Elektronik devrelerde üç tip pasif bileşen vardır: dirençler, kapasitörler ve indüktörler; bunların arasında prensipte en tuhaf olanlar indüktörlerdir. Endüktans olgusu 1830'larda Michael Faraday ve Joseph Henry tarafından keşfedildi: Faraday, değişen bir manyetik alanın akımı indükleyebileceğini keşfetti; Henry bağımsız olarak, kendi içindeki bir iletkende akımın indüksiyonunu ifade eden "kendi kendine indüksiyon" olgusunu inceledi.
İnsanlar elektromanyetik bilimi tam olarak anlamadan önce, bir telin bir bobine sarılmasının onun elektriksel özelliklerini değiştirebileceği bir gizemdi. Radyonun ilk günlerinde, Kendin Yap meraklıları, transistörlü radyoları monte etmek için ayar bobini indüktörleri yapmak için yalnızca birkaç inç uzunluğunda, düzinelerce tel dönüşüyle sarılmış bir manyetik çubuk veya karton tüp kullanıyorlardı.
Bir indüktörün şematik sembolü, fiziksel görünüm tasarımına dayanmaktadır (Şekil 1). İndüktör türleri arasında içi boş, demir çekirdekli ve değişken bulunur.
Şekil 1: İndüktörler (sağdaki şekil) başlangıçta içi boş bir tüp veya demir çekirdek etrafına sarılmış tellerden oluşuyordu; İlgili temel semboller şekilde (soldaki resim) gösterilmektedir. (Resim kaynağı: Hackatronic.com)
Endüktans bir iletkenin bir özelliğidir ve manyetik alanının etkisi nedeniyle iletkenden geçen akım sıklıkla değişir. Bu nedenle indüktörler bazen akımdaki değişiklikleri "boğabildikleri" için bobin olarak anılırlar. Endüktans (L) ile gerilim (V) ve akımın (I) değişim hızı arasındaki ilişki basit bir denklemle ifade edilebilir: V=L (dI/dt).
Sargı bobinli indüktörler hala yaygın olarak kullanılmasına rağmen günümüzde pek çok devre için artık uygun değildir. Çok büyük olabilirler, gerekli değerleri sağlayamayabilirler, istenmeyen parazit etkiler gösterebilirler, yüksek DC direncine (DCR) sahip olabilirler ve daha yüksek frekanslarda performans düşüşü gösterebilirler. İlk DIY radyo meraklılarıyla karşılaştırıldığında, radyo frekansı (RF) uygulamaları için 1 milimetre kareden (mm2) daha küçük boyutlara sahip hazır yara indüktörleri artık satın alınabiliyor.
Güç dönüştürücüler için modern indüktörler
İndüktörler önemli ilerleme kaydetmiş olsa da, gelişmiş bobin indüktörlerinin bile modern devreler için performans ve boyut açısından eksiklikleri vardır. Modern güç indüktörleri, temel ve ikincil parametreleri tam olarak tanımlanmış ve özellikleri farklı uygulama önceliklerine göre optimize edilmiş, dikkatle modellenmiş hassas bileşenlerdir.
Buna ek olarak tedarikçiler, tek uçlu birincil indüktör dönüştürücüler (SEPIC), Ć uk dönüştürücüler (mucitleri Slobodan Ć uk'nin adını almıştır) ve çeşitli Buck Boost konfigürasyonları gibi farklı anahtarlamalı güç kaynağı topolojilerinin ihtiyaçlarını karşılamak için yeni malzemeler geliştirdiler.
Bu indüktörlerin çoğunda gelişmiş ferrit ve toz malzemeler kullanılır ve bunların özellikleri dikkatle ayarlanmıştır. Bu indüktörler son derece düşük DCR'ye (endüktans Q değerini önemli ölçüde iyileştirerek - endüktans performansını ölçmek için standart değer) ve düzgün endüktans düşüşüne sahiptir. İkincisi, bir filtrenin frekans tepkisinin azalmasına benzer şekilde, DC akımı arttıkça manyetik çekirdek doygunluğu nedeniyle gerçek endüktans değerinin azalma veya "kaybolma" derecesini ifade eder.
Güç kaynaklarında kullanılan indüktörlerin tipik olarak nispeten yüksek, tipik olarak onlarca amper düzeyinde nominal akım taşıma kapasitesine de sahip olmaları gerekir. Bu parametre tek bir değerle değil, ortalama kare akım (Irms), tepe akımı (Ipeak) ve doyma akımı (Isat) gibi birden fazla değerle tanımlanır. Üretici tarafından sağlanan indüktörler, çeşitli topoloji yapılarının öncelik gereksinimlerini karşılamak için farklı nominal akım kombinasyonlarına ve diğer üst düzey parametre referanslarına sahip olacaktır.
Üretici ayrıca performans veya güvenilirlikten ödün vermeden ilgili ısıya dayanabilen gelişmiş malzemeler ve yüzeye montaj teknolojisi (SMT) (Şekil 2) geliştirmiştir. Koruma tipi, hassas uygulamalarda radyo frekansı girişimi (RFI) sorunlarını en aza indirmeye yardımcı olur.
Şekil 2: Yüksek güçlü SMT indüktörleri artık performansı etkilemeden çeşitli şaşırtıcı küçük boyutlar sağlayabilmektedir. (Resim kaynağı: Eaton)
Eaton Elektronik Bölümü'nün HCM/HPAL kalıplı indüktör serisi, bu dönüştürücü optimize edilmiş indüktörlerin ilerlemesini ve farklılaşmasını yansıtıyor. Her iki seride de dayanıklılık, yüksek akım ve düşük EMI ile karakterize edilen gelişmiş indüktör malzemeleri kullanılmaktadır. Kalıplanmış yapıları, çeşitli nominal akım aralıklarında yumuşak endüktans kaybı sağlayabilir.
HCM ve HPAL serisi cihazlar çeşitli boyutlarda gelir ancak hacimleri nispeten küçüktür.
Güvenilirliği ve sağlamlığı sağlamak için HCM/HPAL cihazlarının nominal çalışma sıcaklığı -55 ila 125 ° C'dir (ortam sıcaklığı artı kendi kendine sıcaklık artışı) ve nemli ortamlardan kaynaklanan yüzey paslanmasını önlemeye yardımcı olan pas önleyiciler içerirler (MSL seviye 1).
HCM serisi, HCM0503V2-R68-R ve HCM0503V2-4R7-R olmak üzere iki temsili cihazda görülebilen mükemmel Isat performansına sahip gelişmiş preslenmiş demir tozu kullanır. HCM0503V2-R68-R, 1 megahertz'e (MHz) kadar çalışma frekansına sahip, 680 nanohenri (nH), 8 miliohm (m Ω) DCR korumasız indüktördür. Boyutu yalnızca 5,7 × 5,4 × 3,0 mm olup nominal akımı 10 amper (A) (Irms)/12 amper (Isat)'tir. HCM0503V2-4R7-R aynı paket boyutunu kullanır ancak daha yüksek endüktans gerektiren durumlar için uygundur. Nominal akımı 4,1 A (Irms)/6 A (Isat) olan 4,7 µ H, 47 m Ω korumasız bir cihazdır.
Buna karşılık, HPAL indüktörleri daha düşük çekirdek kayıplarını korurken daha düşük DCR ve daha yüksek Irms elde etmek için alaşım tozu kullanır. Bu indüktör serisinin güç aralığı 0,15 μ H ila 10 μ H arasındadır ve akım 4,5 A ila 40 A arasındadır. Bazı uygulamalarda çok önemli olan elektromanyetik (EMI) koruma fonksiyonuna sahiptir. Örnek cihazlar arasında HPAL1V0630-R47-R (18 A (Irms) ve 20 A (Isat) değerinde 470 nH, 4,1 m Ω indüktör) ve HPAL1V0630-8R2-R (5 A (Irms) ve 5,5 A (Isat) değerinde 8,2 µ H, 55 m Ω indüktör) yer alır.
Şekil 3'teki grafik, HPAL1V0630-8R2-R indüktörünün nominal endüktansı, DC akımı ve sıcaklığı arasındaki azalma ilişkisini gösterir.