Дроссели производства KEMET для работы при высоких температурах

Сегодня в автомобильной промышленности повсеместно используются системы ЕРС (Electronic Power Control) — в качестве регуляторов мощности. Такие системы должны соответствовать требованиям производителей оригинального оборудования автомобилей (ОЕМ) в области электромагнитной совместимости (ЭМС), чтобы не нарушать работу других устройств, установленных на транспортном средстве. Именно для этого используются дроссели, которые сглаживают электромагнитные помехи и подавляют шумы, появляющиеся в результате работы устройств. Ключевую роль для приведения дросселя в соответствие с нормами ЭМС и заданными пространственными и весовыми показателями играет материал, из которого он изготовлен. В связи с этим постоянно ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию материала для производства сердечников дросселей. Цель — получить меньшие, более дешевые и, самое важное, более эффективные продукты.

Рис. 1. Кольцевой дроссель серии SSHB

В результате исследований компании KEMET появился материал 7НТ, используемый в сердечниках серии SC и других продуктах, производимых по специальному заказу. По сравнению с предшествующей версией (5НТ, рис. 1) данный материал обеспечивает на 40% лучшее подавление шумов при тех же параметрах устройства (самое главное: при том же размере). Параметры могут быть изменены под конкретные требования проекта. Эффективность 7НТ поддерживается при температуре до +150 °С, благодаря чему изготовленные из этого материала дроссели (рис. 2–4) отлично подходят для использования, к примеру, в транспортных средствах рядом с двигателями, преобразователях постоянного тока большой мощности или преобразователях, являющихся частью системы привода.

Рис. 2. SMD-дроссель серии MPX

Режимы работы дросселей

Дроссель представляет собой тороидальный ферромагнитный сердечник, на который наматывается провод. Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции протекание электрического тока по провод­нику создает магнитное поле, и способность его создавать измеряется в генри. Любое переменное магнитное поле создает в цепи переменную электродвижущую силу, то есть электрический ток, протекающий в обратном направлении (противоположном изначальному). Электромагнитные помехи, вызванные переключением полупроводниковых элементов при высокой частоте, создают магнитное поле и магнитный поток в материале, что, в свою очередь, приводит к магнитным потерям и увеличению температуры ферромагнитного материала. Электромагнитная энергия преобразуется в тепло и рассеивается по цепи.

Рис. 3. Силовой SMD-дроссель серии MPLCV

В дифференциальных дросселях провод наматывается только с одной стороны. Благодаря этому независимо от направления протекания электрического тока помехи будут отфильтровываться путем преобразования тока в электромагнитную энергию и в итоге — в тепло. Несмотря на то, что шумы поглощаются как на высоких, так и на низких диапазонах частот, питание от постоянного либо переменного напряжения создает постоянное магнитное поле и потери. Обычно в таких дросселях используются железные сердечники и другие материалы с высоким насыщением.

Рис. 4. SMD-дроссель серии MPCV

Дроссели, работающие в обычном режиме, используют другой принцип. В них вместо одной наматываются две катушки с противоположно направленными потоками электромагнитной индукции, которые нейтрализуют друг друга. Это означает, что только суммарный ток создает магнитный поток и вызывает нагрев материала. Возможности насыщения в данном случае будут так же высоки, как интерференционный ток.

Помехи могут быть как асимметричными — для них нужны дроссели, работающие в дифференциальном режиме, или Y-конденсаторы, — так и симметричными, которые требуют применения дросселей, работающих в обычном режиме, или X-конденсаторов. Дроссели, предлагаемые компанией KEMET, в основном работают в обычном режиме и оптимально подходят для случаев, когда необходимо устранение шумов и связанных с ними электромагнитных помех. Дифференциальный эффект (утечка) дросселя, работающего в обычном режиме, может быть использован для создания двухрежимного дросселя, который сочетает оба типа подавляющих эффектов.

Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов

Для эффективного понижения шумов необходимо выбрать материал в соответствии с требуемой полосой частот. Определяющим фактором при этом будет магнитная проницаемость материала. Цинково-марганцевые материалы, характеризующиеся повышенной магнитной проницаемостью, эффективны при применении на низком диапазоне частот, а цинково-никелевые сплавы с пониженной магнитной проницаемостью лучше зарекомендовали себя на высоких диапазонах.

Условия окружающей среды

Большим преимуществом дросселей с сердечником из материала 7НТ является возможность работы при большой токовой нагрузке (до 25 А). Условия работы таких дросселей определяются:

• максимальной температурой окружающей среды (в нашем случае это +150 °С);
• требованиями к изоляции с учетом напряжения питания и требований, касающихся ОЕМ;
• скачками температуры, вызванными потерями мощности дросселя.

Дроссели с сердечником, изготовленным из материала 7НТ, меньше тех, у которых сердечник из 5НТ, и из-за этого они более подвержены воздействию окружающей среды. Дроссели серии SC могут быть приспособлены к конкретным потребностям пользователей. Это значительно облегчает их применение в сложных условиях, например в системах двигателей — и в автомобильной промышленности в целом. Более подробную информацию о дросселях КЕМЕТ можно найти на сайте дистрибьютора — компании TME.