TDK onthult compacte 1250V hoogspannings-Common-Mode-smoorspoelen voor geavanceerde vermogenselektronica

TDK heeft de B82722V6*B040-serie geïntroduceerd van hoogspannings-, stroomgecompenseerde dubbele ringkernsmoorspoelen voor DC-busspanningen tot 1250 V (630 V AC) in compacte vermogenselektronica.

De hoogspannings-common-mode-smoorspoelcomponenten zijn bedoeld voor stroomomvormers, industriële motoraandrijvingen en schakelende voedingen die in toenemende mate gebruik maken van SiC- en GaN-vermogenshalfgeleiders en werken met verhoogde DC-busspanningen, waarbij EMI-onderdrukking, isolatiecoördinatie en PCB-ruimte allemaal kritische ontwerpbeperkingen zijn.

Belangrijkste kenmerken en voordelen

De serie is ontworpen om zeer hoge spanningsmogelijkheden te combineren met een kleine verticale voetafdruk, waardoor het gemakkelijker wordt om hoogspanningsarchitecturen te realiseren zonder het filtergebied te vergroten.

• Spanning en isolatie
  • Voornamelijk ontworpen voor gelijkspanningen tot 1250 V en 630 V AC bij 50/60 Hz.
  • Maakt gebruik van meerlaagse vaste isolatie en is getest bij 3.750 V line-to-line voor robuuste elektrische isolatie in hoogspanningssystemen.
• Compact mechanisch ontwerp
  • Elke choke meet ongeveer 23 × 15,5 × 24 mm (L × B × H) in een verticale behuizing met doorlopende gaten.
  • De dubbele smoorspoelstructuur met ringkern en de plastic header zorgen voor mechanische stabiliteit terwijl de PCB-voetafdruk klein blijft.
• Elektrisch bereik
  • Nominale inductantieopties van 3,3 mH tot 22 mH met een tolerantie van −30/+50%.
  • Nominale stromen van 0,85 A tot 3,0 A bij +70 °C, waardoor een afweging mogelijk is tussen verzwakking en stroomcapaciteit.
• EMI-prestaties
  • Een speciale geautomatiseerde wikkeltechniek levert hoge resonantiefrequentiekarakteristieken op, wat belangrijk is voor converters met snelle flanken van SiC/GaN-schakelaars.
  • De typische zwerfinductantie bedraagt ongeveer 0,6% van de nominale inductantie, wat een zekere impedantie in de symmetrische modus (differentiële modus) oplevert, terwijl de hoofdfunctie gericht blijft op onderdrukking van de common-mode.
• Veiligheid en naleving
  • De ferrietkern met epoxycoating en de UL 94 V-0-conforme kunststof header ondersteunen de brandveiligheid en robuustheid.
  • Het ontwerp voldoet aan de eisen van IEC 60938-2 en IEC/UL 60939-3 voor EMI-smoorspoelen en filters en is RoHS-compatibel.
  • Componenten zijn geschikt voor golfsolderen en passen in standaard THT-productielijnen.

Voor ontwerpingenieurs is het netto-effect een gebruiksklare common-mode hoogspanningssmoorspoel die klein genoeg is voor compacte lay-outs, maar toch gespecificeerd is met duidelijke isolatie- en testniveaus. Voor kopers vereenvoudigt de uniforme vormfactor van meerdere elektrische varianten de bevoorrading en tweede inkoop binnen dezelfde serie.

Typische toepassingen

TDK vermeldt expliciet de onderdrukking van common-mode-interferentie, compacte switch-mode-toepassingen en frequentieomvormers als de primaire toepassingen voor de B82722V6*B040-serie. In de praktijk vertaalt dit zich in een aantal concrete use cases.

In DC/DC- en AC/DC-hoogspanningsomvormers, vooral die met tussenliggende DC-tussenkringen van ongeveer 800–1250 V, kunnen deze smoorspoelen in de DC-buslijnen worden geplaatst als onderdeel van het ingangs- of uitgangs-EMI-filter. Ze helpen bij het verminderen van common-mode-ruis die terugkeert naar het elektriciteitsnet of koppelt aan gevoelige regelcircuits, wat vooral belangrijk is wanneer SiC- of GaN-vermogenstrappen steile dv/dt-overgangen genereren.

In industriële motoraandrijvingen en frequentieomvormers kunnen de smoorspoelen worden gebruikt aan de kant van de omvormer of in de buurt van de DC-tussenkring om common-mode-stromen te beperken die anders ongewenste emissies, lekstromen of extra spanning op motorisolatie en kabelsystemen zouden veroorzaken. Het compacte verticale formaat is voordelig in drukke schijfkasten waar het printoppervlak schaars is, maar een paar extra millimeter hoogte acceptabel is.

In compacte SMPS voor industriële, telecom- of servervoeding zorgt de combinatie van een hoge busspanning, een kleine footprint en hoogfrequent gedrag ervoor dat de smoorspoelen kunnen dienen als het belangrijkste common-mode-element in een meertraps EMI-filter, naast X-condensatoren, Y-condensatoren en optionele differentiële-modus-smoorspoelen.

Technische hoogtepunten

De onderstaande tabel vat de belangrijkste elektrische gegevens samen voor de zes leden van de B82722V6*B040-familie.

Bestelcode Nominale stroom bij +70 °C (A) Nominale inductie (mH, −30/+50%) Zwerfinductie typ. (µH) DC-weerstand typ. (mΩ) B82722V6851B0400.8522130550B82722V6112B0401.11592320B82722V6152B0401.5106118 8B82722V6202B0402.06.840115B82722V6252B0402.54.72876B82722V6302B0403.03.32053

Naarmate de stroomcapaciteit toeneemt van 0,85 A naar 3,0 A, neemt de nominale inductantie af van 22 mH naar 3,3 mH, samen met een vermindering van de DC-weerstand. Dit is de typische afweging bij stroomgecompenseerde smoorspoelen:apparaten met hogere stroomsterkte bieden een lagere impedantie maar lagere verliezen en een hogere thermische marge; Apparaten met een lagere stroomsterkte bieden een hogere impedantie, maar moeten minder stroom voeren. De strooiinductantiewaarden bevestigen opnieuw de verhouding van ongeveer 0,6% tot de nominale inductantie over de serie.

Mechanisch gezien delen alle varianten dezelfde verticale ringkern met epoxycoating en een plastic header, wat het PCB-ontwerp vereenvoudigt omdat één footprint alle zes elektrische opties ondersteunt. De smoorspoelen zijn bedoeld voor golfsolderen, wat nog steeds gebruikelijk is in vermogenselektronica-assemblages die gebruik maken van grote condensatoren, transformatoren en andere doorlopende componenten.

Ontwerpopmerkingen voor ingenieurs

Voor praktisch ontwerp is het vaak nuttig om na te denken in termen van filterprestaties, thermische limieten, lay-out en veiligheid. De onderstaande punten vatten de belangrijkste aspecten voor elk van deze gebieden samen.

• De juiste variant kiezen
  • Begin met de vereiste common-mode-impedantie bij de dominante interferentiefrequenties en selecteer vervolgens een inductantiewaarde die voldoende marge biedt, zelfs bij de tolerantielimiet van -30%.
  • Zorg ervoor dat de nominale stroom bij +70 °C overeenkomt met de RMS-stroom in het slechtste geval in uw lijnen, inclusief verwachte overbelastingen en omgevingstemperatuuromstandigheden.
  • Gebruik onderdelen met een hogere inductie/lagere stroom wanneer de verzwakking kritisch is en de stromen bescheiden zijn; gebruik lagere inductie/hogere stroomtypes waar geleidingsverliezen en temperatuurstijging domineren.
• EMI-gedrag en interactie met de rest van het filter
  • De hoge resonantiefrequentie van de wikkelingsstructuur is voordelig in op SiC/GaN gebaseerde converters met een aanzienlijke hoogfrequente inhoud, maar het betekent ook dat de interactie met Y-condensatoren, X-condensatoren en snubbers moet worden gecontroleerd om ongewenste resonanties te voorkomen.
  • De ca. Een strooiinductantie van 0,6% voegt een kleine differentiële moduscomponent toe die niet nul is; bij eenvoudige filters is dit vaak gunstig, maar bij strakke ontwerpen zou dit meegenomen moeten worden in simulaties of berekeningen.
• Thermische en mechanische overwegingen
  • Bevestig dat koperverliezen (I²R) en eventuele extra verliezen als gevolg van hoogfrequente stromen binnen aanvaardbare grenzen blijven over het gehele bedrijfstemperatuurbereik.
  • Zorg voor voldoende verticale speling en overweeg mechanische bevestiging als het systeem onderhevig is aan trillingen, ook al zorgen de kern met epoxycoating en de kunststof header al voor een robuuste constructie.
• Indeling, veiligheid en standaarden
  • Plaats de smoorspoel dicht bij het ingangs-/uitgangspunt van de ruis (bijvoorbeeld in de buurt van connectoren of DC-linkknooppunten) en leid de twee lijnen als een strak paar voor en na de kern om het lusgebied te minimaliseren.
  • Houd gevoelige signaalsporen uit de buurt van de choke om ongewenste koppeling te voorkomen.
  • Valideer de kruip- en spelingsafstanden rond de pinnen en tussen geïsoleerde domeinen volgens de relevante apparatuurnorm, met behulp van het lijn-tot-lijn-testniveau van 3.750 V en de IEC 60938-2 / IEC/UL 60939-3-classificaties als invoer vanaf de componentzijde.

Over het geheel genomen biedt de B82722V6*B040-serie een eenvoudige manier om common-mode-filtering met hoge spanning te implementeren in compacte stroomomvormers, vooral waar SiC en GaN-schakelaars vereisen een robuustere EMI-controle zonder dat dit ten koste gaat van de ruimte op het bord.

Bron

Dit artikel is gebaseerd op het officiële persbericht van TDK Electronics voor de B82722V6*B040 hoogspannings-common-mode-smoorspoelserie en de bijbehorende technische informatie op de website van TDK Electronics, met aanvullend onafhankelijk commentaar gericht op het ondersteunen van het ontwerp en de componentselectie voor hoogspanningsomvormer- en aandrijftoepassingen.

Referenties

1. TDK-persbericht – Compacte 1250 V DC-omzetterontwerpen met een nieuwe common-mode-smoorspoel voor hoge spanning
2. TDK-productcategorie – Stroomlijnsmoorspoelen
3. Persbericht PDF – technische details