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자동차 DC-DC 컨버터 애플리케이션의 인덕터는 비용, 품질 및 전기적 성능의 올바른 조합을 달성하기 위해 신중하게 선택해야 합니다. 이 기사에서 현장 애플리케이션 엔지니어인 Smail Haddadi는 필요한 사양을 계산하는 방법과 거래 조건에 대한 지침을 제공합니다. 오프가 가능합니다.
자동차 전자 장치에는 약 80가지의 서로 다른 전자 애플리케이션이 있으며 각 애플리케이션에는 배터리 전압에서 파생되는 자체적인 안정적인 전력 레일이 필요합니다. 이는 크고 손실이 많은 "선형" 조정기로 달성할 수 있지만 효과적인 방법은 다음을 사용하는 것입니다. "벅" 또는 "벅-부스트" 스위칭 레귤레이터. 이는 90% 이상의 효율성과 효율성을 달성할 수 있기 때문입니다.소형화.이 유형의 스위칭 조정기에는 인덕터가 필요합니다.필요한 계산은 19세기 자기 이론에서 유래했기 때문에 올바른 구성 요소를 선택하는 것이 때때로 약간 신비스러워 보일 수 있습니다. 설계자는 성능 매개변수를 "플러그인"하고 "올바른" 인덕턴스와 전류 정격을 얻을 수 있는 방정식을 보고 싶어합니다. 부품 카탈로그에서 간단히 선택할 수 있습니다. 그러나 상황은 그렇게 간단하지 않습니다. 몇 가지 가정을 해야 하고, 장단점을 평가해야 하며, 일반적으로 여러 번의 설계 반복이 필요합니다. 그럼에도 불구하고 완벽한 부품이 표준으로 제공되지 않을 수 있습니다. 기성 인덕터가 어떻게 적합한지 확인하려면 다시 설계해야 합니다.
Vin이 배터리 전압이고, Vout이 저전압 프로세서 전력 레일이며, SW1과 SW2가 교대로 켜지고 꺼지는 벅 조정기(그림 1)를 생각해 보겠습니다. 간단한 전달 함수 방정식은 Vout = Vin.Ton/입니다. (Ton + Toff) 여기서 Ton은 SW1이 닫혔을 때의 값이고 Toff는 열렸을 때의 값입니다. 이 방정식에는 인덕턴스가 없는데 무슨 역할을 합니까? 간단히 말해서 인덕터는 SW1이 닫힐 때 충분한 에너지를 저장해야 합니다. SW1은 꺼진 상태에서도 출력을 유지할 수 있도록 켜진다. 저장된 에너지를 계산해 필요한 에너지와 동일시하는 것은 가능하지만 실제로 먼저 고려해야 할 사항이 있다. SW1의 교대 스위칭 SW2는 인덕터의 전류를 상승 및 하강시켜 평균 DC 값에 삼각형의 "리플 전류"를 형성합니다. 그러면 리플 전류가 C1으로 흐르고 SW1이 닫히면 C1이 방출됩니다. 커패시터 ESR은 출력 전압 리플을 생성합니다. 이것이 중요한 매개변수이고 커패시터와 해당 ESR이 크기나 비용에 의해 고정된 경우 리플 전류와 인덕턴스 값이 설정될 수 있습니다.
일반적으로 커패시터 선택은 유연성을 제공합니다. 이는 ESR이 낮으면 리플 전류가 높을 수 있음을 의미합니다. 그러나 이로 인해 자체 문제가 발생합니다. 예를 들어 특정 경부하에서 리플의 "밸리"가 0인 경우 SW2는 다이오드이며 정상적인 상황에서는 사이클의 일부 동안 도통이 중지되고 컨버터는 "불연속 전도" 모드로 들어갑니다. 이 모드에서는 전달 함수가 변경되어 최상의 결과를 얻기가 더 어려워집니다. 최신 벅 컨버터는 일반적으로 SW2가 MOSEFT이고 전원이 켜질 때 양방향으로 드레인 전류를 전도할 수 있는 동기식 정류를 사용합니다. 이는 인덕터가 네거티브 스윙을 하고 연속 전도를 유지할 수 있음을 의미합니다(그림 2).
이 경우 피크 간 리플 전류 ΔI는 더 높게 허용될 수 있으며, 이는 ΔI = ET/LE가 시간 T 동안 인가되는 인덕터 전압에 따른 인덕턴스 값에 의해 설정됩니다. E가 출력 전압일 때 , SW1.ΔI의 Toff가 꺼지는 시점에 어떤 일이 발생하는지 고려하는 것이 가장 쉽습니다. 전달 함수의 가장 높은 입력 전압에서 Toff가 가장 크기 때문에 이 시점에서 가장 큽니다. 예: 최대 배터리 전압이 18인 경우 V, 출력 3.3V, 피크 간 리플 1A, 스위칭 주파수 500kHz, L = 5.4μH. 이는 SW1과 SW2 사이에 전압 강하가 없다고 가정합니다. 부하 전류는 이 계산으로 계산됩니다.
카탈로그를 간단히 검색하면 전류 정격이 필요한 부하와 일치하는 여러 부품을 찾을 수 있습니다. 그러나 리플 전류가 DC 값에 중첩된다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 이는 위의 예에서 인덕터 전류가 실제로 최고점에 도달한다는 것을 의미합니다. 부하 전류보다 0.5A 높을 때 인덕터의 전류를 평가하는 방법에는 열 포화 한계 또는 자기 포화 한계 등 다양한 방법이 있습니다. 열 제한 인덕터는 일반적으로 주어진 온도 상승(보통 40oC)에 대해 정격이 지정되며 냉각할 수 있는 경우 더 높은 전류에서 작동합니다. 피크 전류에서는 포화를 피해야 하며 온도에 따라 한계가 감소합니다. 인덕턴스 데이터 시트 곡선을 주의 깊게 확인하여 열이나 포화에 의해 제한되는지 확인해야 합니다.
인덕턴스 손실도 중요한 고려 사항입니다. 손실은 주로 저항 손실로, 리플 전류가 낮을 때 계산할 수 있습니다. 리플 수준이 높으면 코어 손실이 지배적으로 시작되며 이러한 손실은 파형의 모양과 형태에 따라 달라집니다. 주파수 및 온도를 예측하기 어렵습니다. 프로토타입에서 실제 테스트를 수행한 결과, 이는 최상의 전체 효율을 위해 더 낮은 리플 전류가 필요함을 나타낼 수 있습니다. 이를 위해서는 더 많은 인덕턴스와 더 높은 DC 저항이 필요할 수 있습니다. 이는 반복적인 작업입니다. 프로세스.
TT Electronics의 고성능 HA66 계열은 좋은 시작점입니다(그림 3). 이 계열에는 5.3μH 부품, 2.5A의 정격 포화 전류, 허용되는 2A 부하, +/- 0.5A 리플이 포함됩니다. 이 부품은 자동차 애플리케이션에 이상적이며 TS-16949 승인 품질 시스템을 갖춘 회사로부터 AECQ-200 인증을 획득했습니다.
이 정보는 TT Electronics plc에서 제공한 자료에서 파생되었으며 검토 및 조정되었습니다.
TT Electronics Co., Ltd.(2019년 10월 29일). 자동차 DC-DC 애플리케이션용 전력 인덕터.AZoM. 2021년 12월 27일 https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140에서 검색함.
TT Electronics Co., Ltd. "자동차 DC-DC 애플리케이션용 파워 인덕터".AZoM.2021년 12월 27일..
TT Electronics Co., Ltd. "자동차 DC-DC 애플리케이션용 파워 인덕터".AZoM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.(2021년 12월 27일 액세스)
TT Electronics Co., Ltd. 2019. 자동차 DC-DC 애플리케이션용 전력 인덕터.AZoM, 2021년 12월 27일 보기, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.
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