit généré est plus important, alors l'inductance présente une impédance plus élevée.

On peut voir que la taille de l'inductance est liée à la taille de la bobine et au matériau du noyau interne.

Les caractéristiques de l'inductance réelle ne sont pas seulement le rôle de l'inductance, mais également d'autres facteurs, tels que :

· Le fil enroulé dans la bobine n'est pas un conducteur idéal et il existe une certaine résistance ;

· Le noyau magnétique de l'inductance présente une certaine perte de chaleur ;

· Il existe une capacité distribuée entre les conducteurs à l'intérieur de l'inducteur.

Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser un modèle plus complexe pour représenter l'inductance réelle, et le modèle équivalent couramment utilisé est le suivant :

La forme du modèle équivalent peut être différente, mais elle doit pouvoir refléter la perte et la capacité distribuée. Selon le modèle équivalent, deux paramètres importants de l'inductance réelle peuvent être définis.

Fréquence d'auto-résonance

En raison de l'existence de Cp, un circuit résonant est formé avec L, dont la fréquence de résonance est la fréquence d'auto-résonance de l'inducteur. Avant la fréquence auto-résonante, l'impédance de l'inducteur augmente avec l'augmentation de la fréquence. Après la fréquence d'auto-résonance, l'impédance de l'inducteur diminue à mesure que la fréquence augmente et la capacité est présentée.

Facteur de qualité

C'est-à-dire que la valeur Q de l'inducteur, le rapport entre la puissance inductive stockée et la puissance perdue, plus la valeur Q est élevée, plus la perte de l'inducteur est faible et l'impédance du courant continu de l'inducteur est directement liée au paramètre. . La fréquence d'auto-résonance et la valeur Q sont les paramètres clés des inductances haute fréquence

Deuxièmement, la structure du processus de l'inductance

Le processus d’inductance peut être grossièrement divisé en 3 types :

2.1 Type de fil enroulé (type de fil enroulé)

Comme son nom l'indique, le fil de cuivre est enroulé autour d'un noyau magnétique pour former une bobine, et il existe deux manières d'enrouler le fil :

Plaie ronde

L'enroulement cylindrique est courant et a un large éventail d'applications, telles que :

Plaie plate

L'avantage de l'enroulement plan est évident, c'est-à-dire que la hauteur de l'appareil est réduite. Il ressort de la formule précédente que plus la perméabilité du noyau magnétique est grande, plus la valeur d'inductance est élevée et le noyau magnétique peut être

· Matériaux non magnétiques : tels que le noyau d'air, le noyau en céramique, il semble qu'on ne puisse pas l'appeler noyau magnétique ; Cette valeur d'inductance est petite, mais il n'y a pratiquement pas de courant de saturation

· Matériaux ferromagnétiques : tels que la ferrite, l'alliage Permo, etc. ; La perméabilité de l'alliage est supérieure à celle de la ferrite. Le matériau ferromagnétique présente un phénomène de saturation magnétique et un courant de saturation.

L'inductance d'enroulement peut fournir un courant élevé et une inductance élevée. Plus la perméabilité du noyau magnétique est grande, la même valeur de détection, moins d'enroulement, moins d'enroulement peut réduire la résistance CC ; La même taille, moins d'enroulement peut être enroulé épais, améliore le courant.

De plus, dans la conception de l'alimentation, on rencontre souvent le problème du hurlement d'inductance, l'essentiel est que le changement du champ magnétique provoque le conducteur, c'est-à-dire la vibration de la bobine, la fréquence de la vibration est juste dans l'audio Portée, l'oreille humaine peut entendre, l'inductance de formation intégrée en alliage, plus ferme, peut réduire les vibrations.

2.2 Inducteur multicouche (type multicouche)

Le processus de production d'inducteurs à puces multicouches : la ferrite ou la pâte céramique est séchée et formée, la pâte conductrice est imprimée en alternance et la structure intégrée est formée par stratification et frittage.

L'inducteur à puce multicouche est plus petit que l'inducteur à enroulement et possède un boîtier standardisé, adapté au montage automatique haute densité. Structure intégrée, haute fiabilité, bonne résistance à la chaleur.

2.3 Inductance à couche mince (type à couche mince)

Les inducteurs à couches minces utilisent un processus similaire à la production de circuits intégrés, une couche de film conducteur est plaquée sur le substrat, puis la bobine est formée par un processus de photolithographie, et enfin la couche moyenne, la couche isolante et la couche d'électrode sont ajoutées au boîtier et à la forme.

Le processus de production du dispositif à couche mince est illustré dans la figure ci-dessous

 

 

La précision du processus de lithographie est élevée, ce qui donne des lignes plus étroites et des bords plus nets. Par conséquent, les inducteurs à couches minces ont

· Taille plus petite, colis 008004

· Pas de valeur plus petit, 0.1nH

· Tolérance plus petite, 0.05nH

· Meilleure stabilité de fréquence

Troisièmement, l'application et la sélection des inducteurs

Dans la conception de circuits, les inductances ont trois catégories principales d'applications :

· Inductance de puissance : principalement utilisée pour la conversion de tension, circuit DCDC couramment utilisé pour utiliser l'inductance de puissance ;

Inductance de découplage : principalement utilisée pour filtrer le bruit sur la ligne électrique ou la ligne de signal, les ingénieurs EMC doivent être familiers ;

· Inductances haute fréquence : principalement utilisées dans les circuits RF pour réaliser des circuits de polarisation, d'adaptation, de filtrage et autres.

3.1 Inductances de puissance

Les inductances de puissance sont couramment utilisées dans les circuits DCDC pour maintenir un courant continu en accumulant et en libérant de l'énergie.

La plupart des inducteurs de puissance sont des inducteurs à enroulement, ce qui peut améliorer un courant élevé et une inductance élevée.

Les inductances de puissance à puce multicouche sont également de plus en plus nombreuses, généralement la valeur d'inductance et le courant sont faibles, l'avantage est que le coût est faible, le volume est ultra-petit et il existe de plus en plus d'applications dans des produits avec de grandes restrictions d'espace tels que les téléphones mobiles. .

 

3.2 Inductances de découplage

L'inductance de découplage est également appelée Choke, ce qui est généralement traduit par bobine d'arrêt dans les manuels. Le rôle des inducteurs de découplage est de filtrer les interférences sur la ligne, qui appartiennent aux appareils CEM. Les ingénieurs CEM sont principalement utilisés pour résoudre les problèmes de test d'émission de rayonnement (RE) et d'émission conduite (CE) des produits.

Inducteurs de découplage, de structure généralement relativement simple, principalement du fil de cuivre directement enroulé sur l'anneau de ferrite.

Inductance en mode différentiel

Les inducteurs de mode différentiel sont des inducteurs d'enroulement ordinaires, qui sont utilisés pour filtrer certaines interférences de mode différentiel, principalement pour former des filtres LC avec des condensateurs afin de réduire le bruit de l'alimentation.

Pour le secteur 220 V, l'interférence en mode différentiel est l'interférence entre la phase L et la phase N. Pour POE, c'est l'interférence entre POE+ et POE- ; Pour l'alimentation CC basse tension de la carte mère, il s'agit en fait du bruit de l'alimentation.

La sélection de l'inductance en mode différentiel doit prêter attention aux points suivants :

• Résistance CC, tension et courant nominal, pour répondre aux exigences de travail ;

• Taille de la structure pour répondre aux exigences du produit ;

• Déterminez la bande de fréquence de bruit grâce à des tests et sélectionnez l'inducteur en fonction de la courbe d'impédance de l'inducteur ;

• Concevoir un filtre LC, peut effectuer des calculs et des simulations simples.

Inductances de mode commun

L'inducteur de mode commun consiste à enrouler deux bobines avec le même nombre de tours et des sens opposés sur le même anneau de ferrite.

 

Inductances de mode commun comme indiqué ci-dessus :

· Lorsqu'un composant de mode commun traverse l'inducteur de mode commun, un champ magnétique dans la même direction sera formé dans les deux bobines selon la règle de la main droite, ce qui équivaut à une inductance élevée pour le signal de mode commun ;

· Lorsqu'un composant en mode différentiel traverse un inducteur en mode commun, selon la règle de droite, des champs magnétiques dans des directions opposées se formeront dans les deux bobines et s'annuleront, ce qui équivaut à une faible réactance inductive au signal en mode différentiel. .

Une autre façon de comprendre : lorsque V+ traverse une fréquence d'interférence de mode commun, le champ magnétique alternatif formé formera un courant induit sur l'autre bobine, selon la règle de gauche, la direction du courant induit est opposée à la direction de l'interférence de mode commun sur V-, qui annule une partie de l'interférence de mode commun.

Les inductances de mode commun sont principalement utilisées dans les systèmes à deux fils ou différentiels, tels que le secteur 220 V, le bus CAN, le signal USB, le signal HDMI, etc. Il est utilisé pour filtrer les interférences de mode commun, tandis que l'atténuation différentielle utile du signal est faible.

La sélection de l'inductance en mode commun doit prêter attention aux points suivants :

· L'impédance CC doit être faible et ne peut pas avoir un impact important sur la tension ou les signaux utiles ;

· Pour les lignes électriques, la tension et le courant nominal doivent être pris en compte pour répondre aux exigences de fonctionnement ;

· La bande de fréquences des interférences en mode commun est déterminée par des tests, et l'impédance en mode commun doit être élevée dans cette bande de fréquences ;

· L'impédance du mode différentiel doit être faible, ce qui ne peut pas avoir un grand impact sur la qualité du signal différentiel ;

Tenez compte de la taille du paquet, effectuez la conception de compatibilité. Par exemple, les inductances de mode commun pour les signaux USB peuvent être sélectionnées pour être compatibles avec deux résistances 0402, et lorsque les inductances de mode commun ne sont pas requises, les résistances 0402 peuvent être directement soudées pour réduire les coûts.

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