Soorten smoorspoelen:de ultieme gids

Inductoren hebben de reputatie groot en traag te zijn. Daarom kunnen sommige hobbyisten ze vermijden, vooral wanneer ze beginnen. Ze zijn echter een kritisch passief onderdeel en het leren waard. Bovendien zijn niet alle inductoren inflexibel en omslachtig en kunnen ze een van de meest vitale elektronische componenten voor uw printplaat zijn. Maar eerst moet u weten welk type inductoren het meest geschikt zijn voor uw project.

Soorten smoorspoelen

Inductoren zijn er in verschillende soorten en maten. In dit gedeelte van de gids zullen we alle soorten inductoren verkennen die voor u beschikbaar zijn, en we zullen de functies, toepassingen en constructie bespreken.

Gekoppelde spoel

Bron:Wikimedia Commons

Gekoppelde inductor/kleine transformator

Bouw

Gekoppelde inductoren bestaan ​​uit een ideale transformator en een inductor met magnetiserende inductantie, en deze twee componenten vormen samen de gekoppelde inductor. Zoals bij de meeste inductoren, gebruikt de gekoppelde inductor de gemagnetiseerde inductorcomponent om energie op te slaan terwijl de transformator deze overdraagt. Beide spoelen van de inductor verhogen echter de algehele elektromagnetische permeabiliteit door een fenomeen dat we kennen als wederzijdse inductantie / inductie.

Gebruik

We gebruiken meestal gekoppelde inductoren in buck-boost DC-DC-converters zoals:

• Enkelzijdige primaire-inductor-converters
• Flyback-converters
• Ćuk-converter

Voorbeeldspecificaties

• Kernvolume: 0,121 liter
• Lengte tussenruimte:
  • Zijkant: 0 mm
  • Centrum: 26,6 mm
• Totaal gewicht: 910g

Diagram

Gekoppeld inductordiagram

Bron:Wikimedia Commons

Luchtkernspoel

Gekleurde luchtspoelinductoren

Bouw

De luchtkerninductor is een van de meest voorkomende soorten inductoren. Het gebruikt vaak een keramische kern en daarom noemen we het meestal een inductor met keramische kern. Luchtinductoren kunnen echter ook kernloos zijn.

Niettemin hebben keramische niet-magnetische kernluchtinductoren de voorkeur. Dit komt omdat de keramische kern de inductor zijn vorm geeft en ondersteunt. Bovendien is keramiek een ideaal materiaal vanwege de lage thermische uitzettingscoëfficiënt en kan het dus een hoge mate van stabiliteit bieden wanneer de spoel in gebruik is. Het zal je niet verbazen dat keramiek een van de meest voorkomende kernmaterialen is.

Bovendien heeft keramiek geen magnetische eigenschappen. Daarom heeft het geen permeabiliteit en zal het geen restenergie opslaan of de algehele inductantie van het onderdeel verstoren. Tijdens het productieproces dopen fabrikanten de inductor in was of lak om hem verder te stabiliseren. Dit proces is essentieel voor kernloze luchtinductoren.

Gebruik

We kunnen luchtkerninductoren gebruiken in hoogfrequente toepassingen zoals televisies. Andere opmerkelijke toepassingen zijn:

• Tussentrapkoppeling
• laagfrequente toepassingen tussen 20 Hz en 1 MHz
• RF- en IF-afstemspoelen
• Circuits filteren

Voorbeeldspecificaties

• Bedrijfstemperatuur: -40 °C tot 125 °C (+)
• Tolerantie: ± 2%, 5% en 10%
• Bereik: 1,65nH tot 538nH
• DC-weerstand: 0,4
• Draadmeter: 18 AWG

Diagram

Symbool luchtkernspoel

Bron:Wikimedia Commons

Inductor met gelaagde kern

ER-kernassemblage

Bron:Wikimedia Commons

Bouw

Fabrikanten construeren de kern van deze inductoren door een stapel lamineringen op elkaar te ordenen. De materialen waaruit deze lamineringen bestaan, zijn afhankelijk van de specificaties en het doel van de inductor. Daarom kan het uit een overvloed aan materialen bestaan, allemaal met verschillende diktes.

De lamineringen zijn echter meestal op staal gebaseerd en hebben een isolerend materiaal ertussen. De fabrikant moet deze lamellen dus parallel aan het magnetische veld plaatsen om wervelstroomverliezen te voorkomen. Bovendien omvatten de andere kritische componenten van de inductor met gelamineerde kern een spoel die om een ​​spoel is gewikkeld.

Gebruik

We gebruiken meestal gelamineerde smoorspoelen in transformatoren. U kunt ze echter ook in een groot aantal toepassingen gebruiken, zoals:

• Lijnfilters
• Ruisfilters
• Filter smoorspoelen
• Opladers/converters voor elektrische voertuigen

Voorbeeldspecificaties

• DC-stroombereik: 1,0 ADC tot 200 ADC
• Inductiebereik :0,12 mHy tot 100 mH
• Bedrijfstemperatuur: tot 130°C

Diagram

Inductor met gelaagde kern

Bron:Wikimedia Commons

Inductor met ferrietkern

Ferrietkraal nee schelp

Bron:Wikimedia Commons

Bouw

Qua uiterlijk lijkt ferriet op keramisch materiaal. In tegenstelling tot keramiek is het echter een ijzerhoudend materiaal (ferromagnetisch). Dit betekent dat het magnetiseert wanneer het zich in een magnetisch veld bevindt, en het behoudt dit magnetisme nog steeds wanneer het gebied wordt verwijderd.

Dientengevolge heeft het een hoge elektromagnetische permeabiliteit en een pad met lage reluctantie naar de magnetische flux. Omdat de kernmaterialen uit ijzeroxide bestaan, kunnen we ook spreken van ijzeren kerninductoren.

Er zijn twee soorten ferrietkernen:

• Zacht ferriet: Het draagt ​​slechts tijdelijk elektromagnetisme. Als het magnetische veld zich terugtrekt, verliest het ferriet zijn magnetisme. Het kan dus de magnetische polariteit omkeren. Daarom noemen we het vaak een tijdelijke of tijdelijke magneet.
• Hard ferriet :Een dicht en robuust materiaal dat kan werken bij temperaturen tot 180°C. In tegenstelling tot zacht ferriet behoudt het echter zijn magnetisme nadat het magnetische veld eruit is verwijderd. Daarom noemen we ze permanente magneten.

Gebruik

We kunnen ferrietkerninductoren gebruiken in de volgende toepassingen:

• Pi-filters
• Circuits schakelen
• Verschillend frequentiebereik

Voorbeeldspecificaties

• Inductie: 1400±25% nH
• Werkingsfrequentiebereik: ≥ 150 kHz
• Bedrijfstemperatuur: -25°C tot ±180°C
• Gewicht: 1,4 g tot 27,6 g

Diagram

Magnetisch ferrietspoeldiagram

Bron:Wikimedia Commons

Soorten smoorspoelen– Inductoren met ringkern

Ringkerninductoren gebruiken toroïden als hun kern. Daarom zult u merken dat de meeste inductortypen op deze lijst hun naam baseren op het materiaal dat het lichaam gebruikt. Ringkern verwijst echter meer naar de vorm van de kern dan naar het materiaal.

Toroïden zijn donutvormige structuren - cirkelvormig met een gat in het midden. Dienovereenkomstig zijn inductor-ringkernen er in verschillende maten en materialen. Daarom vindt u smoorspoelen op basis van toroïden met ferrietmateriaal of producten met een kern in poedervorm, zoals Kool Mµ.

De reden dat we verschillende materialen hebben, is dat ze zich anders gedragen met verschillende frequenties en inductiewaarden. Desalniettemin, ongeacht het materiaal, is het belangrijkste voordeel van de ringkerninductor ten opzichte van andere inductortypen de lagere elektromagnetische interferentie (EMI).

Hoewel u uw ringkerninductor thuis kunt maken, heeft u tijdens het productieproces een unieke wikkeling nodig.

Gebruik

Toepassingen van ringkerninductoren kunnen zijn:

• Voedingen
• Elektronische circuits
• Analoge circuits
• Communicatiesystemen
• Medische apparaten

Voorbeeldspecificaties

• Materiaalsoorten:
  • Molypermalloy-poeder
  • Hoge Flux (poeder van nikkel-ijzerlegering)
  • Kool Mµ (ijzer, aluminium, siliciumlegeringspoeder)
  • XFlux (poeder van silicium-ijzerlegering)
  • Kool Mµ Max (ijzer, silicium en aluminiumlegering)
• Permeabiliteit: 14 – 300 H/m
• Verzadiging: 0,7 tot 1,6T

AC-kernverlies: Ondiep tot hoog

Diagram

Toroidale kerninductor met volledig gemunt magnetisch veld

Bron:Wikimedia Commons

Soorten smoorspoelen– Klosspoel

Een verzameling spoelinductoren

Bron:Wikimedia Commons

Een spoel is een stuk cilindrisch materiaal waarmee u draad, tape of koperen spoel eromheen kunt wikkelen. Nogmaals, de naam beschrijft de vorm van het materiaal in tegenstelling tot het materiaal zelf. Daarom kunnen we dit type inductor vanwege zijn vorm ook wel een trommelkerninductor noemen.

Zodra we de spoel om de trommel hebben gewikkeld, bevestigen we deze met een krimpkous aan het lichaam. De spoel kan in verschillende vormen en materiaalsoorten voorkomen. Het kan bijvoorbeeld bestaan ​​uit ferromagnetisch materiaal, ijzerpoeder of nikkel-ijzerlegeringen.

Gebruik

We gebruiken voornamelijk spoelgebaseerde inductoren op gemonteerde printplaten. Andere inductietoepassingen zijn onder meer:

• Voedingsadapter
• Pi-filters
• Filtercircuit
• Geschakelde voedingscircuits

Voorbeeldspecificaties

• Materiaaltype:
  • Nikkel-ijzerlegering
  • Kobaltlegering
  • IJzer in poedervorm en nikkel
  • Ferriet

Standaard inductie: +/- 10%

Vormfactoren: Verticaal en horizontaal

Diagram

Een transformator die de basisconstructie van een spoel op basis van een spoel laat zien

Bron:Wikimedia Commons

Soorten smoorspoelen– Axiale vaste smoorspoelen

Een verzameling axiale vaste inductoren

Bouw

Axiale inductoren lijken veel op weerstanden en daarom kunnen we ze ook wel kleurenringinductoren noemen. Desalniettemin hebben ze vaak een dunne spoel rond een miniatuur gebogen spoelachtig ferrietmateriaal. Zodra we de lus om de kern hebben gewikkeld, verbinden we de draden met beide uiteinden van de structuur. Vervolgens vormen we het met groene keramische of plastic isolatie. Ten slotte markeren we het met ringen/banden volgens de specificaties en normen van de Electronic Industries Association (EIA).

Deze ringen stellen ons in staat om de waarde van de inductor of zijn inductantie te onderscheiden. Meestal kunt u ze vinden als inductoren met 4 of 5 ringen. Niettemin, om het belang van een inductor te berekenen, moet u het EIA-kleurenblad raadplegen.

Gebruik

Axiale inductoren zijn over het algemeen hoogfrequente inductoren. Vanwege hun grootte en algemene robuustheid kunnen we ze in verschillende toepassingen gebruiken, zoals:

• Printplaten
• RF-toepassingen
• Resonantiecircuits
• Buck-boost-converters
• Het normaliseren van de stroom in een elektrisch circuit
• Filter circuits en andere ontwerpen

Voorbeeldspecificaties

• Bedrijfstemperatuur: -55°C tot ± 105°C
• Inductor-producttypen:
  • Inductoren voor algemeen gebruik
  • RF-spoelen
  • Stroominductoren
• Spiraal- en materiaaltypes:
  • Choke (Power, RF, Hash en HF)
  • Gegoten
  • Draadgewonden
  • RFI-spoel
• Inductiebereiken: 1 nH tot 680 mH
• Tolerantie: 1% tot 20%
• Bereik van maximale DC: 2 mA tot 188 A
• DC-weerstandsbereik: 35 uΩ tot 1,2KΩ

Soorten smoorspoelen– Diagram

Algemeen RSA-spoelsymbool

Bron:gratis SVG's

Soorten smoorspoelen– Meerlaagse chipinductoren

Surface Mount Multilayer Inductor Dwarsdoorsnede

Bron:Wikimedia commons

Soorten smoorspoelen– Bouw

Zoals de naam al aangeeft, bestaan ​​meerlagige chipinductoren uit meerdere lagen. Als zodanig bestaan ​​deze lagen meestal uit ferromagnetisch materiaal bovenop keramische diëlektrische materialen. Bovendien zullen fabrikanten de inductiespoel op deze ferromagnetische platen printen met een metaalpasta.

Zodra de fabrikant deze lagen correct plaatst, vormen de patronen een enkelvoudige spoel. De fabrikant zal vervolgens het totale pakket vormen en coaten. Aan elke kant van het MLCIs-pakket bevinden zich aansluitklemmen. Desalniettemin kunnen we dit soort inductoren ook gewoon meerlagige inductoren noemen.

Gebruik

Hun compactheid stelt ons in staat om meerlaagse chipinductoren te gebruiken in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals:

• Wearables
• Bluetooth-apparaten
• Mobiele apparaten
• Sessiegrenscontroleur (SBC)
• Computer-moederborden
• Netwerkadapters
• Communicatieapparatuur

Voorbeeldspecificaties

• Inductiebereik: 0,3 nH tot 470 nH
• Bedrijfstemperatuurbereik: -55 °C tot 125 °C+
• Frequentiebereik: 12 MHz tot +65 MHz

Diagram

Constructie van meerlaagse keramische chip-inductoren

Bron:Wikimedia commons

Andere opmerkelijke soorten smoorspoelen

• Draadloze oplaadspoelen :Ze bestaan ​​uit strengen koperdraad die om een ​​ferrietkern zijn gewikkeld. Over het algemeen gebruiken we ze voor het draadloos opladen van mobiele apparaten.
• Inductoren met gepoederde ijzeren kern: Het zijn smoorspoelen met ferromagnetische kernen, gescheiden door luchtspleten. Zo stimuleren de magnetische materialen in de kern een hoge elektromagnetische permeabiliteit.
• Filmspoel: Ze gebruiken een op dunne film gebaseerd materiaal als spoel. Bovendien zijn ze ongelooflijk klein en licht van gewicht. Daarom kunnen we ze gebruiken in toepassingen zoals DC-naar-DC-converters in mobiele telefoons en andere draagbare apparaten. Bovendien kunnen we dit soort inductoren gebruiken om een ​​resonantiecircuit te creëren.
• Variabele spoel: Verstelbare smoorspoelen met een mobiele magnetische kern. Dienovereenkomstig beweegt de magnetische kern in en uit de inductorspoel. Hierdoor kan het apparaat dus het niveau van inductantie wijzigen. Verder kunnen we ze ook wel variabele ferrietkerninductoren noemen. Typisch kan de variabele inductantie variëren van 10 μH tot 100 mH.

Conclusie

In deze gids hebben we enkele van de meest voorkomende soorten inductoren onderzocht. Het is je misschien opgevallen dat de kritische determinant van een inductortype de kern is. Als je dit deel van de gids hebt bereikt, zou je een basiskennis moeten hebben van alle soorten inductoren en hoe ze zich kunnen aanpassen aan je volgende project. Hoe dan ook, we hopen dat u deze gids nuttig vond. Bedankt voor het lezen.