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TT Electronics ha lanzado la serie HA74 de inductores de montaje en superficie, que pueden ayudar a mejorar la eficiencia en los reguladores de conmutación de espacio y peso restringidos.

Cuando entré por primera vez en el mundo de la ingeniería profesional, no pensé mucho en los inductores. Un inductor básico es un componente pasivo muy simple que existe desde hace mucho tiempo y, además, los diseñadores analógicos a menudo intentan eliminar estos componentes; En este artículo, puede leer sobre las características indeseables de los inductores y ver algunos circuitos inteligentes basados ​​en amplificadores operacionales que proporcionan una respuesta de filtro de segundo orden sin la necesidad de inductancia.

Sin embargo, poco a poco he aprendido que todavía hay muchos esfuerzos de diseño dedicados a los inductores, incluso fuera del dominio de RF. ¿Por qué? Debido a que desempeñan un papel central en la funcionalidad de los reguladores de voltaje de modo conmutado, y en la actualidad, los reguladores de voltaje en modo conmutador están en todas partes.

Inductores y frecuencia de conmutación

Hay varias decisiones y detalles que entran en juego al diseñar un regulador de conmutación, pero la elección de la frecuencia de conmutación es una consideración dominante. La frecuencia de conmutación influye en muchos aspectos del rendimiento del convertidor, incluida la respuesta transitoria, la EMI, el tamaño, el costo y la eficiencia.

Me parece que la tendencia general en estos días es hacia convertidores de frecuencia más alta, a pesar de que las frecuencias de conmutación más altas se asocian con una menor eficiencia, lo que conduce a una menor duración de la batería en dispositivos portátiles.

Esto le da un ejemplo de la relación entre la frecuencia de conmutación y la eficiencia. Esta trama particular está tomada de la ficha de datos para un regulador reductor fabricado por Linear Tech / Analog Devices.

Supongo que esto se debe en gran parte al hecho de que el tamaño reducido y el costo asociado con una mayor frecuencia de conmutación es un requisito convincente en muchas aplicaciones. Hace poco escribí sobre un nuevo convertidor CC / CC de STMicroelectronics que funciona en frecuencias de hasta 2 MHz y utiliza circuitos de control complejos para lograr una alta eficiencia y una corriente de reposo baja mientras mantengo la compatibilidad con los sistemas con limitaciones de espacio.

A medida que los diseñadores buscan aumentar la frecuencia de conmutación y también satisfacer las demandas de bajo costo, tamaño pequeño y baja emisión de EMI, necesitarán inductores optimizados para este entorno. Los inductores ideales no se ven afectados negativamente por frecuencias de conmutación más altas; simplemente exhiben una impedancia que aumenta constantemente a medida que aumenta la frecuencia. Inductores reales, sin embargo, no son tan simples.

La serie HA74

Estos nuevos inductores de TT Electronics están diseñados para convertidores de CC / CC de alta frecuencia y espacio reducido, con un énfasis específico en aplicaciones automotrices. Cuentan con la certificación AEC-Q200 y operan en un rango de temperatura bastante impresionante de –55 ° C a + 155 ° C.

El objetivo de la línea HA74 es proporcionar alta densidad de potencia y alta eficiencia en un paquete de perfil bajo y espacio reducido. Se recomiendan para conmutar frecuencias de hasta 3 MHz.

Los inductores reales tienen características resistivas que resultan en pérdida de potencia, y esta pérdida de potencia reduce la eficiencia del circuito regulador general. A pesar de que a menudo pensamos que un inductor tiene una resistencia de CC, la frecuencia influye en varios aspectos del comportamiento resistivo de un inductor.

Ciertamente, no soy un experto en física de inductores, por lo que, en lo que respecta a los detalles, me basaré en una nota de aplicación de Texas Instruments. De acuerdo con el Informe de aplicación SLVA157, la pérdida por histéresis magnética, la pérdida por corrientes parásitas, las pérdidas por efecto piel y las pérdidas por radiación son componentes dependientes de la frecuencia de la pérdida total creada por un inductor.

La hoja de datos de la serie HA74 es bastante breve, y no tengo información detallada sobre las características que hacen que estos inductores sean adecuados para aplicaciones de alta frecuencia. Lo único que sé con certeza es que tienen una "composición de núcleo de aleación de metal de baja pérdida", y supongo que los materiales y la configuración del devanado están optimizados para bajas pérdidas en frecuencias más altas.

Capacidad actual

Si observa el convertidor Buck básico que se muestra a continuación, puede ver que la corriente que fluye hacia la carga debe pasar a través del inductor.

Los inductores utilizados en los reguladores de conmutación deben poder manejar la corriente requerida sin calentamiento excesivo o saturación. Los dispositivos HA74 están clasificados para corrientes que varían de 1.2 A a 2.9 A. La siguiente gráfica transmite el efecto de las altas corrientes sobre la temperatura y la inductancia del HA74-054R7, que es la parte que tiene la clasificación de corriente de 2.9 A.

Parcela tomada desde el HA74 ficha de datos.

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¿Qué desafíos ha enfrentado al intentar optimizar los circuitos convertidores CC / CC para una aplicación determinada? Siéntase libre de dejar un comentario y háganoslo saber.