Преимущества индуктивностей Bourns с плоским проводом для высокочастотных и сильноточных систем

10 ноября

телекоммуникацииучёт ресурсовуниверсальное применениеBournsстатьяпассивные ЭК и электромеханикаDC-DCдросселииндуктивностиSRPFlat wire

Компания Bourns дополнила ассортимент индуктивностей серии SRP индукторами с плоским проводом, сердечники которых из порошкового железа сформованы непосредственно на проводе. Это позволило увеличить проводимость на более высоких частотах, повысить КПД и работать с более высокой токовой нагрузкой.

Поскольку электроника становится все более быстродействующей и уменьшается в габаритах, важно, чтобы компоненты соответствовали этому тренду. Индуктивные компоненты в данном случае – не исключение. Поскольку стандартные катушки индуктивности имеют круглую проволочную обмотку, то решение для создания высокопроводящей обмотки, которую можно уместить в максимально компактном корпусе для высокочастотных применений, состоит в изменении формы провода. Компания Bourns разработала несколько семейств дросселей с применением плоского провода (Flat Wire), вместо стандартного круглого, что позволило существенно увеличить проводимость на более высоких частотах. Обширный ассортимент индуктивностей серии SRP, предлагаемых компанией Bourns, был дополнен индукторами с плоским проводом, сердечники которых из порошкового железа сформованы непосредственно на проводе. Эти изделия имеют широкий диапазон значений индуктивности и обеспечивают оптимальное решение для разработок, требующих высоких частот и большого тока.

Введение в устройство и принципы работы индуктивностей

Катушки индуктивности используются в качестве накопителей магнитной энергии в преобразователях постоянного тока на протяжении десятилетий. Для понижающих, повышающих и понижающе-повышающих преобразователей требуется одна катушка индуктивности, а для таких типов преобразователей как SEPIC – две катушки. Индуктивность работает по-разному в зависимости от положения коммутирующего ключа в цепи преобразования постоянного тока. Возможны два варианта. Если ключ открыт, индуктивность накапливает и хранит энергию магнитного потока во время протекания тока по проводам катушки. Когда ключ закрыт, магнитный поток уменьшается и преобразовывается обратно в электрический ток,

Сравнение округлого сечения с плоским

Обычно в конструкциях низкочастотных индуктивностей используются провода округлого сечения. Однако проводник подвержен скин-эффекту на высоких частотах, когда электроны перемещаются по тончайшему слою поверхности проводника, а не по всему поперечному сечению. Это означает, что в круглых проводах, работающих на высоких частотах, сопротивление переменному току больше. Для преобразователей постоянного тока с более высокими требованиями к величине тока и частоте коммутации ключей может потребоваться переход на сильноточную экранированную катушку индуктивности с плоским проводом. Серия экранированных катушек индуктивности SRP производства компании Bourns включает в себя несколько вариантов с плоским проводом для применения в сильноточных и высокочастотных системах. В то же время стоит отметить, что площадь поперечного сечения одинакова для плоского и округлого провода, как показано на рисунке 1, а площадь поверхности плоского провода примерно на 60% больше.

Рис. 1. Площадь поперечного сечения и площадь поверхности плоских и округлых проводников

Рис. 1. Площадь поперечного сечения и площадь поверхности плоских и округлых проводников

Это обеспечивает большую площадь протекания тока для борьбы со скин-эффектом на частотах до 5 МГц и способствует достижению более высоких значений индуктивности. Более высокие значения тока также можно получить на основе конструкции с плоским проводом. Например, индуктивность с плоским проводом SRP5030CA имеет ширину 5.5 и высоту 2.9 мм, что соответствует тем же габаритам обычной индуктивности SRP5030C на основе провода с круглым сечением, при этом SRP5030CA обеспечивает более высокие (от 30 до 40%) значения рабочего тока и тока насыщения при одинаковой индуктивности.

Создан для высокого КПД

Компактная катушка индуктивности с плоским проводом разработана для повышения КПД. Плоский провод имеет высокий коэффициент намотки 95%, поэтому в катушках с таким проводом – только 5% неиспользуемого пространства в зазорах между каждой обмоткой по сравнению с 30% неиспользуемого пространства в катушках на основе обычного провода с круглым сечением. На рисунке 2 проиллюстрирована экономия места за счет высокого коэффициента намотки с минимальными потерями в части неиспользованного пространства.

Рис. 2. Неиспользуемое пространство в плоских и круглых обмотках

Рис. 2. Неиспользуемое пространство в плоских и круглых обмотках

Сердечник из прессованного порошкового железа SRP приформован непосредственно к намотке из плоской проволоки, что дает двойное преимущество: проводимость проводника увеличивается при работе на высоких частотах, а также не остается лишнего пространства, как это может иметь место в конструкциях с круглым проводом.

На рисунке 3 показано поперечное сечение двух индуктивностей и преимущество в части экономии места для плоского провода с сердечником из порошкового железа.

Рис. 3 Сердечник из прессованного порошкового железа повышает КПД

Рис. 3 Сердечник из прессованного порошкового железа повышает КПД

Данная технология обеспечивает меньший размер корпуса и больший КПД, при этом в настоящее время доступны значения индуктивности до 47 мкГн. Катушки индуктивности SRP имеют высокие токи насыщения до 60 А, значения которых связаны с падением значения индуктивности. Компактные корпуса занимают площадь от 4,8 до 14,8 мм и имеют высоту от 2 до 7 мм. Значения номинального тока зависят от температуры и достигают 46 А.
Bourns продолжает расширять номенклатуру катушек индуктивности серии SRP. Недавно выпущенная индуктивность SRP4020FA имеет ширину 4,1 мм и высоту 1,9 мм и обеспечивает индуктивность в диапазоне 0,47…4,7 мкГн и ток до 13,2 А. Еще одна недавно выпущенная индуктивность SRP7030CA имеет ширину 7,8 мм и высоту 2,9 мм, обеспечивая индуктивность 1…8,2 мкГн при уровнях тока до 21,8 А. Дальнейшие планы разработки и выпуска индуктивностей серии SRP предполагают более крупные компоненты для более высоких значений тока, например, индуктивность с площадью основания 20 мм2, которая обеспечит ток насыщения 150 А. Также планируется выпуск катушек индуктивности меньшего размера с площадью основания до 3 мм2 при токе насыщения 10 А.

Ресурсы для разработки проекта

Реализация индуктивности с плоским проводом по сути ничем не отличается от варианта с проводом круглого сечения. Это та же катушка индуктивности, но с корпусом меньших размеров и с более высокими возможными номинальными значениями тока. Выбор низкопрофильной катушки индуктивности зависит от технических требований конкретного применения. Для помощи в выборе подходящего компонента доступно несколько ресурсов. Пример схемы понижающего DC/DC-преобразователя показан ниже, индуктивность обозначена на схеме символом L.

Рис. 4. Схема понижающего DC/DC на базе индуктивности с плоским проводом

Рис. 4. Схема понижающего DC/DC на базе индуктивности с плоским проводом

Онлайн-программу для проектирования преобразователей постоянного тока можно найти на многих веб-сайтах производителей DC/DC-контроллеров. В качестве примера можно привести программный инструмент Webench,  созданный компанией National Semiconductor, в 2011 году ставшей частью Texas Instruments. Разработчик загружает подробную информацию о проекте, включая входное и выходное напряжение источника питания, выходной ток и КПД. Затем программа предлагает набор микросхем и предоставляет базу данных, из которой можно выбрать вспомогательные компоненты. Индуктивности Bourns встроены в базу данных Webench, что позволяет проектировщику выбрать нужный компонент для проектируемого преобразователя. Компания Texas Instruments (TI) предлагает SwitcherPro, программу, которая включает в себя базу данных всех индуктивностей Bourns поверхностного монтажа для поддержки чипсетов TI в конструкциях преобразователей.
Кроме того, на своем веб-сайте компания Bourns разместила собственный инструмент параметрического поиска. Разработчику предлагается указать индуктивность и номинальный ток, затем программа предложит ряд компонентов, которые будут соответствовать указанным требованиям. Изучение детальных технических описаний этой серии позволит разработчику точно настроить параметрический поиск для выбора нужной катушки индуктивности. Помимо всего перечисленного, компания Bourns подготовила семь типов отладочных наборов на базе индуктивностей SRPдля поддержки новых разработок и объявила о скором выпуске дополнительных отладочных комплектов. Чтобы получить комплект для своего проекта, разработчику необходимо контактировать с дистрибьюторами Bourns.

Преимущества индуктивностей от Bourns

Компания Bourns на протяжении десятилетий является лидером в производстве катушек индуктивности. Bourns – это имя, которому доверяют, и продукцию компании следует иметь в виду при разработке новых DC/DC-преобразователей или преобразователей иной конструкции, требующих компонентов для поверхностного монтажа. Вероятность найти нужный компонент в линейке продукции, включающей 2000 наименований, весьма велика, причем найденное изделие, возможно, будет превосходить ваши требования.

При этом не стоит забывать, что расчет потерь в сердечнике для конкретного применения может зависеть от таких факторов, как плотность магнитного потока, потери в сердечнике и изменение температуры. Специалисты Bourns и программные продукты компании всегда помогут при расчетах и выборе нужного изделия.

Дроссели с плоским проводом серий SRP03\4\5\6* разработаны для приложений, требовательных к габаритам конечного изделия, особенно к его высоте. Индуктивности данного семейства относятся к классу низкопрофильных – их высота не превышает уровня 2 мм, что является конкурентным преимуществом при выборе катушек для DC/DC, используемых в портативной и миниатюрной электронике. При этом дроссели SRP03\4\5\6* позволяют получить достаточно высокий уровень индуктивности – до 10 мкГн – и высокие рабочие токи – до 15,5А. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 1.

Таблица 1. Дроссели серий SRP03\4\5\6* с плоским проводом

Наименование серии Размеры, мм Диапазон индуктивностей, мкГн. Диапазон токов, А
SRP0310 3.4 x 3.1 x 1 0.47…4.7 1.8…5.6
SRP0312 3.4 x 3.1 x 1.2 0.47…4.7 1.9…6.6
SRP0315 3.4 x 3.1 x 1.5 0.47…4.7 2.3…9
SRP0320 3.4 x 3.1 x 2 0.47…4.7 2.2…7.4
SRP0410 4.4 x 4.1 x 1 0.47…10 1.4…5.2
SRP0412 4.4 x 4.1 x 1.2 0.47…10 1.7…7.6
SRP0415 4.4 x 4.1 x 1.5 0.47…10 1.9…9.3
SRP0420 4.4 x 4.1 x 2 0.47…10 1.8…10.5
SRP0510 5.4 x 5.1 x 1 0.47…10 1.6…5
SRP0512 5.4 x 5.1 x 1.2 0.47…10 2.1…8.3
SRP0515 5.4 x 5.1 x 1.5 0.47…10 2.4…9.5
SRP0520 5.4 x 5.1 x 2 0.47…10 2.4…12.5
SRP0610 7.1 x 6.7 x 1 0.47…10 2…4.7
SRP0612 7.1 x 6.7 x 1.2 0.47…10 2.7…7.7
SRP0615 7.1 x 6.7 x 1.5 0.47…10 3…12,5
SRP0620 7.1 x 6.7 x 2 0.47…10 3.6…15.5

Дроссели с плоским проводом серий SRP*FA и SRP*CA  разработаны для приложений, требовательных к высокой токовой нагрузке, например для DC/DC, питающих CPU\GPU\ARM, где рабочие токи могут достигать десятков ампер. Сердечник у дросселей данного семейства выполнен из металл-композитного материала (а не феррита), что позволяет получить сверхвысокие токи насыщения, не зависящие от температурного режима. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 2.

Таблица 2. Дроссели серий SRP*FA и SRP*CA с плоским проводом

Наименование серии Размеры, мм Диапазон индуктивностей, мкГн Диапазон токов, А
SRP4018FA 4.1 x 4.1 x 1.8 0.33…1.2 9.5…15
SRP4020FA 4.1 x 4.1 x 1.9 0.47…4.7 5.1…13.2
SRP4030FA 4.1 x 4.1 x 2.8 0.9…6.8 4…11.2
SRP5050FA 5.5 x 5.3 x 4.8 5.6…8.2 6.1…7.2
SRP6060FA 6.6 x 6.4 x 5.8 2.2…22 5…14
SRP5030CA 5.5 x 5.3 x 2.9 0.15…4.7 5.9…22.2
SRP6030CA 6.6 x 6.4 x 2.9 0.18…4.5 7…32
SRP6050CA 6.6 x 6.4 x 4.8 1…4.7 8.5…20
SRP7030CA 7.8 x 7.6 x 2.9 1…8.2 5.9…21.8
SRP1510CA 16.5 x 15.5 x 9.7 4.7…33 18.7…43
SRP1513CA 16.5 x 15.5 x 12.7 4,7…33 19…44
SRP1580CA 16.5 x 15.5 x 7.7 1…5.3 35…80

Дроссели с плоским проводом и ферритовым сердечником серии PQ26* разработаны для приложений с высокой токовой нагрузкой и требованием очень низких активных потерь. Отличительной особенностью данного семейства является экстремально низкое значение параметра DCR (сопротивление на постоянном токе), которое не превышает уровня 2 мОм. Именно с применением дросселей этого семейства можно построить DC/DC-преобразователь с максимальным КПД и минимальными потерями. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 3.

Таблица 3. Дроссели серии PQ26* с плоским проводом

Наименование серии Размеры, мм Диапазон индуктивностей, мкГн Диапазон токов, А
PQ2614BHA 28 x 28 x 16 2.2…33 30
PQ2614BLA 28 x 28 x 16 1…33 30
PQ2617BHA 28 x 28 x 19 3.3…33 28

Заключение

Поскольку в некоторых отраслях в разработках постоянно требуются все более высокие значения тока и более низкие сопротивления по постоянному току, семейство индуктивностей SRP предлагает заказчикам оптимальное решение благодаря технологии плоских проводов и конструкции сердечника из прессованного порошкового железа. Технология применения плоских проводов на высоких частотах позволяет использовать большую площадь поверхности провода для увеличения проводимости.

Эти катушки индуктивности меньше по размеру, имеют повышенный КПД и обеспечивают более высокие значения индуктивности.

Оригинал статьи

Перевел Алексей Катков по заказу АО Компэл

•••

Наши информационные каналы

О компании Bourns

Компания была основана супругами Marlan и Rosemary Bourns в 1947 году и начала свою деятельность в их маленьком гараже в Калифорнии, США. Изобретение одного из первых в мире миниатюрных потенциометров было стимулом к превращению их крошечного бизнеса в глобальную корпорацию, производящую целый спектр продуктов, которые влияют почти на каждый аспект современной электронной промышленности. В 1952 году Bourns запатентовал первый в мире подстроечный потенциометр под торговой маркой Trimpot®. ...читать далее

Товары
Наименование
SRP4020FA-1R0M (BOURNS)
SRP4020FA-R47M (BOURNS)
SRP6060FA-6R8M (BOURNS)
SRP4020FA-R68M (BOURNS)
SRP5030CA-R80M (BOURNS)
SRP5030CA-1R0M (BOURNS)
SRP5030CA-1R8M (BOURNS)
SRP6060FA-5R6M (BOURNS)
SRP7030CA-6R8M (BOURNS)
SRP4030FA-R90M (BOURNS)
SRP5030CA-R82M (BOURNS)
SRP5030CA-R56M (BOURNS)
SRP5030CA-4R7M (BOURNS)
SRP5030CA-R15M (BOURNS)
SRP5030CA-1R2M (BOURNS)
SRP5030CA-R60M (BOURNS)
SRP5030CA-2R2M (BOURNS)
SRP6030CA-4R5M (BOURNS)
SRP6030CA-R18M (BOURNS)
SRP6050CA-1R0M (BOURNS)