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Los inductores en aplicaciones de convertidores CC-CC para automóviles deben seleccionarse cuidadosamente para lograr la combinación correcta de costo, calidad y rendimiento eléctrico. En este artículo, el ingeniero de aplicaciones de campo Smail Haddadi brinda orientación sobre cómo calcular las especificaciones requeridas y qué Se pueden hacer offs.
Hay alrededor de 80 aplicaciones electrónicas diferentes en la electrónica automotriz, y cada aplicación requiere su propio riel de alimentación estable, que se deriva del voltaje de la batería. Esto se puede lograr mediante un regulador "lineal" grande y con pérdidas, pero un método eficaz es utilizar un regulador de conmutación "buck" o "buck-boost", porque puede alcanzar una eficiencia y una eficiencia de más del 90%. Compacidad. Este tipo de regulador de conmutación requiere un inductor. Elegir el componente correcto a veces puede parecer un poco misterioso, porque los cálculos requeridos se originaron en la teoría magnética del siglo XIX. Los diseñadores quieren ver una ecuación en la que puedan "conectar" sus parámetros de rendimiento y obtener la inductancia y las clasificaciones de corriente "correctas". que simplemente pueden elegir del catálogo de piezas. Sin embargo, las cosas no son tan simples: se deben hacer algunas suposiciones, se deben sopesar los pros y los contras y, por lo general, se requieren múltiples iteraciones de diseño. Aun así, es posible que no haya piezas perfectas disponibles como estándar. y es necesario rediseñarlos para ver cómo encajan los inductores disponibles en el mercado.
Consideremos un regulador reductor (Figura 1), donde Vin es el voltaje de la batería, Vout es el riel de alimentación del procesador de menor voltaje y SW1 y SW2 se encienden y apagan alternativamente. La ecuación simple de la función de transferencia es Vout = Vin.Ton/ (Ton + Toff) donde Ton es el valor cuando SW1 está cerrado y Toff es el valor cuando está abierto. No hay inductancia en esta ecuación, entonces, ¿qué hace? En términos simples, el inductor necesita almacenar suficiente energía cuando SW1 se enciende para permitirle mantener la salida cuando está apagado. Es posible calcular la energía almacenada y equipararla con la energía requerida, pero en realidad hay otras cosas que deben considerarse primero. La conmutación alterna de SW1 y SW2 hace que la corriente en el inductor suba y baje, formando así una "corriente ondulada" triangular en el valor de CC promedio. Luego, la corriente ondulada fluye hacia C1, y cuando SW1 se cierra, C1 la libera. La corriente a través del La ESR del capacitor producirá una ondulación del voltaje de salida. Si este es un parámetro crítico, y el capacitor y su ESR están fijos por tamaño o costo, esto puede establecer la corriente de ondulación y el valor de la inductancia.
Por lo general, la elección de los condensadores proporciona flexibilidad. Esto significa que si la ESR es baja, la corriente de rizado puede ser alta. Sin embargo, esto causa sus propios problemas. Por ejemplo, si el "valle" del rizado es cero bajo ciertas cargas ligeras, y SW2 es un diodo, en circunstancias normales, dejará de conducir durante parte del ciclo y el convertidor entrará en el modo de “conducción discontinua”. En este modo, la función de transferencia cambiará y será más difícil lograr la mejor estado estable. Los convertidores reductores modernos generalmente usan rectificación síncrona, donde SW2 es MOSEFT y puede conducir corriente de drenaje en ambas direcciones cuando está encendido. Esto significa que el inductor puede oscilar en negativo y mantener una conducción continua (Figura 2).
En este caso, se puede permitir que la corriente de rizado pico a pico ΔI sea mayor, que se establece mediante el valor de inductancia de acuerdo con ΔI = ET/LE es el voltaje del inductor aplicado durante el tiempo T. Cuando E es el voltaje de salida , es más fácil considerar lo que sucede en el momento de apagado Toff de SW1. ΔI es el mayor en este punto porque Toff es el mayor en el voltaje de entrada más alto de la función de transferencia. Por ejemplo: para un voltaje máximo de batería de 18 V, una salida de 3,3 V, una ondulación pico a pico de 1 A y una frecuencia de conmutación de 500 kHz, L = 5,4 µH. Esto supone que no hay caída de voltaje entre SW1 y SW2. La corriente de carga no es calculado en este cálculo.
Una breve búsqueda en el catálogo puede revelar varias piezas cuyas clasificaciones actuales coincidan con la carga requerida. Sin embargo, es importante recordar que la corriente de rizado se superpone al valor de CC, lo que significa que en el ejemplo anterior, la corriente del inductor en realidad alcanzará su punto máximo. a 0,5 A por encima de la corriente de carga. Hay diferentes formas de evaluar la corriente de un inductor: como límite de saturación térmica o límite de saturación magnética. Los inductores térmicamente limitados generalmente están clasificados para un aumento de temperatura determinado, generalmente 40 oC, y pueden ser funcionan a corrientes más altas si se pueden enfriar. Se debe evitar la saturación en corrientes máximas y el límite disminuirá con la temperatura. Es necesario verificar cuidadosamente la curva de la hoja de datos de inductancia para verificar si está limitada por el calor o la saturación.
La pérdida de inductancia también es una consideración importante. La pérdida es principalmente una pérdida óhmica, que se puede calcular cuando la corriente de rizado es baja. En niveles altos de rizado, las pérdidas del núcleo comienzan a dominar, y estas pérdidas dependen de la forma de la onda, así como de frecuencia y temperatura, por lo que es difícil de predecir. Pruebas reales realizadas en el prototipo, ya que esto puede indicar que es necesaria una corriente de ondulación más baja para obtener la mejor eficiencia general. Esto requerirá más inductancia y quizás una mayor resistencia de CC; esta es una iterativa. proceso.
La serie HA66 de alto rendimiento de TT Electronics es un buen punto de partida (Figura 3). Su rango incluye una parte de 5,3 µH, una corriente de saturación nominal de 2,5 A, una carga permitida de 2 A y una ondulación de +/- 0,5 A. Estas piezas son ideales para aplicaciones automotrices y han obtenido la certificación AECQ-200 de una empresa con un sistema de calidad aprobado TS-16949.
Esta información se deriva de materiales proporcionados por TT Electronics plc y ha sido revisada y adaptada.
TT Electronics Co., Ltd. (29 de octubre de 2019). Inductores de potencia para aplicaciones automotrices CC-CC. AZoM. Obtenido de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140 el 27 de diciembre de 2021.
TT Electronics Co., Ltd. “Inductores de potencia para aplicaciones CC-CC automotrices”. AZoM.27 de diciembre de 2021.
TT Electronics Co., Ltd. “Inductores de potencia para aplicaciones CC-CC automotrices”. AZoM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.(Consultado el 27 de diciembre de 2021).
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