Дроссели компании sumida
В статье описана производственная линейка дросселей компании Sumida. Рассмотрены основные параметры дросселей и даны краткие рекомендации по их выбору. Основное внимание уделено добротности дросселя, по этому параметру в первом приближении можно судить о качестве изделия.
Катушки индуктивности, или дроссели, являются настолько привычными компонентами, что над их выбором часто не задумываются. И лишь потом, когда «что-то пошло не так», выясняется, что всему виной оказался дроссель. Например, появились проблемы с тестами на электромагнитную совместимость из-за слишком большой индуктивности рассеяния дросселя. Из-за низкой добротности дросселя на основной гармонике рабочей частоты DC/DC-преобразователя пульсация его выходного напряжения может превысить допустимый предел.
Пренебрежение добротностью является довольно частой ошибкой: почему-то даже опытные разработчики, выбирая дроссель для фильтра, не обращают внимания на этот параметр и при расчете фильтра учитывают только индуктивность дросселя, а в лучшем случае – его сопротивление на постоянном токе RDC. Между тем, этот параметр очень важен: он характеризует потери в дросселе и, следовательно, качество дросселя. Аналитически рассчитать этот параметр едва ли можно. Насколько известно автору, не существует точной аналитической формулы, пригодной для инженерной оценки добротности. Иногда для упрощения добротность Q катушки индуктивности L рекомендуют вычислять из соотношения (1):
К сожалению, это упрощение годится лишь для очень ограниченных случаев использования катушки с немагнитным сердечником при малой частоте, когда не проявляется ни поверхностный эффект, ни эффект близости, а также отсутствуют паразитные межвитковые емкости и потери в сердечнике и диэлектрике. Применительно к подавляющему большинству электронных схем это соотношение использовать категорически не рекомендуется, т. к. оно учитывает лишь малую толику потерь, и по нему невозможно судить о качестве дросселя. Поскольку величина добротности зависит от частоты, при выборе дросселя необходимо не только знать минимальную добротность, но и желательно иметь график ее изменения в функции частоты. Отсутствие в документации компании полной информации о добротности дросселя является поводом для разработчика подумать о целесообразности использования этой продукции.
В случае, когда речь идет о разработке оборудования для промышленных приложений, автомобильной электроники или любых других приложений для жестких условий эксплуатации, помимо добротности необходимо обратить внимание еще и на соответствие дросселей требуемым стандартам. Другими словами, в таких приложениях следует использовать дроссели известных компаний, чья продукция проверена временем и соответствует самым жестким требованиям.
К числу таких компаний, вне всяких сомнений, принадлежит глобальная компания Sumida со штаб-квартирой в Токио. Ее офисы находятся в девяти странах на разных континентах. Производство дросселей компания начала в 1965 г. Учитывая, что японские компании исповедуют философию кайдзен, которая заключается в непрерывном совершенствовании производственных процессов, можно предположить, что за 55 лет изготовления дроссели компании вплотную приблизились к идеалу. Достаточно сказать, что Sumida выпускается дроссели, у которых отклонение индуктивности от номинального значения составляет всего лишь 1 или 2% в зависимости от типа сердечника! Насколько нам известно, подобной точности не добился еще ни один производитель.
Рисунок 1
Дроссели компании Sumida
В производственную линейку Sumida входят чип-дроссели с ферритовыми и керамическими сердечниками, в т. ч. синфазные дроссели, а также дроссели со стержневым сердечником из немагнитных материалов, изготавливаемые по проприетарной технологии компании, и катушки с воздушным сердечником. Номинальное значение индуктивности дросселей варьируется в пределах 1 нГн…1 мГн. На рисунке 1 в качестве примера показаны лишь некоторые дроссели Sumida типоразмером в пределах 0402–2012. Выпускаемые компанией трансформаторы мы оставим за рамками рассмотрения этой статьи.
Дроссели соответствуют стандартам AЕC Q 200. Их электрические параметры тестируются при температурах –55, 25 и 125°C. Кроме того, они отвечают требованиям спецификаций MIL-STD-202 и выдерживают 1000 циклов термоциклирования в диапазоне –55…125°C. Их термическая стойкость составляет 1000 ч при 125°C.
Поскольку невозможно в короткой статье описать все семейства дросселей, мы рассмотрим лишь несколько наиболее характерных, с нашей точки зрения, серий. Дроссель с наименьшей индуктивностью 1 нГн входит в состав серии 5516. Все дроссели этой серии выполнены на керамиче-ском сердечнике, а их типоразмер составляет 0603. В дросселях с керамическим сердечником медные дорожки в форме витка имплантируются в керамические пластины. У этих дросселей более высокая, по сравнению с ферритовыми дросселями, добротность из-за гораздо меньших потерь в сердечнике, и отсутствует эффект насыщения. Следовательно, их индуктивность не зависит от тока. Однако ее величина у них ниже, чем у ферритовых дросселей.
Рисунок 2
Рисунок 3
Зависимость добротности от частоты дросселей серий 5309/5509 с керамическим сердечником
Зависимость индуктивности от частоты дросселей серий 5309/5509 с керамическим сердечником
В состав серии 5516 входят 30 дросселей, которые в зависимости от модификации имеют следующие параметры:
- индуктивность: 1–220 нГн;
- типовая добротность (измеряется при частоте 800 МГц): 25–60;
- минимальная добротность (измеряется при частоте 100 МГц): 7–14;
- собственная резонансная частота: 1,3–16 ГГц;
- RDC: 20–7000 мОм;
- нормируемый ток: 110–1800 мА.
При оценке параметров следует иметь в виду общие закономерности:
- чем меньше индуктивность, тем выше типовая нормируемая (не минимальная!) добротность;
- чем меньше индуктивность, тем выше значение собственной резонансной частоты;
- чем меньше индуктивность, тем меньше сопротивление постоянному току;
- чем меньше величина RDC, тем больше максимальный нормируемый ток.
Дроссели с максимальной индуктивностью 1 мГн входят в состав серий 5309/5509. Дроссели этой серии производятся с ферритовым или керамическим сердечником в типоразмере 1812. В состав серии входит почти 60 дросселей. Вначале перечислим основные параметры дросселей с керамическим сердечником:
- индуктивность дросселей: 1–33 мкГн;
- минимальная добротность (измеряется при частотах 2,5 и 7,9 МГц): 17,30;
- собственная резонансная частота: 5–360 МГц;
- RDC: 0,55–12,3 Ом;
- нормируемый ток: 100–550 мА.
Рисунок 4
Рисунок 5
Зависимость добротности от частоты дросселей серий 5309/5509 с ферритовым сердечником
Зависимость индуктивности от частоты дросселей серий 5309/5509 с ферритовым сердечником
В зависимости от модификации ферритовые дроссели серий 5309/5509 имеют следующие параметры:
- индуктивность: 1–1000 мкГн;
- минимальная добротность (измеряется при частотах 0,796; 2,5 и 7,9 МГц): 12–30;
- собственная резонансная частота: 1,15–260 МГц;
- RDC: 0,12–28,5 Ом;
- нормируемый ток: 70–1300 мА.
При выборе дросселей обязательно следует обратить внимание на зависимость их параметров от частоты. Поскольку дроссели компании используются в цепях силовых преобразователей и РЧ-цепях, необходимо учесть и высшие гармонические составляющие. В противном случае могут появиться нелинейные искажения из-за искажения высших гармоник. Желательно, чтобы основная частота сигнала находилась в области высоких значений добротности дросселя, но не приближалась к собственной резонансной частоте дросселя.
В документации компании приведены зависимости добротности и индуктивности от частоты для всех дросселей. В частности, эти зависимости для рассмотренных выше серий 5309/5509 представлены на рисунках 2–5. Из приведенных графиков видно, насколько соотношение (1) для вычисления добротности далеко от реальности. Для других серий дросселей графики указанных параметров могут иметь несколько иной вид, но все они приведены в документации.
Кратко упомянем еще две серии дросселей. Серии с воздушным сердечником и высокой добротностью используются для развязки РЧ-цепей. Их основные параметры:
- индуктивность: 12–4100 нГн;
- минимальная добротность (измеряется при частотах 25; 40 и 80 МГц): 160–220;
- резонансная частота: 90–1800 МГц;
- RDC: 4–620 мОм.
Для обеспечения высокой температурной стабильности рекомендуется воспользоваться серией керамических дросселей 5120. Специальная термостабильная керамика гарантирует минимальный температурный коэффициент изменения индуктивности. В этой серии имеются дроссели с минимальным отклонением индуктивности от номинального значения вплоть до 1%. Основные параметры серии 5120:
- индуктивность: 12–2660 нГн;
- минимальная добротность (измеряется при частотах 25; 40 и 80 МГц): 140–220;
- резонансная частота: 90–1800 МГц;
- RDC: 4–620 мОм.