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Les inductances dans les applications de convertisseurs DC-DC automobiles doivent être soigneusement sélectionnées pour obtenir la bonne combinaison de coût, de qualité et de performances électriques. Dans cet article, l'ingénieur d'application sur le terrain Smail Haddadi fournit des conseils sur la façon de calculer les spécifications requises et les métiers. des offs peuvent être effectués.
Il existe environ 80 applications électroniques différentes dans l'électronique automobile, et chaque application nécessite son propre rail d'alimentation stable, qui est dérivé de la tension de la batterie. Ceci peut être réalisé par un grand régulateur « linéaire » avec perte, mais une méthode efficace consiste à utiliser un régulateur à découpage « buck » ou « buck-boost », car il peut atteindre un rendement et une efficacité de plus de 90 %.Compacité. Ce type de régulateur à découpage nécessite une inductance.Choisir le bon composant peut parfois sembler un peu mystérieux, car les calculs requis trouvent leur origine dans la théorie magnétique du 19e siècle. Les concepteurs veulent voir une équation dans laquelle ils peuvent « brancher » leurs paramètres de performance et obtenir l'inductance et le courant nominal « corrects ». qu'ils peuvent simplement choisir dans le catalogue de pièces. Cependant, les choses ne sont pas si simples : certaines hypothèses doivent être faites, le pour et le contre doivent être pesés, et cela nécessite généralement plusieurs itérations de conception. Même ainsi, des pièces parfaites peuvent ne pas être disponibles en standard et doivent être repensés pour voir comment les inducteurs disponibles dans le commerce s'adaptent.
Considérons un régulateur abaisseur (Figure 1), où Vin est la tension de la batterie, Vout est le rail d'alimentation du processeur à tension inférieure et SW1 et SW2 sont allumés et éteints alternativement. L'équation simple de la fonction de transfert est Vout = Vin.Ton/ (Ton + Toff) où Ton est la valeur lorsque SW1 est fermé et Toff est la valeur lorsqu'il est ouvert. Il n'y a pas d'inductance dans cette équation, alors que fait-elle ? En termes simples, l'inducteur doit stocker suffisamment d'énergie lorsque SW1 est allumé pour lui permettre de maintenir la puissance lorsqu'il est éteint. Il est possible de calculer l'énergie stockée et de l'assimiler à l'énergie requise, mais il y a en fait d'autres choses à considérer en premier. La commutation alternée de SW1 et SW2 fait monter et descendre le courant dans l'inducteur, formant ainsi un « courant d'ondulation » triangulaire sur la valeur CC moyenne. Ensuite, le courant d'ondulation circule dans C1, et lorsque SW1 est fermé, C1 le libère. Le condensateur ESR produira une ondulation de la tension de sortie. S'il s'agit d'un paramètre critique et que le condensateur et son ESR sont fixés par la taille ou le coût, cela peut définir le courant d'ondulation et la valeur de l'inductance.
Habituellement, le choix des condensateurs offre de la flexibilité. Cela signifie que si l'ESR est faible, le courant d'ondulation peut être élevé. Cependant, cela pose ses propres problèmes. Par exemple, si la « vallée » de l'ondulation est nulle sous certaines charges légères, et SW2 est une diode, dans des circonstances normales, elle cessera de conduire pendant une partie du cycle et le convertisseur entrera en mode « conduction discontinue ». Dans ce mode, la fonction de transfert changera et il deviendra plus difficile d'obtenir le meilleur résultat. état stable.Les convertisseurs abaisseurs modernes utilisent généralement un redressement synchrone, où SW2 est MOSEFT et peut conduire le courant de drain dans les deux sens lorsqu'il est allumé.Cela signifie que l'inducteur peut osciller négativement et maintenir une conduction continue (Figure 2).
Dans ce cas, le courant d'ondulation crête à crête ΔI peut être supérieur, ce qui est défini par la valeur de l'inductance selon ΔI = ET/LE est la tension d'inductance appliquée pendant le temps T. Lorsque E est la tension de sortie , il est plus simple de considérer ce qui se passe au moment de la désactivation de SW1.ΔI est le plus grand à ce stade car Toff est le plus grand à la tension d'entrée la plus élevée de la fonction de transfert. Par exemple : pour une tension de batterie maximale de 18 V, une sortie de 3,3 V, une ondulation crête à crête de 1 A et une fréquence de commutation de 500 kHz, L = 5,4 µH. Cela suppose qu'il n'y a pas de chute de tension entre SW1 et SW2. Le courant de charge n'est pas calculé dans ce calcul.
Une brève recherche dans le catalogue peut révéler plusieurs pièces dont les valeurs nominales de courant correspondent à la charge requise. Cependant, il est important de se rappeler que le courant d'ondulation se superpose à la valeur CC, ce qui signifie que dans l'exemple ci-dessus, le courant d'inductance culminera réellement. à 0,5 A au-dessus du courant de charge. Il existe différentes manières d'évaluer le courant d'un inducteur : comme limite de saturation thermique ou limite de saturation magnétique. Les inducteurs thermiquement limités sont généralement évalués pour une augmentation de température donnée, généralement 40 °C, et peuvent être fonctionnent à des courants plus élevés s'ils peuvent être refroidis. La saturation doit être évitée aux courants de pointe, et la limite diminuera avec la température. Il est nécessaire de vérifier soigneusement la courbe de la fiche technique d'inductance pour vérifier si elle est limitée par la chaleur ou la saturation.
La perte d'inductance est également un facteur important. La perte est principalement une perte ohmique, qui peut être calculée lorsque le courant d'ondulation est faible. À des niveaux d'ondulation élevés, les pertes dans le noyau commencent à dominer, et ces pertes dépendent de la forme de la forme d'onde ainsi que de fréquence et température, il est donc difficile de prédire. Les tests réels effectués sur le prototype, car cela peut indiquer qu'un courant d'ondulation plus faible est nécessaire pour une meilleure efficacité globale. Cela nécessitera plus d'inductance et peut-être une résistance CC plus élevée - il s'agit d'un itératif processus.
La série HA66 hautes performances de TT Electronics constitue un bon point de départ (Figure 3). Sa gamme comprend une pièce de 5,3 µH, un courant de saturation nominal de 2,5 A, une charge de 2 A autorisée et une ondulation de +/- 0,5 A. Ces pièces sont idéales pour les applications automobiles et ont obtenu la certification AECQ-200 d'une entreprise dotée d'un système de qualité approuvé TS-16949.
Ces informations sont dérivées de documents fournis par TT Electronics plc et ont été révisées et adaptées.
(29 octobre 2019). Inductances de puissance pour applications DC-DC automobiles.AZoM. Extrait de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140 le 27 décembre 2021.
TT Electronics Co., Ltd. « Inductances de puissance pour les applications DC-DC automobiles ».AZoM.27 décembre 2021.
TT Electronics Co., Ltd. « Inducteurs de puissance pour les applications DC-DC automobiles ».AZoM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140. (Consulté le 27 décembre 2021).
TT Electronics Co., Ltd. 2019. Inductances de puissance pour applications DC-DC automobiles.AZoM, consulté le 27 décembre 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=17140.
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