จะเลือกตัวเหนี่ยวนำได้อย่างไร?

ประการแรก หลักการพื้นฐานของการเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำพร้อมด้วยตัวเก็บประจุและตัวต้านทานเป็นอุปกรณ์พื้นฐานสามชนิดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หน้าที่ของตัวเหนี่ยวนำคือการเก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปของพลังงานสนามแม่เหล็ก

ยกตัวอย่างขดลวดทรงกระบอก โดยจะแนะนำหลักการพื้นฐานของการเหนี่ยวนำโดยย่อ

ดังแสดงในรูปด้านบน เมื่อกระแสคงที่ไหลผ่านขดลวด สนามแม่เหล็กคงที่จะเกิดขึ้นในทิศทางที่ระบุตามกฎเกลียวด้านขวา ตัวเหนี่ยวนำไหลผ่านกระแสสลับ สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นคือสนามแม่เหล็กสลับ สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้า และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำบนขดลวดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ:

· เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น สนามแม่เหล็กจะแรงขึ้น และทิศทางของสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปตามทิศทางของสนามแม่เหล็กเดิม ตามกฎเกลียวซ้าย กระแสเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นจะอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสดั้งเดิม และกระแสเหนี่ยวนำจะลดลง

· เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กจะอ่อนลง และทิศทางของสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนตรงกันข้ามกับทิศทางของสนามแม่เหล็กเดิม ตามกฎเกลียวซ้าย กระแสเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นจะอยู่ในทิศทางเดียวกับกระแสดั้งเดิม และกระแสเหนี่ยวนำจะมีขนาดใหญ่ขึ้น

นี่คือกฎของ Lenz และผลสุดท้ายคือตัวเหนี่ยวนำจะป้องกันไม่ให้กระแสที่ไหลผ่านมีการเปลี่ยนแปลง กล่าวคือ ตัวเหนี่ยวนำมีความต้านทานสูงต่อกระแสสลับ สำหรับการเหนี่ยวนำเดียวกัน ยิ่งอัตราการเปลี่ยนแปลงกระแสสูง กระแสเหนี่ยวนำก็จะยิ่งมากขึ้น และความต้านทานของการเหนี่ยวนำก็จะยิ่งสูงขึ้น หากอัตราการเปลี่ยนแปลงกระแสเท่ากัน ตัวเหนี่ยวนำที่แตกต่างกัน หากกระแสเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นมีค่ามากกว่า ตัวเหนี่ยวนำจะมีอิมพีแดนซ์ที่สูงกว่า

จะเห็นได้ว่าขนาดของตัวเหนี่ยวนำสัมพันธ์กับขนาดของขดลวดและวัสดุของแกนใน

คุณลักษณะของการเหนี่ยวนำที่แท้จริงไม่เพียงแต่บทบาทของการเหนี่ยวนำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยอื่นๆ ด้วย เช่น:

· ขดลวด ที่พันเข้ากับขดลวดไม่ใช่ตัวนำในอุดมคติและมีความต้านทานอยู่บ้าง

· แกนแม่เหล็กของการเหนี่ยวนำมีการสูญเสียความร้อนในระดับหนึ่ง

· มีความจุไฟฟ้าแบบกระจายระหว่างตัวนำภายในตัวเหนี่ยวนำ

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้แบบจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อแสดงค่าความเหนี่ยวนำจริง และแบบจำลองเทียบเท่าที่ใช้กันทั่วไปมีดังนี้:

รูปแบบรุ่นที่เทียบเท่าอาจแตกต่างกัน แต่ควรจะสามารถสะท้อนถึงการสูญเสียและความจุแบบกระจายได้ ตามแบบจำลองที่เทียบเท่า สามารถกำหนดพารามิเตอร์ที่สำคัญสองตัวของการเหนี่ยวนำจริงได้

ความถี่เสียงสะท้อนในตัวเอง

เนื่องจากการมีอยู่ของ Cp วงจรเรโซแนนซ์จึงถูกสร้างขึ้นพร้อมกับ L ซึ่งความถี่เรโซแนนซ์คือความถี่เรโซแนนซ์ในตัวของตัวเหนี่ยวนำ ก่อนความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเอง อิมพีแดนซ์ของตัวเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น หลังจากความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเอง ความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น และนำเสนอความจุไฟฟ้า

ปัจจัยด้านคุณภาพ

นั่นคือค่า Q ของตัวเหนี่ยวนำ อัตราส่วนของพลังงานที่เก็บไว้แบบเหนี่ยวนำต่อพลังงานการสูญเสีย ยิ่งค่า Q สูง การสูญเสียของตัวเหนี่ยวนำก็จะยิ่งน้อยลง และความต้านทานกระแสตรงของตัวเหนี่ยวนำจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับพารามิเตอร์ . ความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเองและค่า Q เป็นพารามิเตอร์สำคัญของตัวเหนี่ยวนำความถี่สูง

ประการที่สอง โครงสร้างกระบวนการของการเหนี่ยวนำ

กระบวนการเหนี่ยวนำแบ่งได้ประมาณ 3 ประเภท คือ

2.1 แบบลวดพัน (แบบลวดพัน)

ตามชื่อที่แนะนำ ลวดทองแดงพันรอบแกนแม่เหล็กเพื่อสร้างขดลวด และมีสองวิธีในการพันลวด:

แผลกลม

การพันขดลวดแบบทรงกระบอกเป็นเรื่องปกติและมีการใช้งานที่หลากหลาย เช่น:

แผลแบน

ข้อดีของการพันระนาบนั้นชัดเจนนั่นคือความสูงของอุปกรณ์ลดลง จากสูตรก่อนหน้านี้จะเห็นได้ว่ายิ่งการซึมผ่านของแกนแม่เหล็กยิ่งมากเท่าไรก็ยิ่งมีค่าความเหนี่ยวนำมากขึ้นเท่านั้น และแกนแม่เหล็กก็สามารถ

· วัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก: เช่นแกนอากาศ แกนเซรามิก ดูเหมือนว่าจะไม่สามารถเรียกว่าแกนแม่เหล็กได้ ค่าตัวเหนี่ยวนำนี้มีขนาดเล็ก แต่โดยพื้นฐานแล้วไม่มีกระแสอิ่มตัว

· วัสดุเฟอร์โรแมกเนติก: เช่น เฟอร์ไรต์ โลหะผสมเปอร์โม ฯลฯ การซึมผ่านของโลหะผสมนั้นสูงกว่าเฟอร์ไรต์ วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกมีปรากฏการณ์ความอิ่มตัวของแม่เหล็กและกระแสความอิ่มตัว

ตัวเหนี่ยวนำของขดลวดสามารถให้กระแสสูงและตัวเหนี่ยวนำสูง ยิ่งการซึมผ่านของแกนแม่เหล็กมีขนาดใหญ่ขึ้น ค่าการตรวจจับเดียวกัน ขดลวดน้อยลง ขดลวดน้อยลงสามารถลดความต้านทาน DC ได้ ขนาดเท่าเดิม ม้วนน้อย พันได้หนา ปรับปรุงกระแส

นอกจากนี้ ในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ มักจะประสบปัญหาของการเหนี่ยวนำหอน สาระสำคัญคือ การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดตัวนำ นั่นคือ การสั่นสะเทือนของขดลวด ความถี่ของการสั่นสะเทือนเป็นเพียงในเสียง ช่วงที่หูของมนุษย์สามารถได้ยินโลหะผสมที่บูรณาการการเหนี่ยวนำขึ้นรูปแน่นมากขึ้นสามารถลดการสั่นสะเทือน

2.2 ตัวเหนี่ยวนำหลายชั้น (แบบหลายชั้น)

กระบวนการผลิตตัวเหนี่ยวนำชิปหลายชั้น: เฟอร์ไรต์หรือเซรามิกเพสต์ถูกทำให้แห้งและขึ้นรูป สารที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะถูกพิมพ์สลับกัน และโครงสร้างแบบรวมนั้นเกิดขึ้นจากการเคลือบและการเผาผนึก

ตัวเหนี่ยวนำชิปหลายชั้นมีขนาดเล็กกว่าตัวเหนี่ยวนำที่คดเคี้ยวและมีแพ็คเกจมาตรฐานซึ่งเหมาะสำหรับการติดตั้งอัตโนมัติที่มีความหนาแน่นสูง โครงสร้างแบบบูรณาการ ความน่าเชื่อถือสูง ทนความร้อนได้ดี

2.3 ตัวเหนี่ยวนำฟิล์มบาง (ชนิดฟิล์มบาง)

ตัวเหนี่ยวนำฟิล์มบางใช้กระบวนการที่คล้ายกับการผลิต IC โดยชั้นของฟิล์มตัวนำจะถูกชุบบนพื้นผิว จากนั้นขดลวดจะถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี และในที่สุดชั้นกลาง ชั้นฉนวน และชั้นอิเล็กโทรดจะถูกเพิ่มลงในบรรจุภัณฑ์และแบบฟอร์ม

กระบวนการผลิตอุปกรณ์ฟิล์มบางแสดงในรูปด้านล่าง

 

 

กระบวนการพิมพ์หินมีความแม่นยำสูง ส่งผลให้เส้นที่แคบลงและขอบที่คมชัดยิ่งขึ้น ดังนั้นตัวเหนี่ยวนำฟิล์มบางจึงมี

· ขนาดเล็กลง แพ็คเกจ 008004

· ขั้นตอนที่มีค่าน้อยลง 0.1nH

· ความคลาดเคลื่อนน้อยลง 0.05nH

· เสถียรภาพความถี่ที่ดีขึ้น

ประการที่สาม การประยุกต์ใช้และการเลือกตัวเหนี่ยวนำ

ในการออกแบบวงจร ตัวเหนี่ยวนำมีการใช้งานหลักสามประเภท:

· ตัวเหนี่ยวนำกำลัง: ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการแปลงแรงดันไฟฟ้า วงจร DCDC ที่ใช้กันทั่วไปเพื่อใช้ตัวเหนี่ยวนำกำลัง

ตัวเหนี่ยวนำการแยกส่วน: ส่วนใหญ่ใช้เพื่อกรองสัญญาณรบกวนบนสายไฟหรือสายสัญญาณ วิศวกรของ EMC ควรจะคุ้นเคย

· ตัวเหนี่ยวนำความถี่สูง: ส่วนใหญ่ใช้ในวงจร RF เพื่อให้เกิดอคติ การจับคู่ การกรอง และวงจรอื่นๆ

3.1 ตัวเหนี่ยวนำกำลัง

ตัวเหนี่ยวนำกำลังมักใช้ในวงจร DCDC เพื่อรักษากระแสต่อเนื่องโดยการสะสมและปล่อยพลังงาน

ตัวเหนี่ยวนำกำลังส่วนใหญ่เป็นตัวเหนี่ยวนำที่คดเคี้ยวซึ่งสามารถปรับปรุงกระแสสูงและตัวเหนี่ยวนำสูงได้

ตัวเหนี่ยวนำพลังงานชิปหลายชั้นยังมีมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยปกติค่าตัวเหนี่ยวนำและกระแสจะต่ำ ข้อดีคือต้นทุนต่ำ ปริมาตรมีขนาดเล็กมาก และมีการใช้งานมากขึ้นในผลิตภัณฑ์ที่มีข้อ จำกัด พื้นที่ขนาดใหญ่เช่นโทรศัพท์มือถือ .

 

3.2 ตัวเหนี่ยวนำการแยกตัว

ตัวเหนี่ยวนำการแยกตัวเรียกอีกอย่างว่า Choke ซึ่งโดยปกติจะแปลว่าโช้คคอยล์ในตำราเรียน บทบาทของตัวเหนี่ยวนำแยกส่วนคือการกรองสัญญาณรบกวนในสายซึ่งเป็นของอุปกรณ์ EMC วิศวกรของ EMC ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อแก้ปัญหาการทดสอบการปล่อยรังสี (RE) และการปล่อยก๊าซดำเนินการ (CE) ของผลิตภัณฑ์

ตัวเหนี่ยวนำแบบแยกส่วน โดยทั่วไปมีโครงสร้างที่ค่อนข้างง่าย ลวดทองแดงส่วนใหญ่พันโดยตรงบนวงแหวนเฟอร์ไรต์

การเหนี่ยวนำโหมดดิฟเฟอเรนเชียล

ตัวเหนี่ยวนำโหมดดิฟเฟอเรนเชียลคือตัวเหนี่ยวนำขดลวดธรรมดา ซึ่งใช้ในการกรองการรบกวนของโหมดดิฟเฟอเรนเชียลบางส่วน โดยส่วนใหญ่เพื่อสร้างตัวกรอง LC พร้อมตัวเก็บประจุเพื่อลดเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ

สำหรับแหล่งจ่ายไฟหลัก 220V การรบกวนในโหมดดิฟเฟอเรนเชียลคือการรบกวนระหว่างเฟส L และเฟส N สำหรับ POE เป็นการรบกวนระหว่าง POE+ และ POE-; สำหรับแหล่งจ่ายไฟ DC แรงดันต่ำบนเมนบอร์ด จริงๆ แล้วมันคือสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ

การเลือกตัวเหนี่ยวนำโหมดดิฟเฟอเรนเชียลต้องคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้:

• ความต้านทาน DC แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า เพื่อตอบสนองความต้องการในการทำงาน

• ขนาดโครงสร้างให้ตรงตามความต้องการของผลิตภัณฑ์;

• กำหนดย่านความถี่เสียงผ่านการทดสอบ และเลือกตัวเหนี่ยวนำตามเส้นโค้งอิมพีแดนซ์ของตัวเหนี่ยวนำ

• ออกแบบตัวกรอง LC สามารถคำนวณและจำลองแบบง่ายๆ ได้

ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไป

ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปคือการพันขดลวดสองตัวด้วยจำนวนรอบและทิศทางตรงกันข้ามบนวงแหวนเฟอร์ไรต์เดียวกัน

 

ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปตามที่แสดงด้านบน:

· เมื่อส่วนประกอบโหมดร่วมไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วม สนามแม่เหล็กในทิศทางเดียวกันจะเกิดขึ้นในขดลวดทั้งสองตามกฎมือขวา ซึ่งเทียบเท่ากับการเหนี่ยวนำสูงกับสัญญาณโหมดร่วม ;

· เมื่อส่วนประกอบโหมดดิฟเฟอเรนเชียลไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วม ตามกฎมือขวา สนามแม่เหล็กในทิศทางตรงกันข้ามจะก่อตัวขึ้นในขดลวดทั้งสองและหักล้างกัน ซึ่งเทียบเท่ากับรีแอคแทนซ์อินดัคทีฟต่ำกับสัญญาณโหมดดิฟเฟอเรนเชียล .

วิธีทำความเข้าใจอีกประการหนึ่ง: เมื่อ V+ ไหลผ่านความถี่ของการรบกวนในโหมดทั่วไป สนามแม่เหล็กกระแสสลับที่เกิดขึ้นจะก่อให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำบนขดลวดอีกขดลวดหนึ่ง ตามกฎมือซ้าย ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำจะตรงกันข้ามกับทิศทางของ การรบกวนโหมดทั่วไปบน V- ซึ่งจะยกเลิกการรบกวนโหมดทั่วไปส่วนหนึ่งของ

ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปส่วนใหญ่จะใช้ในระบบสายคู่หรือระบบดิฟเฟอเรนเชียล เช่น แหล่งจ่ายไฟหลัก 220V, CAN บัส, สัญญาณ USB, สัญญาณ HDMI และอื่นๆ มันถูกใช้เพื่อกรองการรบกวนในโหมดทั่วไป ในขณะที่การลดทอนสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลที่มีประโยชน์นั้นมีน้อย

การเลือกตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปต้องคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้:

· อิมพีแดนซ์ DC ควรต่ำและไม่สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อแรงดันไฟฟ้าหรือสัญญาณที่เป็นประโยชน์

· สำหรับสายไฟ ควรพิจารณาแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟที่กำหนดเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดในการทำงาน

· ย่านความถี่ของการรบกวนแบบวิธีร่วมถูกกำหนดโดยการทดสอบ และอิมพีแดนซ์แบบวิธีร่วมควรสูงในย่านความถี่นี้

· ความต้านทานของโหมดดิฟเฟอเรนเชียลควรมีขนาดเล็ก ซึ่งไม่สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลได้

พิจารณาขนาดบรรจุภัณฑ์ ออกแบบให้เข้ากันได้ ตัวอย่างเช่น สามารถเลือกตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วมสำหรับสัญญาณ USB ให้เข้ากันได้กับตัวต้านทาน 0402 สองตัว และเมื่อไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วม ก็สามารถเชื่อมตัวต้านทาน 0402 ได้โดยตรงเพื่อลดต้นทุน

หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมโปรดติดต่อเราได้ที่sales@xfullstar.com