Komposit-Induktivitäten
Verluste im Kern
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Auswahlkriterien
Zunächst gilt es, die Auswahlkriterien für das Bauteil festzulegen. Für Komposit-Induktivitäten wird eine maximale Bauteiltemperatur von +125 °C empfohlen. Der maximal zulässige Temperaturanstieg durch Eigenerwärmung ist gleich der Differenz zwischen dieser Temperatur und der Umgebungstemperatur. Falls dieser Wert über 40 K liegt, wird empfohlen, 40 K als maximal zulässigen Temperaturanstieg anzusetzen.
Die Kernverluste sollten auf maximal ein Drittel der Gesamtverluste begrenzt werden, um die bei höheren Temperaturen auftretende thermische Alterung des Kernmaterials gering zu halten. Der im Datenblatt angegebene »Hitze«-Strom (Iheat) ist die für einen bestimmten (ebenfalls im Datenblatt verzeichneten) Temperaturanstieg notwendige Stromstärke.
Das Problem ist, dass dieser Temperaturanstieg normalerweise durch Beaufschlagen der Induktivität mit einem Gleichstrom gemessen wird; in den Wert fließen daher nur die Kupferverluste ein, aber nicht der Kernverlust. Diese Information ist dennoch nützlich, weil sie dazu dienen kann, die maximal zulässigen Leistungsverluste in der Induktivität zu bestimmen.
Zu diesem Zweck ist der temperaturkorrigierte Widerstand der Induktivität mit dem Quadrat des Heizstroms zu multiplizieren. Bei der so berechneten Verlustleistung Pheat ergibt sich der mit dem Parameter Iheat assoziierte Temperaturanstieg. Zur Bestimmung der Kernverluste kann ein Entwickler anhand des Volt-Mikrosekunden-Produkts die während des Betriebs an der Induktivität anliegenden Spannung die maximale Flussdichte berechnen.
Auf der Basis dieser Kernverlust-Abschätzung lässt sich die Kombination aus Kern- und Kupferverlusten so ausbalancieren, dass der durch die Gesamtverluste hervorgerufene Temperaturanstieg unterhalb der für Komposit-Induktivitäten empfohlenen Grenztemperatur von +125 °C bleibt.
Bei der Abschätzung der Kupferverluste ist zu berücksichtigen, dass der im Datenblatt spezifizierte Kupferwiderstand (DCR) für Raumtemperatur gilt und sich der tatsächliche Kupferwiderstand durch den Temperaturanstieg erhöht. Außerdem sind Verluste durch Wechselstromphänomene wie etwa dem Skin-Effekt zu berücksichtigen.
Schließlich sollte der Systementwickler noch sicherstellen, dass Ipeak nicht größer als der im Datenblatt angegebene Sättigungsstrom Isat ist. Da die Komposit-Induktivitäten der Serie »IHLP« von Vishay – anders als bei Ferritbauteilen – nicht abrupt in die Sättigung gehen, kann Ipeak höher als Isat sein, ohne dass sich dadurch die Induktivität dramatisch verringert.
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