Пример 1. Расчёт катушки индуктивности

Создадим 2D-модель катушки. При создании геометрии учтём тот факт, что в плоскопараллельной модели сечения катушек — это бесконечные проводники. Подразумевается, что на торцах они виртуально соединены друг с другом (см. рисунок П.1.1). Рисунок П.1.1 – Плоскопараллельная модель катушки в 2D В нашем же случае необходимо строить тело вращения. Для этих целей необходимо изменить тип геометрии в окне Solution Type, установить параметр Geometry Mode в значение: Cylindrical about Z (осевая симметрия). После чего создадим геометрию с учётом того, что модель строится вращением тела вокруг оси Z. Получим геометрию, изображённую на рисунке П.1.2 Рисунок П.1.2 – Цилиндрическая модель геометрии 2D (a) и её представление в 3D(б) Зададим параметры катушки. Выделяем объект-катушку, указываем значение тока равным 1 амперу (Assign Excitation > Current…) Т.к. мы считаем индуктивность катушки на постоянном токе, не важно, какова будет величина тока, т. к. поток будет расти пропорционально току. Не забываем указать, что катушка распределённая (Stranded). Создадим матрицу для расчета индуктивности катушки (ПКМ на пункт Parameters > Assign > Matrix…) Далее выбираем созданную катушку (Current1). На вкладке Post Processing задаём число витков катушки (Рисунок П.1.3). Внешней границе полукруга задаём граничное условие (ПКМ на внешней линии окружности > Assign Boundary > Balloon..), линию, лежащую на оси Z, не трогаем. Переключение в режим выбора линий производится ПКМ на пустом месте Select Edges… Далее создаём сетку конечных элементов, предварительно выделив все объекты модели (Assign Mesh Operation > Inside Selection > Length Based… ) Создаём новое задание на расчёт с параметрами по умолчанию (ПКМ на Analysis > Add Solution Setup) Запускаем задачу на расчёт. Результат расчёта можно посмотреть в окне Solution Data на вкладке Matrix, предварительно установив галочку PostProcessing (Рисунок П. 1.4). Рисунок П.1.3 — Задание элемента Matrix. Рисунок П.1.4 — Результаты расчёта модели Итого, индуктивность, рассчитанная МКЭ, составила Lм = 1,053 мкГн. Сравнивая с результатами, полученными по формуле Виллера (L = 1,152 мкГн), можно сделать вывод, что задача посчитана правильно, и расхождение двух методов расчета составляет менее 10%. Автор материалов: Drakon (С) 2014. Редактор: Админ

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Практическая работа

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Практическая работа

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Магнитная проницаемость – отношение результирующей индукции магнитного поля в веществе B к индукции B 0 намагничивающего поля. Магнитная проницаемость – физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества, использованного для сердечника. Магнитная проницаемость = величина безразмерная

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности S – площадь поперечного сечения соленоида l – длина соленоида

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Наличие железного сердечника внутри соленоида позволяет значительно увеличить начальное значение магнитного потока Магнитный поток будет тем больше, чем большая часть соленоида заполняется железом. Максимальное увеличение = весь соленоид заполнен железом, то есть когда обмотка плотно навита на железный сердечник. Наличие железного сердечника = значительное увеличение магнитного потока, иногда в тысячи раз.

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Увеличение магнитного потока сквозь соленоид при введении в него сердечника = магнитный поток, создаваемое током в обмотке соленоида + магнитный поток, создаваемый совокупностью ориентированных амперовых токов.

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Сердечники из других материалов = изменение магнитного потока Наиболее заметный эффект – материалы, подобные по своим свойствам железу: никель, кобальт и др. При введении в катушку дают увеличение магнитного потока. Это ферромагнитные материалы = ферромагнетики. Магнитная проницаемость = большая: никель = 50, кобальт = 100. Остальные материалы (немагнитные) — оказывают меньшее влияние на магнитный поток, чем ферромагнитные.

Изменение магнитного потока можно обнаружить только с помощью тщательных измерений. Магнитная проницаемость μ — маленькая, отлична от единицы, но мало. У одних веществ она больше единицы μ >1 (ПАРАМАГНЕТИКИ) – заполнение ими катушки увеличивает магнитный поток , У других – меньше единицы (ДИАМАГНЕТИКИ) μ

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности ПАРАМАГНЕТИКИ УВЕЛИЧИВАЮТ МАГНИТНЫЙ ПОТОК КАТУШКИ ДИАМАГНЕТИКИ УМЕНЬШАЮТ МАГНИТНЫЙ ПОТОК КАТУШКИ

Практическая работа Расчет магнитных параметров катушки индуктивности

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности № μ S, м. кв ι, м I, А 1 1, 000014 0, 25 0, 01 0, 1 2 1, 000023 0, 25 0, 01 0, 15 3 1, 000175 0, 25 0, 01 0, 2 4 1, 000253 0, 25 0, 01 0, 25 5 0, 999987 0, 25 0, 01 0, 3 6 0, 999991 0, 25 0, 01 0, 35 7 0, 999963 0, 25 0, 01 0, 4 ω Ф, Вб В, Тл Н, А/м L, Гн Ψ, Гн/А

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности № μ 1 1, 000014 2 S, м. кв ι, м I, А 0, 5 0, 15 0, 45 1, 000023 0, 5 0, 15 0, 5 3 1, 000175 0, 15 0, 55 4 1, 000253 0, 5 0, 15 0, 6 5 0, 999987 0, 5 0, 15 0, 65 6 0, 999991 0, 5 0, 15 0, 7 7 0, 999963 0, 5 0, 15 0, 75 ω Ф, Вб В, Тл Н, А/м L, Гн Ψ, Гн/А

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности МАГНИТНАЯ ПОСТОЯННАЯ

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности ХОД РАБОТЫ

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Зарисовать таблицу с данными

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Рассчитать магнитный поток по формуле:

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Рассчитать магнитную индукцию по формуле:

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Определить напряженность магнитного поля по формуле:

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Определить индуктивность сердечника по формуле:

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Рассчитать потокосцепление самоиндукции по формуле:

Расчет магнитных параметров катушки индуктивности Ответить на контрольные вопросы: 1. Что такое μ и от чего зависит? 2. Дать определение магнитного потока, написать от чего он зависит. 3. Дать определение индукции магнитного поля, написать от чего зависит. 4. Дать определение напряженности магнитного поля, написать от чего зависит. 5. Дать определение индуктивности, написать от чего зависит.

Катушки индуктивности | Онлайн журнал электрика

Катушки индуктивности позволяют припасать электронную энергию в магнитном поле. Обычными областями их внедрения являются сглаживающие фильтры и разные селективные цепи.

Электронные свойства катушек индуктивности определяются их конструкцией, качествами материала магнитопровода и его конфигурацией, числом витков обмотки.

Ниже приведены главные причины, которые следует учесть при выборе катушки индуктивности:

а) требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн),

б) наибольший ток катушки. Большой ток очень небезопасен из-за очень сильного нагрева, при котором повреждается изоляция обмоток. Не считая того, при очень большенном токе может произойти насыщение магнитопровода магнитным потоком, что приведет к значительному уменьшению индуктивности,

в) точность выполнения индуктивности,

г) температурный коэффициент индуктивности,

д) стабильность, определяемая зависимостью индуктивности от наружных причин,

е) активное сопротивление провода обмотки,

ж) добротность катушки. Она обычно определяется на рабочей частоте как отношение индуктивною и активного сопротивлений,

з) частотный спектр катушки.

В текущее время выпускаются радиочастотные катушки индуктивности на фиксированые значения частоты с индуктивностями от 1 мкГн до 10 мГн. Для подстройки резонансных контуров лучше иметь катушки с регулируемой индуктивностью.

Однослойные с незамкнутым магнитопроводом катушки индуктивности используются в цепях опции устройств.

Мультислойные с не замкнутым магнитопроводом катушки употребляются в фильтрах и высокочастотных трансформаторах. Мультислойные катушки индуктивности броневого типа с сердечником из феррита используются в фильтрах низких и средних частот и трансформаторах, а подобные катушки, но со железным сердечником употребляются в сглаживающих дросселях и низкочастотных фильтрах.

Формулы для расчета катушки индуктивности

Главные аппроксимирующие соотношения, применяемые при проектировании катушек индуктивности, имеют последующий вид.

1. Характеристики однослойных катушек индуктивности у каких отношение длины к поперечнику больше 5, определяются в виде

где L — индуктивность, мкГн, М- число витков, d — поперечник катушки, см, l — длина намотки, см.

2. Характеристики мультислойных катушек индуктивности, у каких отношение поперечника к длине больше 1, определяются в виде

где L — индуктивность, мкГн, N — число витков, dм — средний поперечник обмотки, см, d — толщина обмотки, см.

Одно- и мультислойные катушки с незамкнутым ферритовым магнитопроводом будут иметь индуктивность в 1,5 — 3 раза больше зависимо от параметров и конфигурации сердечника. Латунный сердечник, вставленный заместо ферритового. уменьшит индуктивность до 60-90% по сопоставлению с ее значением без сердечника.

Для сокращения числа витков при сохранении той же индуктивности можно использовать ферритовый сердечник.

При изготовлении катушек индуктивностью от 100 мкГн до 100 мГн для областей низких и средних частот целенаправлено применить чашечные ферритовые броневые сердечники серии КМ. Магнитопровод в данном случае состоит из 2-ух подогнанных друг к другу чашек, к которым прилагаются односекционная катушка, две крепежные клипсы и подстроечный стержень.

Нужная индуктивность и число витков могут быть вычислены по формулам

где N — число витков, L — индуктивность, нГн, Аl — коэффициент индуктивности, нГн/вит.

Всегда необходимо держать в голове о том, что до этого, чем рассчитывать индуктивность, следует найти число витков, которые могут поместиться на данной катушке.

Чем меньше поперечник провода, тем больше число витков, но тем больше сопротивление провода и, естественно, его нагрев из-за выделяющейся мощности, равной I²R. Действующее значение тока катушки не должно превосходить 100 мА для провода поперечником 0,2 мм. 750 мА — для 0,5 мм и 4 А — для 1 мм.

Маленькие замечания и советы

Индуктивность катушек со железным сердечником очень стремительно миниатюризируется с ростом неизменной составляющей тока обмотки. Это необходимо подразумевать в особенности при проектировании сглаживающих фильтров источников электропитания.

Наибольший ток катушки индуктивности находится в зависимости от температуры окружающей среда, при этом он отдал жен уменьшаться с ее повышением. Потому для обеспечения надежной работы устройства следует обеспечить большой припас по току.

Ферритовые тороидальные сердечники эффективны для производства фильтров и трансформаторов на частотах выше 30 МГц. При всем этом обмотки состоят всего только из нескольких витков.

При использовании всех типов сердечников часть магнитных силовых линий замыкается не по магнитопроводу, а через окружающее его место. В особенности очень этот эффект проявляется в случае незамкнутых магнитопроводов. Заметим, что эти магнитные поля рассеяния являются источниками помех, потому в аппаратуре сердечники необходимо располагать так, чтоб по способности уменьшить эти помехи.

Катушки индуктивности имеют определенную паразитную емкость, которая образует колебательный контур в купе с индуктивностью катушки. Резонансная частота такового контура для различных типов катушек индуктивности может варьироваться в границах от 20 кГц до 100 МГц.

Школа для электрика

Конструктивный расчет многослойной катушки индуктивности (индуктивность — 80 мкГн, частота — 0,25 МГц, форма экрана

Министерство образования и науки

Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств

Расчетно-графическое задание по дисциплине

«Радиоматериалы и радиокомпоненты»

на тему «Конструктивный расчет многослойной катушки индуктивности»

Вариант №10

Выполнил:                                                                           Проверил: Плавский Л. Г.

Оценка
Выполнение	Защита	Общая

Студент: Торчевский А. А.

Группа: РТ5-91

Новосибирск 2010

Индуктивность, мкГн	Частота, МГц	Форма экрана	Вариант расположения выводов
80	0.25	Круглый	—

Расчеты:

Расчет геометрических параметров и индуктивности

Для многослойных катушек справедливы следующие соотношения:

где D – внешний диаметр;  – внутренний диаметр; t – радиальная толщина обмотки; l – длина.

Возьмем D0=12мм, а l=5мм:

тогда

;

ОтсюдаD=16мм.

Имеем многослойную катушку с параметрами:

D=16 мм, =12 мм, l=5 мм, t=2 мм.

Обычно для многослойных катушек берут следующее соотношение между диаметром экрана и диаметром катушки:

 [2].

Также должно выполняться соотношение

Отсюда при диаметр экрана =25.6 мм.

Длина экрана .

Индуктивность катушки без экрана можно найти по формуле:

 [1, ф.4-59]

Где  – коэффициент связи,  – заданное значение индуктивности.

Коэффициент связи катушки с экраном kможно определить из выражения:

; [1, ф.4-61]

где:

приведенный диаметр катушки ;

коэффициенты и  находим из соответствующих графиков

[1, рис. 4-8, 4-6; 2, рис. 7.6].

Для определения и  необходимы величины:

D_ср = = = 14 мм

Из графиков находим: =11, =13.

Коэффициент связи равен:

=0,01575

Отсюда

Число витков [1, ф.4-21]

Оптимальный диаметр провода определяем по формуле

  определяется по графику [1, рис. 4-16]. Для его определения нам нужен вспомогательный параметр ψ:

,[1, ф.4-38]

где

K- коэффициент, определяемый по графику [1, рис. 4-14]. В данном случае К=14.

Находим ψ:

Находим по графику [1, рис. 4-16]

Определяем оптимальный диаметр

Выбираем провод марки ПЭЛ. Диаметр провода с изоляцией ,

[1, табл.П6]

Угол отклонения [1, ф.4-8], при числе переходов pравным 2. Для провода марки ПЭЛ предельный угол  Полученное значение удовлетворяет этим условиям.

Угловой шаг [1, ф.4-3].

Число циклов . Знак «минус», так как предположили намотку с опережением. Находим

Радиальная глубина намотки равна

Полученная глубина намотки отличается от изначально заданной, поэтому отыщем индуктивность катушки при заданных размерах. Фактические диаметры:

;     

Ищем фактический коэффициент L₀по графику [1, рис. 4-8]. Он равен 11.

Рассчитаем  с новыми данными:

 [2, ф.7.15]

Полученное значение отличается от заданного на 3,46%.Определим требуемое число витков:

Расчет собственной ёмкости, сопротивления, и добротности

Собственная ёмкость катушки вычисляем по эмпирической формуле:  [1, ф. 2-28а]

Для ПЭЛ [1,стр.228]

Экран увеличивает собственную ёмкость катушки на 30 — 40%, поэтому собственная ёмкость катушки

Экран вызывает изменение сопротивления катушки, т. е вносит некоторое сопротивление и ослабляет эффект близости. Пусть материалом экрана будет алюминий, тогда вносимое сопротивление рассчитываем по формуле:

[1, ф.4-63]

Толщину экрана зададим исходя из данных [1, стр. 255]. Исходя из частоты, выбираем h=0.3 мм.

Сопротивление постоянному току цилиндрической катушки с зигзагообразной намоткой равно:

[1, ф.4-36]

Сопротивление катушки току высокой частоты без учёта вносимого сопротивления равно:

, [1, ф.4-64]

F (z), G (z) выражаются через функции Бесселя и для медного провода определяются [1, табл.4-5]

z=0.106

F(z)=1,042                        G(z)

Общее сопротивление .

Добротность экранированной катушки

Выбор материала

В качестве используемого материала для изготовления каркаса для катушки используем полистирол, так как этот материал экономически более выгоден и прост в изготовлении. На технические параметры многослойных катушек, материал каркаса, как правило, влияния не оказывает [4, стр.167].

Вывод:

При выполнении данного расчетно – графического задания были получены навыки, необходимые при разработке таких элементов радиоэлектронной аппаратуры, как катушки индуктивности.

Литература

1.  Волгов В. А Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. М.: Высшая школа,1975 г.

2.  Фрумкин Г. Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. М.: Высшая школа,1985 г.

3.  Немцов М. В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М.: Энергоатомиздат, 1989 г.

4.  Фролов А.Д Радиодетали и узлы. М.: Высшая школа,1975 г

Индуктивность катушки с использованием параметров

Хотя я уверен, что есть много изящных способов сделать это, мой ум всегда просто придумывает «быстро и грязно»!
Моя первая мысль была ..
Вы можете смоделировать его на определенной частоте и найти полное сопротивление точки питания. Проблема в том, что вы не знаете, какая часть реактивной (т.е. комплексного числа) части состоит из (отрицательного) вклада C, а какая — из положительной части L.

Диаграмма Смита ходит по кругу? Хорошо, я знаю, что вы можете просто выбрать две точки на разных частотах на графике и поиграть с комплексными числами, но мне нравится более легкая жизнь.2) * C

На этом этапе, вероятно, есть целый ряд вещей, которые можно сделать. Может быть, даже есть какой-нибудь симпатичный способ заставить HFSS растянуть его за вас. Если вы не против манипулировать комплексными числами, просто получите импеданс на какой-нибудь новой частоте.

Для меня я бы использовал тот же трюк, что и в случае с Q-метрами HF. Просто временно добавьте немного искусственного (идеального) Cx через катушку в точках питания и снова выполните развертку, чтобы найти новый низкочастотный резонанс.

Теперь у вас есть два уравнения для двух неизвестных, которые легко решить.2) / [(freq1-freq2) * (freq1 + freq2)]
Легко! Две резонансные частоты, и вы все знаете справа.

Этот C будет эквивалентом C для межвитковой емкости, распределенной между всеми витками.
Может быть, получить полную модель просто (временно) за два оборота ??

Действительно правдивая модель могла бы быть немного более сложной, с некоторой емкостью между витками, а некоторая часть — частью C запасенной энергии в пространстве ближнего поля. Будет некоторое количество L, которое хранится аналогичным образом.Такая открытая катушка в некоторой степени является излучающим антенным объектом. Поднесение руки, экрана или чего-либо еще к нему повлияет на него. Я действительно не хочу туда идти.

или .. может быть, мы сможем использовать один из многих онлайн-калькуляторов — очень заманчиво ..
https://www.deepfriedneon.com/tesla_f_calchelix.html
https://hamwaves.com/antennas/inductance.html

Проблема в расчете индуктивности из моделирования Sp — ADS

Вы процитировали мое заявление, поэтому позвольте мне попытаться объяснить различные концепции.

Начнем с индуктивности. Ниже представлена ​​упрощенная модель эквивалентной схемы для индуктора в кремниевой технологии. Когда мы хотим извлечь индуктивность, нам нужно определить, какое значение индуктивности мы имеем в виду: значение Ls сердечника? Эффективное значение с паразитами? Для подключения к какому порту, потому что это дает разные эффективные значения?

Если мы являемся инженером по моделированию PDK, нам может потребоваться базовое значение Ls (исключая параитики). Что касается схемотехники, нас больше интересует эффективное значение последовательной индуктивности, которое включает все эффекты (включая паразитные).В кремниевых технологиях индукторы в цепи резервуара обычно управляются в режиме , дифференциал , поэтому нам нужно эффективное значение для этой конфигурации от 1+ до 1-:

Уравнение из моего приложения преобразует 2-портовые параметры (один порт на каждом конце индуктора) в 1-портовый параметр, измеренный между двумя клеммами. Результат для индуктивности такой же, как при прямом моделировании как 1-портовый, а затем с использованием L = imag (Z_ind) / (omega). Однако преимущество использования 2-портовых ЭМ-данных при моделировании схемы состоит в том, что они действительны как для дифференциального, так и для синфазного возбуждения (и их комбинации).Вот почему я предпочитаю симуляцию с 2 портами (данные для симуляции схемы) и вместо того, чтобы делать другую симуляцию с 1 портом для построения параметров дифференциальной катушки индуктивности, которые вычисляются с помощью Zseries = (Z11 * Z22 — Z12 * Z21) / Z21

У меня есть вопрос, чем отличается функция Z11 от stoz () от функции Zin, которая рассчитывается на основе S11, и другой вопрос — что означает Zseries и почему мы используем этот импеданс для расчета индуктивности. Я обнаружил, что индуктивность, рассчитанная по Zseries и Zin, очень похожа, и эти результаты больше отличаются от индуктивности, определенной по Z11_stoz.

Как объяснено выше, схема, использующаяся в Si-технологии, представляет собой дифференциальный привод индуктора. Если вы измеряли в порту 1, а порт 2 был подключен к сопротивлению 50 Ом, влияние паразитных параметров будет другим. Вот почему оценка параметров индуктора должна выполняться для реальной модели работы, то есть дифференцированно между выводами индуктора для использования дифференциальной схемы.

Надеюсь, теперь это имеет смысл?

С уважением
Volker

Основы индуктивности

: структура, параметры и измерения

Катушки индуктивности — это компоненты, которые могут преобразовывать электрическую энергию в магнитную и накапливать ее.Индуктор обычно состоит из каркаса, обмотки, магнитопровода, железного сердечника, экранирующего корпуса и корпуса. Обычно используемые индукторы представляют собой регулируемые индукторы и дросселирующие индукторы. В цепи индуктивность препятствует прохождению переменного тока и пропускает постоянный ток.

Каталог

I Структура индуктора

Индуктор обычно состоит из каркаса, обмотки, магнитопровода, железного сердечника, экранирующего корпуса и корпуса.

1. Каркас

Каркас обычно относится к кронштейну для намотки. Большинство эмалированных проводов больших фиксированных катушек индуктивности или регулируемых катушек индуктивности (таких как колебательные катушки, дроссельные катушки и т. Д.) Наматываются на каркас, а затем магнитопровод, медный сердечник или железный сердечник и т. Д. Устанавливаются во внутреннюю часть. полость каркаса для увеличения индукторов.

Как правило, каркас изготавливается из пластика, бакелита и керамики и может иметь различную форму в соответствии с потребностями.Небольшие индукторы (например, индукторы с цветовым кодом) не имеют каркаса, а эмалированные провода непосредственно наматываются на магнитный сердечник. Для индукторов с воздушным сердечником нет магнитного сердечника, каркаса и экранирующего кожуха. Проволока сначала наматывается на форму, затем форма удаляется, и между витками остается определенное расстояние.

2. Обмотка

Обмотка относится к группе катушек с заданными функциями, которая является основным компонентом индуктора. Обмотка делится на однослойные и многослойные. Однослойные обмотки можно разделить на плотную обмотку и пространственную обмотку, а многослойную обмотку можно дополнительно разделить на плоскую обмотку, случайную обмотку и сотовую обмотку.

A n I nductor

3. Магнитный сердечник и магнитный стержень

Магнитный сердечник и магнитный стержень обычно изготавливаются из феррита Ni-Zn и феррита Mn-Zn материалы, которые обычно имеют форму столба, колпака или банки.

4. Железный сердечник

Материал железного сердечника в основном включает лист кремнистой стали, пермаллой и т. Д., И его форма в основном относится к типу «E».

5. Защитный кожух

Чтобы магнитное поле, создаваемое некоторыми индукторами, не влияло на нормальную работу других цепей и компонентов, добавлена ​​металлическая крышка экрана (например, колеблющаяся катушка полупроводникового радиоприемника). Использование экранирующего кожуха увеличит потери в катушке и снизит значение добротности.

6. ​​Упаковка

После того, как индукторы намотаны, катушки и магнитопроводы залиты пластиком или эпоксидной смолой.

II Общие типы индукторов

1. Регулируемый индуктор

Обычно используемые регулируемые катушки индуктивности включают колебательные катушки для полупроводниковых радиоприемников, горизонтальные колебательные катушки для телевизоров, горизонтальные линейные катушки, катушки ловушки промежуточной частоты, катушки компенсации частоты для акустика и дроссельные катушки.

(1) Осциллирующая катушка для полупроводниковых радиоприемников

В полупроводниковом радиоприемнике колебательная катушка соединена с переменным конденсатором для генерации локального колебательного сигнала выше 465 кГц для входного радиосигнала, принимаемого устройством. схема настройки. Наружная часть представляет собой металлический экран, а внутренняя часть состоит из нейлоновой подкладки, Н-образного магнитопровода, магнитного колпачка и вывода для штифта. На Н-образном сердечнике размещены обмотки с высокопрочным эмалированным проводом.Магнитный колпачок установлен на нейлоновой раме внутри щита, который можно вращать вверх и вниз. Изменяя расстояние между крышкой и катушкой, мы также можем изменить индуктивность.

(2) Горизонтальные колебательные катушки для телевизора

Горизонтальные колебательные катушки использовались в ранних черно-белых телевизорах, которые могли формировать самовозбуждающиеся колебательные контуры (трехточечный генератор, прерывистый генератор или мультивибратор) с периферийным резистором -конденсаторные блоки и транзисторы строчной развертки для генерации прямоугольного импульсного сигнала напряжения 15625 Гц.

В центре магнитопровода имеется квадратное отверстие, в которое непосредственно вставляется ручка регулировки линейной синхронизации. Поворачивая ручку регулировки, мы можем изменить относительное расстояние между сердечником и катушкой, тем самым изменив индуктивность катушки и сохранив частоту колебаний линии на уровне 15625 Гц. Таким образом, эта частота колебаний с импульсом синхронизации линии, посылаемым схемой автоматического управления частотой (AFC), будет генерировать асинхронные колебания.

Блок-схема приемника с автоматическим регулированием частоты

(3) Горизонтальная линейная катушка

Горизонтальная линейная катушка представляет собой катушку индуктивности нелинейного магнитного насыщения, индуктивность которой уменьшается с увеличением тока. Обычно он включается последовательно в цепь катушки отклонения линии, чтобы компенсировать линейное искажение изображения с его характеристиками магнитного насыщения.

Горизонтальная линейная катушка намотана эмалированными проводами на Н-образный высокочастотный ферритовый сердечник или ферритовый стержень, а рядом с катушкой установлен регулируемый постоянный магнит. Регулируя относительное положение постоянного магнита и катушки, мы можем изменить размер индуктивности катушки, чтобы добиться линейной компенсации.

2. Дроссели индуктивности

Дроссели индуктивности относятся к индуктивным катушкам, используемым для блокировки пути переменного тока в цепи,

Они разделены на высокочастотную дроссельную катушку и низкочастотную дроссельную катушку.

(1) Высокочастотная дроссельная катушка

Высокочастотная дроссельная катушка используется для предотвращения возникновения высокочастотных переменных токов.Он работает в высокочастотных цепях и в основном имеет полые или ферритовые сердечники. Каркас изготавливается из керамических материалов или пластмассы, а катушки намотаны с сотовой сегментной обмоткой или с многослойной плоской сегментной обмоткой.

Дроссели индуктивности

(2) Низкочастотная дроссельная катушка

Низкочастотная дроссельная катушка используется в токовой цепи, звуковой цепи или цепи полевого выхода. Его функция заключается в предотвращении прохождения низкочастотного переменного тока.

Обычно низкочастотная дроссельная катушка, используемая в аудиосхеме, называется звуковой дроссельной катушкой, низкочастотная дроссельная катушка, используемая в выходной цепи возбуждения, называется дроссельной катушкой возбуждения, а та, которая используется в схеме фильтра тока, является названа сглаживающая дроссельная катушка.

В низкочастотных дроссельных катушках обычно используется сердечник из листового железа из кремнистой стали E-образной формы, сердечник из пермаллойного железа или ферримагнитный сердечник. Чтобы предотвратить магнитное насыщение, вызванное большим постоянным током, во время установки в сердечнике следует оставить соответствующий зазор.

III Характеристики и функции

1. Характеристики

Катушка индуктивности полностью противоположна свойствам конденсатора. Он может препятствовать прохождению переменного тока и обеспечивать беспрепятственное прохождение постоянного тока.

Когда сигнал постоянного тока проходит через катушку, сопротивление — это сопротивление самого провода, а падение напряжения очень мало. Когда сигнал переменного тока проходит через катушку, самоиндуцированная электродвижущая сила будет генерироваться на обоих концах катушки.Направление самоиндуцированной электродвижущей силы противоположно направлению приложенного напряжения, препятствуя прохождению переменного тока. Чем выше частота, тем больше сопротивление катушки.

Катушки индуктивности часто работают с конденсаторами в цепях для формирования LC-фильтров, LC-генераторов и т. Д. Кроме того, люди также используют характеристики катушек индуктивности для производства дроссельных катушек, трансформаторов, реле и т. Д.

2. Функция s

В схеме индуктивность в основном играет роль фильтрации, генерации, задержки и режекции.Кроме того, он также может фильтровать сигнал и шум, стабилизировать ток и подавлять помехи электромагнитных волн.

Самая распространенная функция катушки индуктивности в цепи — это формирование цепи LC-фильтра вместе с конденсаторами. Если через цепь LC-фильтра проходит постоянный ток с множеством сигналов помех, то сигнал помехи переменного тока будет преобразован индуктором в тепловую энергию. Проще всего препятствовать передаче сигнала с более высокой частотой, тем самым подавляя сигнал помехи с более высокой частотой.

IV Параметры индукторов

Основными параметрами индуктора являются индуктивность, допустимое отклонение, добротность, распределенная емкость и номинальный ток.

1. Индуктивность

Индуктивность также называется коэффициентом самоиндукции, который представляет собой физическую величину, которая представляет способность к самоиндукции катушки индуктивности.

Значение индуктивности в основном зависит от количества витков катушки, способа намотки, наличия магнитопровода и материала магнитопровода и т. Д.

Обычно, чем больше количество витков катушки, тем плотнее катушки и тем больше индуктивность. Катушка с магнитопроводом имеет большую индуктивность, чем катушка без магнитопровода. Катушка с большей магнитной проницаемостью будет иметь большую индуктивность.

Основной единицей индуктивности является Генри, которая обозначается буквой «H». Другими часто используемыми единицами измерения являются миллигенри (мГн) и микрогенри (мкГн), и соотношение между ними:

2.Допустимое отклонение

Допустимое отклонение относится к допустимому отклонению между номинальной индуктивностью и фактической индуктивностью.

Как правило, индуктор, используемый в схемах генерации или фильтрации, требует высокой точности, поэтому допустимое отклонение составляет ± 0,2% — ± 0,5%, в то время как точность катушек, используемых для связи и высокочастотного дросселя, невысока, поэтому Допустимое отклонение обычно составляет ± 10% — 15%.

3. Фактор качества

Фактор качества, также известный как значение Q или оптимальное значение, является основным параметром для измерения качества индуктора.

Это отношение индуктивности к эквивалентному сопротивлению потерь, когда катушка индуктивности работает при переменном напряжении определенной частоты.

Чем выше значение добротности катушки индуктивности, тем меньше потери и выше эффективность.

Добротность индуктора связана с сопротивлением постоянному току проводов катушки, диэлектрическими потерями в корпусе катушки и потерями, вызванными железным сердечником и экранирующим корпусом.

4. Распределенная емкость

Распределенная емкость — это емкость между витками катушки, между катушкой и магнитным сердечником, между катушкой и землей, а также между катушкой и металлом.

Чем меньше распределенная емкость индуктора, тем лучше его стабильность. Распределенная емкость может увеличить эквивалентное сопротивление потерь и добротность.

А для уменьшения распределенной емкости обычно используются провода с шелковым покрытием или многожильные эмалированные провода, иногда также применяется метод сотовой намотки.

Эмалированные провода

5. Номинальный ток

Номинальный ток — это максимальное значение тока, которое индуктор может выдержать в допустимых рабочих условиях.

Если рабочий ток превышает номинальный, рабочие параметры индуктора изменятся из-за нагрева, и индуктор даже сгорит из-за перегрузки по току.

V Расчетная формула

1. Общая формула

L индуктивность;

мк 一 магнитная проницаемость магнитопровода;

Ae площадь поперечного сечения магнитопровода;

Н 一 количество витков катушки;

I 一 длина магнитного пути магнитопровода.

2. Эмпирическая формула

L 一 индуктивность, в Генри (Гн)

μ0 вакуумная проницаемость. μ0 = 4π * 10-7

мкс 一 относительная магнитная проницаемость магнитопровода. Для катушки с воздушным сердечником μs = 1.

Н 一 количество витков катушки;

S 一 площадь поперечного сечения катушки в квадратных метрах

I 一 длина катушки в метрах

k 一 коэффициент зависит от отношения радиуса (R) к длине (l) катушка.

VI Измерение индуктивности

1. Процедуры измерения

Типы приборов для измерения индуктивности: измеритель RLC (сопротивления, индуктивности и емкости) и измеритель индуктивности.

Метод измерения: измерение с током холостого хода (теоретическое значение) и измерение в реальной цепи (фактическое значение).

Здесь мы обсуждаем измерение холостого хода с помощью измерителя RLC. Ниже приведены конкретные процедуры измерения:

(1) Ознакомьтесь с инструкциями и мерами предосторожности, применяемыми к прибору.

(2) Включите глюкометр и дайте ему подготовиться в течение 15-30 минут.

(3) Выберите передачу L и выберите измерение индуктивности.

(4) Сожмите два зажима вместе и установите их на ноль.

(5) Зажмите два зажима на обоих концах индуктора, считайте значение и запишите индуктивность.

(6) Повторите шаги 4 и 5 для записи 5-8 данных.

(7) Сравните эти измеренные значения: если разница невелика, возьмите среднее значение как теоретическое значение индуктора; если разница слишком велика, повторите шаги со 2 по 6, пока не получите теоретическое значение.

Примечание. Поскольку параметры индуктивности, измеряемые разными приборами, будут несколько отличаться, перед измерением необходимо ознакомиться с приборами. Поняв конкретные функции счетчика, мы можем работать в соответствии с инструкциями.

Измеритель RLC

2. Метод маркировки на принципиальной схеме

(1) Метод прямой маркировки

Основные параметры, такие как индуктивность, допустимый допуск и максимальный рабочий ток индуктора Катушка имеет прямую маркировку цифрами и словами на корпусе катушки индуктивности.

(2) Маркировка с цветом Код

В этом методе для обозначения индуктивности в мГн используется цветовое кольцо. Первое и второе кольца представляют собой значащие цифры, третье кольцо представляет множитель, а четвертое кольцо представляет допуск.

M arking with Color Код

3. Оцените производительность

(1) Измерьте индуктор с помощью мультиметра.Установите шестерню на место диода зуммера, наденьте испытательный провод на два контакта и прочитайте номер.

(2) Для индукторов микросхемы показание должно быть нулевым. Если показание слишком велико или бесконечно, это означает, что индуктор поврежден.

Для индуктора с большим количеством витков катушки и коротким диаметром провода показание будет достигать десятков и нескольких сотен Ом, но обычно сопротивление катушки постоянному току составляет всего несколько Ом.

4. Меры предосторожности

(1) Значение индуктивности стального сердечника и обмотки элемента индуктивности легко изменить при повышении температуры, необходимо поддерживать температуру индуктора в пределах диапазона спецификаций.

(2) Электромагнитное поле легко сформировать после прохождения тока через обмотку индуктора. Когда мы размещаем компоненты, необходимо держать индукторы подальше друг от друга или держать группы обмоток под прямым углом друг к другу, чтобы уменьшить величину индукции между собой.

(3) Между слоями обмотки индуктора, особенно обмоткой с многооборотными и тонкими линиями, будет зазор, который вызовет обход высокочастотного сигнала и снизит фактический эффект фильтрации индуктора.

(4) Когда мы измеряем значение индуктивности и значение Q с помощью измерителя, измерительный провод должен находиться как можно ближе к корпусу компонента, чтобы получить правильные данные.

VII Индуктор VS. Магнитный шарик

1. Индуктор является элементом накопления энергии, а магнитный шарик — устройством преобразования (потребления) энергии;

2. Катушка индуктивности в основном используется в цепи фильтра источника питания, а магнитный шарик в основном используется для ЭМС (электромагнитной совместимости) в сигнальной цепи;

3. Магнитные шарики в основном используются для подавления электромагнитных помех, а индукторы — для подавления проводящих помех. Оба могут использоваться для решения проблем EMC и EMI (электромагнитных помех).

Существует два пути электромагнитных помех: излучение и проводимость. Для разных путей применяются разные методы подавления. Для первых используются магнитные шарики, а для вторых — индуктивность.

4. Магнитные шарики используются для поглощения сигналов УВЧ (сверхвысоких частот).Магнитные шарики часто добавляются во входную часть некоторых радиочастотных цепей, PLL (Phase Locking Loop), колебательного контура, включая схему памяти UHF (DDR SDRAM, RAMBUS и т. Д.). Индукторы — это элементы накопления энергии, используемые в колебательных контурах LC и цепях фильтров низкой и средней частоты (редко превышающих 50 МГц);

5. Индуктор обычно используется для согласования цепей и контроля качества сигнала при заземлении и подключении источника питания. Магнитные бусины обычно используются вместо AGND (аналоговая земля) и DGND (цифровая земля).Они также используются для сигнальных линий.

Размер шарика (или характеристическая кривая шарика) зависит от частоты интерференционной волны, которую шарик должен поглотить.

Связанная статья:

Обзор синфазных дросселей

Help

Help

Описание кнопок и редактируемых полей

Интерфейс

IMODEL 2.0 состоит из нескольких редактируемых полей и кнопок, которые перечислены в меню, показанном ниже.Нажимая на каждый из них, вы получаете доступ к объяснению его функций.

Интерфейс IMODEL 2.0

На основе параметрической модели был разработан алгоритм, который ищет катушку с максимально возможным коэффициентом качества для частоты и индуктивности, которые пользователь должен ввести в соответствующее поле. Вы также должны указать допуск, разрешенный в индуктивном значении для выполнения поиска, и количество металлов, использованных в конструкции катушки.

Количество металлов — один из основных элементов выбора этого инструмента. В нем вы можете выбрать, соответствует ли выбранная параметрическая модель:

• Катушки индуктивности, спираль которых будет состоять из одного металла, верхнего слоя, доступного в используемой технологии. Металл непосредственно под ним будет соответствовать металлу, используемому в качестве подземного перехода. Это будет вариант 1 Металла.
• Катушки индуктивности, спираль которых будет состоять из двух параллельных верхних металлических слоев технологии.Нижний также будет использоваться в подземном переходе. Это будет вариант из 2х металлов.

Необходимо определить количество металлов и частоту для расчета эквивалентных параметров модели и представления индуктивности и добротности.

Перейти в меню

Редактируемые входные параметры

Эти параметры указывают начальную и конечную частоту, необходимую для графического представления индуктивности и добротности (задача, которая выполняется путем щелчка на , представьте L и Q ).

Перейти в меню

Возможность редактирования развертки по частоте

С помощью этих редактируемых элементов можно указать значения:

Внешний радиус r (в м)

Ширина гусеницы w (в м)

Расстояние между гусеницами с (м)

Количество витков n

Необходимо определить эти параметры для расчета элементов эквивалентной модели Pi ( Вычислить параметры модели, кнопка ), когда дело доходит до представления индуктивности и добротности ( Представляют L и кнопку Q ) и, наконец, когда пользователь хочет сгенерировать файл CIF с требуемым макетом катушки (кнопка «Создать CIF »).

С другой стороны, значение этих параметров рассчитывается и отображается в интерфейсе при поиске индуктора с максимальной добротностью ( Поиск максимального Q кнопка).

Определение геометрических параметров
Представление геометрических параметров Перейти в меню

При нажатии Искать максимум Q кнопка IMODEL 2.0 ищет катушку с наивысшим коэффициентом качества Q среди катушек, отвечающих указанным требованиям частоты и индуктивности.

Найденная катушка определяется геометрическими параметрами, параметрами эквивалентной модели, рассчитанной индуктивностью и добротностью. Все эти значения отображаются в интерфейсе.

Кнопка поиска индуктора с наибольшей добротностью Q

Следующие шаги:

1. Пользователь определяет значения индуктивности и частоты, при которых требуется получить максимальное значение Q.Кроме того, необходимо указать допуск, разрешенный при расчете значения индуктивности, и количество металлов, которые вы хотите использовать для конструкции катушки
.
2. После того, как предыдущие значения зафиксированы, IMODEL 2.0 выполняет поиск максимального коэффициента Q по всем геометрическим комбинациям, которые создают желаемую индуктивность. Геометрические параметры определяются между установленным максимумом и минимумом, за исключением расстояния между дорожками (дорожками), установленного для минимального значения 1.5м:

• Внешний радиус: от 25 до 300 м.
• Количество оборотов: от 1,5 до 15,5 оборотов.
• Расстояние между гусеницами: 1,5 м.
• Ширина гусениц: от 5 до 50 м.

Наконец, выбранная геометрическая комбинация (r, w, s n), максимальный коэффициент качества Q, найденный вместе с рассчитанной индуктивностью, и унитарные элементы эквивалентной модели Pi показаны в интерфейсе. Перейти в меню

При нажатии кнопки Рассчитать параметры модели необходимо, чтобы пользователь указал геометрические параметры, частоту и количество металлов, чтобы он мог рассчитать значение унитарных элементов, которые определяют эквивалентную схему интегральной катушки индуктивности. .После расчета они отображаются на экране вместе с индуктивностью и добротностью, рассчитанными с использованием этих унитарных элементов.

Перейти в меню

Расчет элементов эквивалентной модели

Значение этих параметров отображается при поиске катушки индуктивности с более высоким коэффициентом качества для рабочей частоты и указанной индуктивности ( Кнопка поиска максимального Q ), а также при вычислении эквивалентных параметров модели для требуемой геометрии.( Кнопка расчета параметров модели ).

Перейти в меню

Расчет индуктивности и добротности

При нажатии на Представить L и Q открывается новое окно с двумя графиками, в котором отображаются индуктивность и коэффициент качества, рассчитанные на основе геометрических параметров (r, w, s, n), указанных пользователем. Эти графики, в свою очередь, будут определены в диапазоне между минимальной и максимальной частотой, предложенной при развертке.Эта функция также учитывает возможность включения индукторов с двумя верхними металлическими слоями технологии параллельно.

Кнопка для отображения индуктивности и добротности требуемой катушки

Перейти в меню

Графики индуктивности и добротности

Вкл. При нажатии кнопки Generate CIF создается файл типа CIF с указанием спиральной траектории в соответствии с указанными геометрическими параметрами, направлением вращения и указанным числом сторон .

Файл содержит список точек, соответствующих декартовым координатам концов дорожек, объединение которых приведет к рисованию спирали. Сгенерированный план также будет включать подземный переход и дорогу, которая соединяет его со спиралью. Этот файл, который был импортирован в соответствующую программу, такую ​​как CADENCE, приведет к компоновке рассматриваемой катушки.

Число витков обычно представляет собой полуцелое число (1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5 …), потому что соединения индуктора с контактными площадками или остальной частью цепи обычно находятся на противоположных концах одной и той же цепи. однако также рассматривается случай катушек с этим параметром, пропорциональным четверти оборота, т.е.е., кратные 0,25 (2,25, 2,5, 2,75, 3,0, 3,25, 3,5 …).

Когда дело доходит до создания схемы катушки, рассматривается только вариант спиралей с одним металлическим слоем, что означает использование верхнего технологического слоя для спирали и непосредственно нижнего слоя для подземного перехода.

Перейти в меню

Меню для создания файла CIF

IMODEL 2.0 открыт для использования с любой технологией, хотя по умолчанию он установлен для UMC 0.18м техника.

Вкл. При нажатии кнопки Технологические параметры появляется новый интерфейс, в котором пользователь может редактировать различные параметры, связанные с технологией. Эти параметры относятся к толщине металлических слоев, относительным расстояниям и удельному сопротивлению. Кроме того, вы можете изменить значение константы, используемой в параметрической модели, чтобы увидеть ее влияние на расчет параметров катушки. После того, как эти параметры были отредактированы в соответствующих полях, пользователь должен нажать кнопку Сохранить , чтобы изменения вступили в силу.

Интерфейс технологических параметров
Кнопка доступа к интерфейсу технологических параметров

Толщина верхнего металла означает толщину в микрометрах верхнего металла технологии, металлический слой 6 технологии по умолчанию 0,18 м UMC. Этот слой используется для формирования спирали, если вы выбираете вариант использования металла, и вместе с металлом непосредственно под ним, если вы решаете использовать два металла.

Толщина нижнего металла относится к толщине в микрометрах слоя, расположенного непосредственно под верхним слоем технологии, металла 5 для случая технологии UMC 0. 18м. Он будет использоваться для формирования спирали вместе с верхним металлом, если вы выберете вариант из двух металлов, и во всех случаях он будет использоваться для создания подземного перехода.

Расстояние между верхним металлом и подложкой означает расстояние в микрометрах от верхнего слоя металла до полупроводниковой подложки.

Расстояние между верхним металлом и вторым металлом означает толщину в микрометрах оксида между верхним металлом и непосредственно нижним, между металлом 6 и металлом 5 в случае технологии по умолчанию.

Толщина подложки означает толщину полупроводниковой подложки в микрометрах.

Удельное сопротивление верхнего металла и Удельное сопротивление второго металла относится к удельному сопротивлению в Ом / квадрат для верхнего и нижнего металла соответственно.

Наконец, спираль K относится к эмпирической константе для спиральных катушек, которые зависят от технологии

Если пользователь изменил значения любого из этих параметров, но вы хотите получить значения из предыдущей технологии, UMC 0,18m, нажмите кнопку Reset , а затем кнопку Save , чтобы обновить эти значения. эффективный.

Перейти в меню

Вспомогательные кнопки, которые вы можете найти в интерфейсе: Help , Reset и Close .

Нажав кнопку Help , вы получите доступ к этому руководству пользователя, которое отвечает за объяснение различных текстовых полей и функций кнопок этого инструмента. Сброс отвечает за обновление страницы, инициализируя значения по умолчанию. Кнопка Close закрывает окно, в котором запущено приложение, а также удаляет все созданные переменные.

Перейти в меню

Вспомогательные кнопки

Что такое индуктор — его работа, параметры, факторы и применение

Индуктор и его работа, параметры, факторы и применения

Катушка индуктивности — один из наиболее часто используемых электрических компонентов в цепи.Его называют дросселем, змеевиком или реактором.

Индуктор:

Катушка индуктивности — это пассивный электрический компонент с двумя выводами, который накапливает энергию в магнитном поле . Это магнитное поле создается за счет протекания через него тока.

Он в основном состоит из катушки, окружающей сердечник. Каждая катушка по сути является индуктором. Изменение тока через катушку создает вокруг нее магнитное поле. Это магнитное поле, согласно закону Ленца , индуцирует ЭДС на катушке, противоположную направлению входного тока.Таким образом, индуктор препятствует любому изменению тока питания.

Индуктивность:

Индуктивность — это способность или свойство индуктора создавать электродвижущую силу (ЭДС или напряжение) из-за изменения электрического тока.

Это отношение напряжения к скорости изменения тока через катушку индуктивности.

L = V / (di / dt)

Единицей индуктивности СИ является Генри , названная в честь американского ученого Джозефа Генри. Его эквивалент — Вебер / Ампер.

1 Генри — это величина индуктивности, когда изменение тока в катушке на 1 ампер в секунду создает ЭДС в 1 вольт. Он обозначается как H.

Индуктивность катушки индуктивности зависит от многих факторов, которые вкратце обсуждаются ниже. Индукторы обычно имеют индуктивность от 1 мкГн до 20Гн.

Обозначение индуктора:

Существуют различные типы индукторов. На схеме они обозначены различными символами. Обозначения некоторых индукторов приведены ниже:

Работа индуктора:

Согласно правилу электромагнетизма, Закон Эрстеда , когда постоянный ток проходит через прямой проводник, он создает вокруг него магнитное поле.Сила магнитного поля зависит от тока питания. Если ток через проводник изменить, результирующее магнитное поле также изменится. Создаваемое магнитное поле перпендикулярно проводнику.

Направление создаваемого магнитного поля можно определить с помощью правила для правой руки Флеминга или правила для правой руки. Согните палец, как будто держите проводник, и направьте большой палец в сторону тока. Большой палец показывает направление тока, в то время как фигурные пальцы показывают направление магнитного поля вокруг проводника.

Как известно, индуктор — это проводник, обернутый в виде катушки. Изменяющееся магнитное поле создается путем изменения тока, проходящего через него. Изменяющееся магнитное поле заставляет магнитные линии пересекать часть проводника, что индуцирует ЭДС в проводах. Это явление известно как самоиндукция.

Согласно Ленцу, эта ЭДС, индуцированная в катушке, противоположна по направлению току питания и препятствует любому изменению тока питания. Чем выше скорость изменения тока питания, тем выше скорость изменения магнитного поля и сильнее противодействующий индуцированный ток.

Проще говоря, реактивное сопротивление (сопротивление) индуктора увеличивается с увеличением частоты питающей сети. Он увеличивается до такой степени, что полностью блокирует входной ток. Таким образом, катушка индуктивности блокирует переменный ток, в то время как она ведет себя как замыкающая цепь для постоянного тока.

Параметры индуктора:

Параметры любого электронного компонента определяют его производительность и использование. Это дает нам представление о том, как и в какой схеме следует использовать эти компоненты.Некоторые параметры катушки индуктивности приведены ниже:

Сопротивление постоянному току (DCR):

Сопротивление катушки индуктивности для постоянного тока называется сопротивлением постоянному току.

В идеале, индуктор не должен иметь сопротивления постоянному току (DCR), но имеет тенденцию иметь некоторое сопротивление на уровне сигналов 0 Гц или около него. В схеме это моделируется как отдельное последовательное сопротивление с индуктором.

Чтобы измерить сопротивление катушки индуктивности постоянному току, подайте постоянное напряжение и измерьте ток через него. Затем рассчитайте сопротивление, используя закон Ома для заданных напряжения и тока.

R _DC = V / I

Обычно это около нескольких Ом. Сопротивление индуктивности постоянному току зависит от длины и площади поперечного сечения используемого провода. Он ниже для катушек индуктивности с низкой стоимостью и выше для катушек с высокой номинальной мощностью.

Ток насыщения:

По сути, увеличение тока через катушку, намотанную вокруг ферромагнитного сердечника, увеличивает создаваемый в нем поток. В определенный момент сердечник полностью насыщается, и увеличение тока не приводит к увеличению потока в сердечнике.Таким образом, ток, при котором сердечник становится насыщенным, известен как ток насыщения катушки индуктивности.

Превышение тока насыщения снижает проницаемость сердечника. Это впоследствии приводит к резкому уменьшению индуктивности катушки индуктивности. Снижение индуктивности при токе насыщения составляет от 10 до 20%.

Помните, что только ферромагнитные материалы могут иметь внутри магнитный поток. Таким образом, индуктор с воздушным сердечником не имеет тока насыщения.

Номинальный ток:

Это максимальный номинальный ток, который провод, используемый в обмотке индуктора, может выдерживать при определенной температуре.Индуктор может безопасно работать при этом номинальном токе без повреждения обмотки.

Превышение номинального тока индуктора приведет к термическому повреждению изоляции обмоток, вызывая короткое замыкание витков (что в конечном итоге приведет к разрушению всего устройства).

Установившийся ток через индуктор не должен превышать номинальный ток индуктора.

Проницаемость сердечника:

Проницаемость сердечника играет жизненно важную роль в индуктивности катушки индуктивности.Увеличение проницаемости сердечника увеличивает индуктивность. Размер, форма и материал сердечника влияют на индуктивность.

Собственная емкость:

Как мы знаем, в катушке индуктора есть несколько витков. Между каждым из этих витков есть емкость, потому что витки находятся в непосредственной близости и имеют другой потенциал (только в переменном токе, потому что в постоянном токе обмотка короткая).

При увеличении частоты увеличивается индуктивное реактивное сопротивление и уменьшается емкостное реактивное сопротивление.Благодаря чему катушка индуктивности работает как конденсатор.

Для уменьшения собственной емкости витки обмотки высокочастотных катушек индуктивности расположены далеко друг от друга.

Саморезонансная частота:

Как мы установили, между витками катушки есть емкость. Эта емкость создает параллельную LC-цепь.

При увеличении частоты наступает момент, когда индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению. Эта частота известна как резонансная частота.

Катушка индуктивности имеет очень высокий импеданс на резонансной частоте и выглядит как разомкнутая цепь.

Увеличение частоты выше резонансной приведет к уменьшению емкостного реактивного сопротивления, и катушка индуктивности начнет вести себя как конденсатор. Чтобы избежать этой проблемы, индукторы используются ниже их собственной резонансной частоты.

Потери мощности в индукторе:

Потери в меди

Потери, возникающие из-за сопротивления обмотки катушки индуктивности, называются потерями в меди.Эти потери зависят от тока, протекающего через катушку индуктивности.

Потери в меди = I ² R

Гистерезисные потери

Потери мощности из-за реверсивного магнитного поля в сердечнике называются гистерезисными потерями.

Во время положительного полупериода сердечник намагничивается и насыщается. Во время отрицательного полупериода сердечник не размагничивается немедленно, а тратит часть энергии в сердечнике.

Различные материалы сердечника имеют разные коэффициенты гистерезиса.Материалы с низким коэффициентом гистерезиса имеют низкие гистерезисные потери.

Потери на вихревые токи

Ток, индуцированный в сердечнике индуктора из-за окружающего его магнитного поля, называется вихревым током. Потери из-за этого тока называются потерями на вихревые токи.

Эти потери можно минимизировать, используя ламинированный сердечник.

Факторы, влияющие на индуктивность индуктора:

Индуктивность — это результат действия магнитного поля из-за силы тока на виток в катушке.Есть 4 основных фактора, которые влияют на индуктивность катушки индуктивности. Каждый из них подробно описан ниже;

Длина катушки:

Предположим, что все остальные факторы остаются неизменными, увеличение длины катушки уменьшает индуктивность катушки индуктивности.

Из-за увеличения длины катушки появляется большее сопротивление магнитному полю, создаваемому током на оборот.

Площадь поперечного сечения катушки

Если все остальные факторы остаются неизменными, увеличение площади поперечного сечения катушки увеличивает индуктивность катушки индуктивности.

Из-за увеличения площади поперечного сечения создается меньшее сопротивление создаваемому магнитному полю.

Число витков

Магнитное поле создается за счет протекания тока в этих витках, поэтому увеличение числа витков увеличивает общее магнитное поле. Таким образом увеличивается индуктивность катушки.

Проницаемость сердечника:

Проницаемость сердечника увеличивает магнитное поле катушки в сто раз.Таким образом, наличие сердечника с высокой магнитной проницаемостью увеличивает индуктивность той же катушки.

Типы индукторов

Вот подробный пост о различных типах индукторов, таких как соленоиды, дроссели, фиксированные и регулируемые индукторы, и их применения.

Применение индуктора

Частотно-селективные схемы (фильтры)

Катушка индуктивности вместе с резистором и конденсатором может использоваться в различных частотных фильтрах, таких как фильтр высоких и низких частот, полосовой и полосовой фильтр.

Эти частотные фильтры используются для отделения ненужной частотной составляющей от сигнала.

Связанные сообщения:

Схема настройки:

Индуктор в сочетании с конденсатором используется в схеме настройки в радио и телевидении и т. Д. Для выбора желаемой частоты.

Датчик:

Индуктор используется в датчиках для обнаружения объекта в непосредственной близости без какого-либо физического контакта. Катушка индуктивности, как мы знаем, создает вокруг себя магнитное поле, когда через нее протекает ток или любое изменение магнитного поля вызывает индуцированный ток в катушке индуктивности.

Любой металлический объект рядом с индуктором нарушает его магнитное поле. Изменение магнитного поля вызовет ток в катушке индуктивности. Любое изменение тока можно обнаружить, подключив его к цепи измерения тока. Таким образом, с помощью этой техники мы можем обнаружить любой металлический объект.

Индуктивный датчик приближения и датчик дорожного движения с индукционной петлей являются наиболее распространенными индуктивными датчиками. Оба они используются для обнаружения объекта, а последний используется для определения количества трафика на оживленном перекрестке.Данные трафика используются для эффективного управления сигналами.

Трансформаторы

Трансформатор — это, по сути, две отдельные катушки индуктивности, расположенные в непосредственной близости с общим сердечником, который использует магнитный поток, создаваемый одной катушкой, и индуцирует ЭДС в другой катушке за счет взаимной индукции.

Трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения при передаче энергии.

Электромагнитное реле:

Электромагнитное реле — это электронный переключатель, который имеет индуктивную катушку, которая создает магнитное поле, когда катушка находится под напряжением.Это магнитное поле сближает контакты клеммы, позволяя течь току.

Асинхронные двигатели

В асинхронных двигателях ротор вращается за счет вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Скорость его ротора зависит от вращающегося магнитного поля, которое зависит от частоты питания. Таким образом, единственный способ изменить скорость — использовать индуктор.

Связанное сообщение:

Как избежать насыщения индуктора в конструкции источника питания | Статья

.

СТАТЬЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на ваш почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Катушка индуктивности — важный компонент источника постоянного / постоянного тока.При выборе индуктора следует учитывать множество факторов, таких как значение индуктивности, DCR, размер и ток насыщения. Режим насыщения катушки индуктивности часто неправильно понимается и может вызвать проблемы. В этой статье будет рассмотрено, как насыщаются катушки индуктивности, как насыщение влияет на схему, а также методы определения насыщения катушек индуктивности.

Причины насыщения индуктора

Чтобы понять, как индуктор насыщается, см. Рисунок 1 и шаги для насыщения индуктора, описанные ниже:

• Когда ток проходит через катушку, показанную на Рисунке 1, катушка создает магнитное поле.
• Магнитопровод намагничивается полем, и его внутренний магнитный домен медленно вращается.
• Когда магнитопровод полностью намагничен, направление магнитных доменов согласовывается с магнитным полем. Даже если добавлено внешнее магнитное поле, сердечник не имеет вращающихся магнитных доменов. Это означает, что индуктор насыщен.

Рисунок 1: Диаграмма насыщения индуктора

Рисунок 2 показывает другую перспективу насыщения индуктора, а также уравнение, которое показывает, как плотность потока системы (B) и напряженность магнитного поля (H) могут влиять на индуктивность.

Когда плотность магнитного потока достигает BM, плотность магнитного потока больше не увеличивается с увеличением напряженности магнитного поля. Это означает, что индуктор насыщен.

Рассмотрим взаимосвязь между индуктивностью и магнитной проницаемостью (µ). Когда индуктор насыщен, µ значительно уменьшается; поэтому индуктивность будет значительно уменьшена, и способность подавить ток будет потеряна.

Рисунок 2: Кривая намагничивания и формулы

Советы по оценке насыщения индуктора:

Существует две категории оценки насыщения индуктора в практических приложениях: теоретические расчеты и экспериментальные испытания. Рисунок 3 суммирует эти методы.

Рисунок 3: Методы определения насыщения индуктора

Теоретические расчеты требуют расчета максимальной плотности магнитного потока или максимального тока индуктора. С другой стороны, экспериментальные испытания в основном сосредоточены на форме волны тока катушки индуктивности и других методах предварительной оценки. Эти методы описаны более подробно ниже.

Метод 1. Расчет плотности магнитного потока

Метод 1 подходит для сценариев, в которых магнитные сердечники используются для проектирования индукторов.Например, параметры сердечника включают длину магнитного пути (lE) и эффективную площадь (AE). Тип магнитного сердечника также определяет соответствующую марку магнитного материала, и для магнитного материала требуются соответствующие правила в отношении потерь в сердечнике и плотности магнитного потока насыщения (см. Рисунок 4) .

Рисунок 4: Параметры и характеристики индуктора

С помощью этих материалов мы можем рассчитать максимальную плотность магнитного потока в соответствии с фактическим расчетным сценарием. На рисунке 5 показаны формулы для расчета максимальной плотности магнитного потока.

Рисунок 5: Формулы плотности магнитного потока

На практике расчет можно упростить, и вместо µR можно использовать µI. По сравнению с плотностью потока насыщения магнитного материала, можно определить, подвержена ли расчетная индуктивность риску насыщения.

Метод 2: Расчет максимального тока индуктора

Этот метод подходит для проектирования схем с непосредственным использованием существующих катушек индуктивности.Различные топологии схем имеют разные формулы для расчета тока индуктора.

Возьмем, к примеру, импульсный преобразователь MP2145. Ток катушки индуктивности можно рассчитать по формулам, приведенным ниже, и сравнить результат расчета со значением, указанным в спецификации катушки индуктивности, чтобы определить, будет ли катушка индуктивности насыщена (см. Рисунок 6) .

Рисунок 6: Расчет максимального тока индуктора с помощью MP2145

Метод 3. Определить, насыщен ли индуктор кривой тока индуктора

Этот метод является наиболее распространенным и практичным, доступным инженерам.

Используйте инструмент моделирования MPSmart с MP2145. Из формы волны моделирования мы знаем, что, когда индуктор не насыщен, ток индуктора представляет собой треугольную волну с определенным наклоном. Когда катушка индуктивности насыщена, форма волны тока катушки индуктивности имеет значительные искажения, которые вызваны уменьшением степени насыщения (см. Рисунок 7).

Рисунок 7: Форма кривой тока индуктора для MP2145

Мы можем наблюдать искажение формы волны тока катушки индуктивности, чтобы определить, когда она станет насыщенной.

На рисунке 8 показана форма сигнала, измеренная на оценочной плате MP2145. После насыщения катушки индуктивности наблюдается очевидное искажение, что согласуется с результатами моделирования.

Рисунок 8: Форма сигнала оценочной платы MP2145

Метод 4: Измерьте аномальное повышение температуры индуктора и прислушайтесь к звуковым сигналам

Если вы не знаете модель сердечника системы, может быть сложно определить ток насыщения катушки индуктивности. Иногда бывает неудобно проверять ток индуктора, так как может потребоваться частичное снятие индуктора с печатной платы для измерения его тока.Еще одна хитрость — это измерение температуры индуктора с помощью тепловизора. Если температура значительно превышает расчетные, это может указывать на насыщение индуктора (см. Рисунок 9). Если вы поднесете ухо к индуктору и обнаружите, что он издает звуки, это также может указывать на его насыщение.

Рисунок 9: Измерение температуры индуктора с помощью тепловизора

При разработке источников питания с индукторами важно избегать насыщения индуктора.В этой статье объясняются некоторые из физических свойств, которые вызывают насыщение магнетиков, и приводятся уравнения для выбора правильного значения индуктивности для вашей схемы, объемные изображения того, как выглядят формы волны тока, когда индукторы становятся насыщенными, а также другие уловки для наблюдения за насыщением индуктора. в вашем приложении. Чтобы выбрать индуктор для вашего следующего дизайн-проекта, см. Наш новый каталог индукторов.

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Расчет индуктивности в понижающих повышающих преобразователях

В этом посте мы пытаемся понять метод определения размеров или расчета индуктивностей в схемах понижающего повышающего преобразователя, чтобы обеспечить оптимальную производительность этих устройств.

Мы возьмем пример типологий повышающего преобразователя IC 555 и понижающего преобразователя IC 555 и попытаемся понять методы оптимизации с помощью уравнений и ручной настройки для достижения наиболее оптимальной выходной характеристики этих конструкций преобразователей.

В нескольких моих предыдущих публикациях мы всесторонне изучили, как работают понижающие и повышающие преобразователи SMPS, а также вывели несколько фундаментальных формул для оценки таких важных параметров, как напряжение, ток и индуктивность в этих схемах преобразователя.

Вы можете подвести итог деталям из следующих статей, прежде чем приступить к настоящей статье, которая касается методов проектирования индукторов.

Как работают повышающие преобразователи

Как работают понижающие преобразователи

Базовые уравнения понижающего повышения

Для расчета катушек индуктивности в цепях понижающего повышающего ИИП мы могли бы вывести следующие две заключительные формулы для понижающего преобразователя и для повышающего преобразователя соответственно:

Vo = DVin ———- Для понижающего преобразователя

Vo = Vin / (1 — D) ———- Для повышающего преобразователя

Здесь D = Duty Цикл = время включения транзистора / время включения + выключения каждого цикла ШИМ

Vo = выходное напряжение преобразователя

Vin = входное напряжение питания преобразователя

Из приведенных выше формул мы можем понять, что 3 Основные параметры, которые могут использоваться для определения выходных параметров в схеме на основе SMPS:

Основные параметры, связанные с понижающим повышающим преобразователем

1) Рабочий цикл

2) Время включения / выключения транзистора

3) И вход Напряжение уровень.

Это означает, что путем соответствующей настройки любого из вышеперечисленных параметров становится возможным адаптировать выходное напряжение преобразователя. Эта регулировка может быть реализована вручную или автоматически через самонастраивающуюся схему ШИМ.

Хотя приведенные выше формулы ясно объясняют, как оптимизировать выходное напряжение понижающего или повышающего преобразователя, мы до сих пор не знаем, как можно построить катушку индуктивности для получения оптимального отклика в этих схемах.

Вы можете найти множество тщательно продуманных и исследованных формул для решения этой проблемы, однако ни один новый любитель или какой-либо электронный энтузиаст не будет заинтересован в том, чтобы на самом деле бороться с этими сложными формулами для получения требуемых значений, которые на самом деле могут иметь больше возможностей для получения ошибочных результатов из-за их сложности.

Лучшая и более эффективная идея — это «вычислить» значение индуктивности с помощью экспериментальной установки и с помощью некоторого практического процесса проб и ошибок, как описано в следующих параграфах.

Сконфигурируйте повышающий преобразователь с помощью IC 555

Ниже показаны простые схемы повышающего и понижающего преобразователя на основе IC 555, которые можно использовать для определения наилучшего возможного значения индуктивности для конкретной схемы повышающего преобразователя SMPS.

Катушка индуктивности L изначально может быть изготовлена ​​произвольно.

Практическое правило — использовать количество витков, немного превышающее напряжение питания, поэтому, если напряжение питания составляет 12 В, количество витков может составлять около 15 витков.

1. Он должен быть намотан на подходящий ферритовый сердечник, который может быть ферритовым кольцом или ферритовым стержнем, или на сердечник EE в сборе.
2. Толщина провода определяется потребностью в токе, которая изначально не будет важным параметром, поэтому подойдет любой относительно тонкий медный эмалированный провод, может быть около 25 SWG.
3. Позже, в соответствии с текущими спецификациями предполагаемой конструкции, можно было добавить большее количество проводов параллельно индуктору при намотке, чтобы обеспечить его совместимость с указанным номинальным током.
4. Диаметр индуктора будет зависеть от частоты, более высокая частота позволит уменьшить диаметр и наоборот. Чтобы быть более точным, индуктивность, обеспечиваемая катушкой индуктивности, становится выше с увеличением частоты, поэтому этот параметр необходимо будет подтвердить с помощью отдельного теста с использованием той же настройки IC 555.

Принципиальная схема повышающего преобразователя

Оптимизация элементов управления потенциометрами

На приведенной выше схеме показана базовая схема ШИМ IC 555, которая оснащена отдельными потенциометрами для включения регулируемой частоты и регулируемым выходом ШИМ на контакте №3.

Контакт № 3 можно увидеть подключенным к стандартной конфигурации повышающего преобразователя с использованием транзистора TIP122, катушки индуктивности L, диода BA159 и конденсатора C.

Транзистор BC547 вводится для ограничения тока через TIP122, чтобы во время настройки Во время настройки электролизеров TIP122 никогда не должен пересекать точку отказа, таким образом, BC547 защищает TIP122 от чрезмерного тока и делает процедуру безопасной и надежной для пользователя.

Выходное напряжение или повышающее напряжение контролируется через C для максимального оптимального отклика в течение всего процесса тестирования.

Повышающий преобразователь IC 555 может быть затем оптимизирован вручную, выполнив следующие шаги:

• Первоначально установите потенциометр ШИМ для получения максимально узкого ШИМ на выводе №3, а частоту отрегулируйте примерно на 20 кГц.
• Возьмите цифровой мультиметр, установленный в диапазоне более 100 В постоянного тока, и подключите электроды к клемме C, соблюдая полярность.
• Затем постепенно отрегулируйте потенциометр ШИМ и контролируйте, пока напряжение на C продолжает расти. В тот момент, когда вы обнаружите, что это напряжение падает, восстановите регулировку до предыдущего положения, которое обеспечивало максимально возможное напряжение на потенциометре, и зафиксируйте это положение потенциометра / предустановки как оптимальную точку для выбранной катушки индуктивности.
• После этого настройте потенциометр частоты аналогичным образом для дальнейшей оптимизации уровня напряжения на C и установите его для достижения наиболее эффективной точки частоты для выбранной катушки индуктивности.
• Для определения рабочего цикла можно было бы проверить коэффициент сопротивления потенциометра ШИМ, который был бы прямо пропорционален соотношению промежутков между метками рабочего цикла вывода №3.
• Значение частоты можно узнать с помощью частотомера или с помощью частотного диапазона данного цифрового мультиметра, если у него есть возможность, это можно проверить на выводе № 3 ИС.

Параметры вашей катушки индуктивности теперь определены и могут использоваться для любого повышающего преобразователя для получения наилучшего оптимального отклика.

Определение тока катушки индуктивности

Текущие характеристики катушки индуктивности могут быть увеличены простым использованием множества параллельных проводов при намотке, скажем, например, вы можете использовать около 5 шт. Проводов 26SWG параллельно, чтобы дать индуктору возможность выдерживать 5 ампер тока. Текущий. и так далее.

На следующей диаграмме показан процесс оптимизации и расчета катушек индуктивности в SMPS для приложения понижающего преобразователя.

No related posts.