Làm thế nào để chọn cuộn cảm?

Đầu tiên, nguyên lý cơ bản của điện cảm

Cuộn cảm, cùng với tụ điện và điện trở, là ba thiết bị thụ động cơ bản trong điện tử. Chức năng của cuộn cảm là lưu trữ năng lượng điện dưới dạng năng lượng từ trường.

Lấy cuộn dây hình trụ làm ví dụ, nguyên lý cơ bản của điện cảm được giới thiệu ngắn gọn.

Như thể hiện trong hình trên, khi có dòng điện không đổi chạy qua cuộn dây, một từ trường tĩnh được hình thành theo hướng chỉ định theo quy luật xoắn ốc bên phải. Cuộn cảm chạy qua dòng điện xoay chiều, từ trường sinh ra là từ trường xoay chiều, từ trường biến thiên sinh ra điện trường, suất điện động cảm ứng đặt lên cuộn dây sinh ra dòng điện cảm ứng:

· Khi dòng điện tăng, từ trường trở nên mạnh hơn và hướng của từ trường thay đổi giống như hướng của từ trường ban đầu. Theo quy tắc xoắn ốc bên trái, dòng điện cảm ứng sinh ra ngược chiều với dòng điện ban đầu, dòng điện cảm ứng giảm;

· Khi dòng điện thay đổi, từ trường trở nên yếu hơn và hướng của từ trường thay đổi ngược với hướng của từ trường ban đầu. Theo quy tắc xoắn ốc bên trái, dòng điện cảm ứng được tạo ra cùng chiều với dòng điện ban đầu và dòng điện cảm ứng trở nên lớn hơn.

Đây là định luật Lenz, và kết quả cuối cùng là cuộn cảm sẽ ngăn cản dòng điện chạy qua nó thay đổi, tức là cuộn cảm có điện trở cao đối với dòng điện xoay chiều. Đối với cùng một độ tự cảm, tốc độ thay đổi dòng điện càng cao thì dòng điện cảm ứng càng lớn và trở kháng của cuộn cảm càng cao; Nếu cùng một tốc độ thay đổi dòng điện, các cuộn cảm khác nhau, nếu dòng điện cảm ứng tạo ra lớn hơn thì cuộn cảm có trở kháng cao hơn.

Có thể thấy, kích thước của cuộn cảm có liên quan đến kích thước của cuộn dây và vật liệu của lõi bên trong.

Các đặc tính của độ tự cảm thực tế không chỉ là vai trò của độ tự cảm mà còn các yếu tố khác, chẳng hạn như:

· Dây quấn vào cuộn dây không phải là dây dẫn lý tưởng và có điện trở nhất định;

· Lõi từ của cuộn cảm có độ tổn thất nhiệt nhất định;

· Có sự phân bố điện dung giữa các dây dẫn bên trong cuộn cảm.

Do đó, cần sử dụng một mô hình phức tạp hơn để biểu diễn độ tự cảm thực tế và mô hình tương đương thường được sử dụng như sau:

Dạng mô hình tương đương có thể khác, nhưng nó phải có khả năng phản ánh tổn hao và điện dung phân bố. Theo mô hình tương đương, có thể xác định được hai tham số quan trọng của độ tự cảm thực tế.

Tần số tự cộng hưởng

Do có Cp nên hình thành mạch cộng hưởng cùng với L, tần số cộng hưởng của nó là tần số tự cộng hưởng của cuộn cảm. Trước tần số tự cộng hưởng, trở kháng của cuộn cảm tăng khi tần số tăng. Sau tần số tự cộng hưởng, trở kháng của cuộn cảm giảm khi tần số tăng và điện dung xuất hiện.

Yếu tố chất lượng

Nghĩa là, giá trị Q của cuộn cảm, tỷ lệ giữa công suất dự trữ cảm ứng và công suất tổn thất, giá trị Q càng cao thì tổn thất của cuộn cảm càng thấp và trở kháng dòng điện một chiều của cuộn cảm có liên quan trực tiếp đến tham số . Tần số tự cộng hưởng và giá trị Q là các thông số chính của cuộn cảm tần số cao

Thứ hai, cấu trúc quá trình của điện cảm

Quá trình tự cảm có thể được chia thành 3 loại:

2.1 Wire Wound Type (Loại quấn dây)

Đúng như tên gọi, dây đồng được quấn quanh một lõi từ để tạo thành một cuộn dây và có hai cách quấn dây:

Xung quanh vết thương

Cuộn dây hình trụ là phổ biến và có nhiều ứng dụng, chẳng hạn như:

Vết thương phẳng

Ưu điểm của cuộn dây phẳng là rõ ràng, đó là giảm chiều cao của thiết bị. Có thể thấy từ công thức trước rằng độ thấm của lõi từ càng lớn thì giá trị điện cảm càng lớn và lõi từ có thể

· Vật liệu không có từ tính: như lõi không khí, lõi gốm, dường như không thể gọi là lõi từ; Giá trị điện cảm này nhỏ nhưng về cơ bản không có dòng bão hòa

· Vật liệu sắt từ: như ferit, hợp kim Permo...; Độ thấm của hợp kim cao hơn ferit. Vật liệu sắt từ có hiện tượng bão hòa từ và dòng điện bão hòa.

Độ tự cảm của cuộn dây có thể cung cấp dòng điện cao và độ tự cảm cao. Độ thấm của lõi từ càng lớn, giá trị cảm biến giống nhau, ít cuộn dây hơn, ít cuộn dây hơn có thể làm giảm điện trở DC; Cùng kích thước, ít cuộn dây có thể quấn dày, cải thiện dòng điện.

Ngoài ra, trong thiết kế bộ nguồn thường gặp phải vấn đề cuộn cảm hú, bản chất là sự thay đổi của từ trường gây ra dây dẫn, tức là cuộn dây dao động, tần số dao động chỉ có trong âm thanh. phạm vi, tai người có thể nghe thấy, hợp kim tạo thành điện cảm, chắc chắn hơn, có thể giảm rung.

2.2 Cuộn cảm đa lớp (Loại đa lớp)

Quy trình sản xuất cuộn cảm chip nhiều lớp: bột ferit hoặc gốm được sấy khô và tạo hình, bột dẫn điện được in xen kẽ và cấu trúc tích hợp được hình thành bằng cách cán và thiêu kết.

Cuộn cảm chip nhiều lớp nhỏ hơn cuộn cảm cuộn dây và có gói tiêu chuẩn hóa, phù hợp cho việc lắp đặt mật độ cao tự động. Cấu trúc tích hợp, độ tin cậy cao, khả năng chịu nhiệt tốt.

2.3 Độ tự cảm màng mỏng (Loại màng mỏng)

Cuộn cảm màng mỏng sử dụng quy trình tương tự như sản xuất IC, một lớp màng dẫn điện được mạ trên đế, sau đó cuộn dây được hình thành bằng quy trình quang khắc, và cuối cùng là lớp trung bình, lớp cách điện và lớp điện cực được thêm vào gói và tạo thành.

Quy trình sản xuất thiết bị màng mỏng được thể hiện trong hình bên dưới

 

 

Độ chính xác của quá trình in thạch bản cao, dẫn đến các đường hẹp hơn và các cạnh sắc nét hơn. Vì vậy, cuộn cảm màng mỏng có

· Kích thước nhỏ hơn, gói 008004

· Bước giá trị nhỏ hơn, 0.1nH

· Dung sai nhỏ hơn, 0.05nH

· Ổn định tần số tốt hơn

Thứ ba, ứng dụng và lựa chọn cuộn cảm

Trong thiết kế mạch điện, cuộn cảm có ba loại ứng dụng chính:

· Điện cảm: chủ yếu dùng để chuyển đổi điện áp, mạch DCDC thường dùng để sử dụng điện cảm;

Điện cảm tách rời: chủ yếu được sử dụng để lọc nhiễu trên đường dây điện hoặc đường tín hiệu, các kỹ sư EMC nên làm quen;

· Cuộn cảm tần số cao: chủ yếu được sử dụng trong các mạch RF để đạt được độ lệch, khớp, lọc và các mạch khác.

3.1 Điện cảm

Cuộn cảm nguồn thường được sử dụng trong các mạch DCDC để duy trì dòng điện liên tục bằng cách tích lũy và giải phóng năng lượng.

Hầu hết các cuộn cảm nguồn là cuộn cảm cuộn dây, có thể cải thiện dòng điện cao và độ tự cảm cao.

Cuộn cảm công suất chip nhiều lớp cũng ngày càng nhiều, thường có giá trị điện cảm và dòng điện thấp, ưu điểm là giá thành thấp, âm lượng cực nhỏ và có nhiều ứng dụng hơn trong các sản phẩm có giới hạn không gian lớn như điện thoại di động .

 

3.2 Tách cuộn cảm

Cuộn cảm tách rời còn được gọi là Choke, thường được dịch là cuộn cảm trong sách giáo khoa. Vai trò của cuộn cảm tách rời là lọc nhiễu trên đường dây, thuộc về thiết bị EMC, các kỹ sư EMC chủ yếu được sử dụng để giải quyết các vấn đề thử nghiệm về phát xạ bức xạ (RE) và phát xạ dẫn (CE) của sản phẩm.

Cuộn cảm tách rời, thường có cấu trúc tương đối đơn giản, chủ yếu là dây đồng quấn trực tiếp trên vòng ferit.

Độ tự cảm chế độ vi sai

Cuộn cảm chế độ vi sai là cuộn cảm cuộn dây thông thường, được sử dụng để lọc một số nhiễu chế độ vi sai, chủ yếu để tạo thành các bộ lọc LC với tụ điện để giảm tiếng ồn của nguồn điện.

Đối với nguồn điện 220V, nhiễu chế độ vi sai là nhiễu giữa pha L và pha N. Đối với POE là sự giao thoa giữa POE+ và POE-; Đối với nguồn điện một chiều điện áp thấp trên bo mạch chính, đó thực chất là tiếng ồn của nguồn điện.

Việc lựa chọn cuộn cảm chế độ vi sai cần chú ý những điểm sau:

• Điện trở DC, điện áp và dòng điện định mức, đáp ứng yêu cầu làm việc;

• Kích thước cơ cấu đáp ứng yêu cầu sản phẩm;

• Xác định dải tần nhiễu qua thử nghiệm và chọn cuộn cảm theo đường cong trở kháng của cuộn cảm;

• Thiết kế bộ lọc LC, có thể thực hiện các phép tính và mô phỏng đơn giản.

Cuộn cảm chế độ chung

Cuộn cảm chế độ chung là cuộn hai cuộn dây có cùng số vòng và ngược chiều nhau trên cùng một vòng ferit.

 

Cuộn cảm chế độ chung như hình trên:

· Khi một thành phần chế độ chung chạy qua cuộn cảm chế độ chung sẽ hình thành một từ trường cùng chiều trong hai cuộn dây theo quy tắc bàn tay phải tương đương với độ tự cảm cao đối với tín hiệu chế độ chung ;

· Khi một thành phần chế độ vi sai chạy qua cuộn cảm chế độ chung, theo quy tắc bàn tay phải, từ trường ngược chiều nhau sẽ được hình thành trong hai cuộn dây và triệt tiêu lẫn nhau, tương đương với phản ứng cảm ứng thấp đối với tín hiệu chế độ vi sai .

Hiểu một cách khác: khi V+ chạy qua tần số có giao thoa mode chung thì từ trường xoay chiều hình thành sẽ tạo thành dòng điện cảm ứng trên cuộn dây kia, theo quy tắc bàn tay trái, chiều của dòng điện cảm ứng ngược với chiều của nhiễu chế độ chung trên V-, loại bỏ một phần nhiễu chế độ chung.

Cuộn cảm chế độ chung chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống dây kép hoặc vi sai, chẳng hạn như nguồn điện 220V, bus CAN, tín hiệu USB, tín hiệu HDMI, v.v. Nó được sử dụng để lọc nhiễu chế độ chung, trong khi độ suy giảm tín hiệu vi sai hữu ích là nhỏ.

Việc lựa chọn cuộn cảm ở chế độ chung cần chú ý những điểm sau:

· Trở kháng DC phải thấp và không thể ảnh hưởng lớn đến điện áp hoặc tín hiệu hữu ích;

· Đối với đường dây điện, điện áp và dòng điện định mức cần được coi là đáp ứng yêu cầu làm việc;

· Dải tần của nhiễu chế độ chung được xác định bằng thử nghiệm và trở kháng chế độ chung phải cao trong dải tần này;

· Trở kháng chế độ vi sai phải nhỏ, điều này không thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng tín hiệu vi sai;

Xem xét kích thước gói, thiết kế tương thích. Ví dụ, cuộn cảm chế độ chung cho tín hiệu USB có thể được chọn để tương thích với hai điện trở 0402 và khi không cần cuộn cảm chế độ chung, điện trở 0402 có thể được hàn trực tiếp để giảm chi phí.

Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với chúng tôi tạisales@xfullstar.com