Common-mode-inductor

Inductie is een belangrijk concept in elektrische circuits dat beschrijft hoe een circuitelement energie kan opslaan in een magnetisch veld. Inductantie wordt gewoonlijk weergegeven door het symbool "L" en wordt gedefinieerd als de verhouding van de spanning over een circuitelement tot de snelheid waarmee de stroom erdoorheen verandert. Wiskundig gezien kan dit worden uitgedrukt als L=V / (dI/dt), waarbij L de inductie is, V de spanning en dI/dt de snelheid waarmee de stroom in de loop van de tijd verandert. Inductie wordt geproduceerd door de interactie tussen een elektrische stroom en een magnetisch veld. Terwijl er stroom door een draad of spoel vloeit, genereert deze een magnetisch veld eromheen. Dit magnetische veld induceert vervolgens een spanning in elk nabijgelegen geleidend materiaal, zoals een andere draad of spoel.

De gelijkstroomweerstand van een inductor meet hoeveel deze de stroom van gelijkstroom erdoor tegenwerkt. Het wordt gemeten in ohm en wordt beïnvloed door de lengte en het dwarsdoorsnedeoppervlak van de draad. Wanneer gelijkstroom door een inductor vloeit, ontstaat er een magnetisch veld waarin energie wordt opgeslagen. Deze energie komt vrij wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, waardoor inductie ontstaat, die energie filtert en opslaat. het minimaliseren van de DC-weerstand is belangrijk omdat dit de efficiëntie en prestaties van inductoren in DC-circuits beïnvloedt. De wet van Ohm wordt gebruikt om de DC-weerstand te berekenen en kan worden beïnvloed door temperatuur, draadmateriaal en coating. Bij het selecteren van inductoren wordt de voorkeur gegeven aan een lagere DC-weerstand voor hoogwaardige toepassingen die een hogere efficiëntie vereisen.

De Q-factor, of kwaliteitsfactor, is een maatstaf voor hoe efficiënt een inductor energie kan opslaan en vrijgeven. Het wordt berekend als de verhouding tussen de energie die is opgeslagen in de inductor en de energie die verloren gaat als warmte tijdens elke oscillatiecyclus. Wiskundig wordt de Q-factor uitgedrukt als Q=2πfL / R, waarbij f de resonantiefrequentie van de inductor is, L de inductantie is en R de weerstand van de inductor is.
Een hogere Q-factor betekent dat de inductor efficiënter is in het opslaan van energie, terwijl een lagere Q-factor betekent dat de inductor gemakkelijker energie verliest. Bij het ontwerp en de selectie van inductoren is de Q-factor een belangrijke parameter, vooral voor toepassingen die een hoog rendement en een laag vermogensverlies vereisen. High-Q-inductoren worden bijvoorbeeld gebruikt in RF-circuits om circuits af te stemmen op specifieke frequenties met minimaal vermogensverlies.
De Q-factor van een inductor wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals draadmateriaal, draaddiameter, kernmateriaal en kernvorm. Het gebruik van hooggeleidende draad, het minimaliseren van de draaddiameter en het selecteren van hoogwaardige kernmaterialen kan de Q-factor van een inductor verbeteren. Bovendien beïnvloedt de resonantiefrequentie van de inductor de Q-factor, die het hoogst is bij de resonantiefrequentie. Daarom is het selecteren van de juiste resonantiefrequentie cruciaal voor het bereiken van het gewenste efficiëntieniveau voor een bepaalde toepassing.

De zelfresonante frequentie is de frequentie waarbij een inductor maximale reactantie en minimale impedantie vertoont en zich gedraagt ​​als een resonantiecircuit. Bij deze frequentie heft de reactantie van de inductor de weerstand op, wat resulteert in een puur resistieve impedantie. De zelfresonante frequentie wordt bepaald door de inductie van de spoel, de capaciteit tussen de windingen van de spoel en de verdeelde capaciteit tussen de spoel en andere geleidende elementen in het circuit. Het kan worden berekend met behulp van de formule f=1 / (2π √LC), waarbij L de inductantie van de spoel is, C de totale capaciteit is en f de zelfresonantiefrequentie is.
Inductoren vertonen een toenemende reactantie bij frequenties boven de zelfresonante frequentie en een afnemende reactantie bij frequenties daaronder. De zelfresonante frequentie is een kritische parameter bij het selecteren en ontwerpen van inductoren voor hoogfrequente toepassingen, aangezien het bedienen van een inductor boven zijn zelfresonante frequentie kan resulteren in verminderde efficiëntie, overmatige warmteafvoer en zelfs schade aan de inductor.
De zelfresonante frequentie kan worden verschoven door de fysieke eigenschappen van de spoel of het circuit waarmee deze is verbonden te veranderen. Dit kan worden bereikt door het aantal windingen in de spoel aan te passen, de fysieke grootte of vorm ervan te veranderen, of de capaciteit in het circuit te wijzigen. Het begrijpen van de zelfresonante frequentie en hoe deze kan worden aangepast, is cruciaal voor het ontwerpen en selecteren van inductoren voor hoogfrequente circuits.

De verzadigingsstroom van een inductor is een kritische factor bij het bepalen van de maximale stroom die een inductor aankan voordat de inductantie begint af te nemen als gevolg van magnetische verzadiging van het kernmateriaal. Wanneer het kernmateriaal verzadigd raakt, bereikt de magnetische veldsterkte in de kern een maximaal niveau, waardoor de inductie van de spoel afneemt. Verschillende factoren, zoals het kernmateriaal, de kerngeometrie, de draadgrootte en het aantal windingen in de spoel, bepalen de verzadigingsstroom van een inductor.
Normaal gesproken kunnen inductoren met grotere kernen en meer draadwindingen hogere stromen aan voordat ze magnetische verzadiging bereiken. Het selecteren van een inductor met een geschikte verzadigingsstroom is cruciaal bij het ontwerpen van een circuit dat hoge stromen vereist. Fabrikanten van inductoren leveren een datasheet met de verzadigingsstroom van de inductor, die kan worden berekend of geschat op basis van het kernmateriaal en de geometrie. Het is belangrijk om een ​​inductor te selecteren met een verzadigingsstroom die hoger is dan de maximale stroom die in de toepassing wordt verwacht, om door verzadiging geïnduceerde prestatievermindering te voorkomen.

De temperatuurcoëfficiënt van een inductor is een procentuele maatstaf van hoe de inductantie van de spoel verandert in relatie tot de temperatuur. Het wordt doorgaans uitgedrukt in delen per miljoen per graad Celsius (ppm/graad) en is te vinden in het gegevensblad van de inductor. De temperatuurcoëfficiënt is een cruciale factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van een inductor voor toepassingen waarbij temperatuurschommelingen aanzienlijk zijn. De temperatuurcoëfficiënt wordt beïnvloed door de materiaaleigenschappen van het spoel- en kernmateriaal. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt ook de weerstand van het spoel- en kernmateriaal toe, wat resulteert in een vermindering van de inductie. De temperatuurcoëfficiënt kan positief of negatief zijn, afhankelijk van het specifieke ontwerp van de inductor en de gebruikte materialen.
De temperatuurcoëfficiënt is vooral belangrijk in toepassingen die zeer nauwkeurige metingen of regeling vereisen, zoals op inductoren gebaseerde filters die worden gebruikt in hoogfrequente toepassingen zoals radio en telecommunicatie. Een stabiele inductie over een breed temperatuurbereik is essentieel om vervorming en andere problemen te voorkomen.