インダクタの選び方は？

まず、インダクタンスの基本原理

インダクタ、コンデンサおよび抵抗とともに、電子機器における 3 つの基本的な受動デバイスです。 インダクタの機能は、電気エネルギーを磁界エネルギーの形で蓄積することです。

円筒コイルを例として、インダクタンスの基本原理を簡単に紹介します。

上図に示すように、コイルに定電流を流すと右螺旋の法則に従い、指示された方向に静磁場が形成されます。 インダクタは交流電流を流れ、生成される磁場は交流磁場であり、変化する磁場が電場を生成し、コイルの誘導起電力によって誘導電流が生成されます。

・電流が増加すると磁界は強くなり、磁界の変化の方向は元の磁界と同じになります。 左螺旋の法則により、発生する誘導電流は元の電流とは逆になり、インダクタンス電流は減少します。

・電流が変化すると磁界は弱まり、磁界の向きは元の磁界とは逆に変化します。 左螺旋の法則により、発生する誘導電流は本来の電流と同じ方向となり、インダクタ電流は大きくなります。

これはレンツの法則であり、最終的にはインダクタがそこを流れる電流の変化を妨げることになります。つまり、インダクタは交流電流に対して高い抵抗を持ちます。 同じインダクタンスの場合、電流変化率が大きいほど誘導電流が大きくなり、インダクタンスのインピーダンスが高くなります。 電流変化率が同じでインダクタが異なる場合、生成される誘導電流が大きい場合、インダクタはより高いインピーダンスを示します。

インダクタンスの大きさは、コイルのサイズと内部コアの材質に関係していることがわかります。

実際のインダクタンスの特性は、インダクタンスの役割だけでなく、次のような他の要素も影響します。

・コイルに巻かれた導体は理想的な導体ではなく、一定の抵抗が存在します。

· インダクタンスの磁気コアには一定の熱損失があります。

· インダクタ内部の導体間には分布容量が存在します。

したがって、実際のインダクタンスを表すには、より複雑なモデルを使用する必要があります。一般的に使用される等価モデルは次のとおりです。

等価モデルの形式は異なる場合がありますが、損失と分布容量を反映できるはずです。 等価モデルによれば、実際のインダクタンスの 2 つの重要なパラメータを定義できます。

自己共振周波数

Cpの存在によりLと共振回路が形成され、その共振周波数がインダクタの自己共振周波数となります。 自己共振周波数より前では、周波数の増加に伴ってインダクタのインピーダンスが増加します。 自己共振周波数の後、周波数が増加するにつれてインダクタのインピーダンスは減少し、静電容量が現れます。

品質係数

つまり、インダクタのQ値、誘導蓄積電力と損失電力の比、Q値が高いほどインダクタの損失は低くなり、インダクタの直流インピーダンスはパラメータに直接関係します。 。 高周波インダクタの重要なパラメータは自己共振周波数とQ値です

第二に、インダクタンスのプロセス構造

インダクタンスの発生過程は大きく3種類に分けられます。

2.1 巻線タイプ（巻線タイプ）

名前が示すように、銅線を磁心の周りに巻いてコイルを形成します。銅線の巻き方には 2 つの方法があります。

丸い傷

円筒巻きは一般的であり、次のような幅広い用途があります。

平らな傷

平面巻きの利点は明らかであり、デバイスの高さが低減されます。 前の式から、磁気コアの透磁率が大きいほどインダクタンス値が大きくなり、磁気コアは

・非磁性材料：空芯、セラミックコアなど、磁心とは呼べないようです。 このインダクタンス値は小さいですが、基本的に飽和電流はありません

· 強磁性材料: フェライト、ペルモ合金など。 合金の透磁率はフェライトよりも高くなります。 強磁性体には磁気飽和現象があり、飽和電流が流れます。

巻線インダクタンスにより、大電流と高インダクタンスが提供されます。 磁気コアの透磁率が大きいほど、同じ検出値で巻線が少なくなり、巻線が少なくなるほど DC 抵抗を減らすことができます。 同サイズでも巻数が少なく太く巻くことができ、電流が向上します。

さらに、電源設計では、インダクタンスハウリングの問題がよく発生します。本質は、磁場の変化が導体、つまりコイルの振動を引き起こすということであり、振動の周波数はちょうどオーディオにあります。人間の耳が聞くことができる範囲、合金統合成形インダクタンス、よりしっかりしており、振動を減らすことができます。

2.2 積層インダクタ（積層タイプ）

積層チップインダクタの製造プロセス: フェライトまたはセラミックペーストを乾燥して形成し、導電性ペーストを交互に印刷し、積層および焼結によって一体構造を形成します。

積層チップインダクタは巻線インダクタに比べて小型でパッケージが標準化されており、自動高密度実装に適しています。 一体構造で信頼性が高く、耐熱性に優れています。

2.3 薄膜インダクタンス（薄膜タイプ）

薄膜インダクタはICの製造と同様のプロセスを使用し、基板上に導体膜の層をめっきし、その後フォトリソグラフィプロセスによってコイルを形成し、最後に媒体層、絶縁層、電極層を追加してパッケージ化して形成します。

薄膜デバイスの製造工程を下図に示します。

 

 

リソグラフィープロセスの精度が高いため、線が細くなり、エッジがシャープになります。 したがって、薄膜インダクタには、

・小型サイズ、008004パッケージ

· 小さい値ステップ、0.1nH

· 小さい許容差、0.05nH

· 周波数安定性の向上

第三に、インダクタの用途と選択

回路設計において、インダクタには次の 3 つの主要なアプリケーション カテゴリがあります。

· 電源インダクタンス: 主に電圧変換に使用され、一般的に電源インダクタンスを使用する DCDC 回路に使用されます。

デカップリング インダクタンス: 主に電力線または信号線のノイズを除去するために使用され、EMC エンジニアはよく知っている必要があります。

· 高周波インダクタ: 主に RF 回路でバイアス、マッチング、フィルタリング、その他の回路を実現するために使用されます。

3.1 電力インダクタンス

パワーインダクタは、エネルギーを蓄積および放出することによって連続電流を維持するために、DCDC 回路で一般的に使用されます。

ほとんどのパワー インダクタは巻線インダクタであり、大電流と高インダクタンスを向上させることができます。

積層チップパワーインダクタもますます増加しており、通常はインダクタンス値と電流が低く、コストが低く、体積が超小型であるという利点があり、携帯電話などスペース制限の大きい製品への応用が増えています。 。

 

3.2 デカップリングインダクタ

デカップリングインダクタはチョークとも呼ばれ、教科書ではチョークコイルと訳されることが多いです。 デカップリング インダクタの役割は、EMC デバイスに属するライン上の干渉を除去することです。EMC エンジニアは主に、製品の放射線放射 (RE) と伝導放射 (CE) のテスト問題を解決するために使用されます。

デカップリング インダクタは、通常は比較的単純な構造で、主に銅線がフェライト リングに直接巻かれています。

ディファレンシャルモードインダクタンス

差動モード インダクタは通常の巻線インダクタで、主に電源ノイズを低減するためにコンデンサを使用して LC フィルタを形成するために、一部の差動モード干渉を除去するために使用されます。

220V 主電源の場合、差動モード干渉は L 相と N 相の間の干渉です。 POE の場合、POE+ と POE- の間の干渉です。 メインボード上の低電圧 DC 電源の場合、実際には電源ノイズです。

差動モードのインダクタを選択する場合は、次の点に注意する必要があります。

• 動作要件を満たす DC 抵抗、定格電圧および電流。

• 製品要件を満たす構造サイズ。

• テストを通じてノイズ周波数帯域を決定し、インダクタのインピーダンス曲線に従ってインダクタを選択します。

• LC フィルターを設計し、簡単な計算とシミュレーションを実行できます。

コモンモードインダクタ

コモンモードインダクタは、同じフェライトリング上に同じ巻き数で逆方向に2つのコイルを巻いたものです。

 

上に示すコモンモードインダクタ:

・コモンモード成分がコモンモードインダクタに流れると、右手の法則に従って2つのコイルに同じ方向の磁界が形成され、コモンモード信号に対しては高いインダクタンスに相当します。 ;

· 差動モード成分がコモンモードインダクタを流れると、右手の法則に従って、2 つのコイル内に反対方向の磁場が形成され、互いに打ち消し合います。これは、差動モード信号に対する低い誘導リアクタンスと等価です。 。

別の理解方法: V+ がコモンモード干渉の周波数を流れると、形成された交流磁場がもう一方のコイルに誘導電流を形成します。左手の法則に従って、誘導電流の方向はコイルの方向と反対になります。 V- 上のコモンモード干渉。コモンモード干渉の一部がキャンセルされます。

コモンモードインダクタは、主に220V主電源、CANバス、USB信号、HDMI信号などのデュアルワイヤまたは差動システムで使用されます。 これは、コモンモード干渉を除去するために使用されますが、有用な差動信号の減衰は小さいです。

コモンモードインダクタの選択では、次の点に注意する必要があります。

· DC インピーダンスは低くなければならず、電圧や有用な信号に大きな影響を与えてはなりません。

· 電力線の場合、動作要件を満たすために定格電圧と電流を考慮する必要があります。

· コモンモード干渉の周波数帯域はテストによって決定され、この周波数帯域ではコモンモード インピーダンスが高くなければなりません。

· 差動モードのインピーダンスは小さい必要があります。差動信号の品質に大きな影響を与えることはできません。

パッケージサイズを考慮し、互換性のある設計を行ってください。 たとえば、USB 信号用のコモンモード インダクタは、2 つの 0402 抵抗と互換性があるように選択でき、コモンモード インダクタが必要ない場合は、0402 抵抗を直接溶接してコストを削減できます。

詳細については、こちらまでお問い合わせください。sales@xfullstar.com