Inductors eru grundvallar segulmagnaðir íhlutir sem eru mikið notaðir við að skipta um aflgjafa og aflskiptakerfi. Aðalhlutverk þeirra er að breyta raforku í segulorku, geyma hana og losa hana þegar þess er þörf. Þrátt fyrir að inductors deili byggingarlíkindum með spennum, nota þeir venjulega eina vinda og starfa með einfaldari vélbúnaði.
Í jafnstraumsbreytum-tegundar-jafnstraumsspennu mynda geymslu-losareiginleikar spólunnar hornsteinn spennuhækkunar. Þessi grein býður upp á verkfræðilega-miðaða greiningu á rekstrarreglunum á bak við inductor-boost straumbreyta, með áherslu á rafsegulorkubreytingu, spennuhegðun við skiptiaðgerðir og segulmettunartakmarkanir.
1. Rafsegulorkubreyting í inductors
Hægt er að draga saman hegðun inductor með tveimur nauðsynlegum aðferðum:
• Rafmagns-í-segulviðskipti (orkustig)
Þegar straumur flæðir í gegnum vindann myndast segulsvið sem geymir orku í kjarnanum.
• Magnetic-í-rafmagnsviðskipti (af-afrakstursfasi)
Þegar straumleiðin er skyndilega rofin, þvingar segulsviðið sem hrynur geymda orkuna aftur í rafmagnsform.
Þessir tveir aðferðir stjórna starfsemi inductor í öllum boost topologies. Auðvelt er að útskýra fyrirbærið með því að skoða einfaldan rafknúna spólu, eins og sýnt er hér að neðan.
2. Spennuhækkun á-afhleðslutímabili
Þegar straumleiðin er opnuð verður spólinn að viðhalda straumsamfellu. Ef engin afhleðsluleið er til staðar hækkar spennan yfir inductor verulega-einangruð af einangrun. Þessi áhrif veita spólum innri örvunargetu og útskýrir pólunarviðsnúninginn sem sést við segulsviðshrun.
Eftirfarandi mynd endurspeglar þessa hegðun á því augnabliki sem rafmagn er fjarlægt.
3. Grunnuppörvun og neikvæð-spennumyndunarhringrásir
Með því að skipta um inductor með reglulegu millibili í gegnum spennu- og -rafmagnstímabil myndast grunnuppbygging umbreytingar fyrir eykst:
• ON fasi: Inductor geymir segulorku.
• OFF fasi: Inductor losar orku í gegnum díóða, framleiðir spennu sem er hærri en innspennan.
Snúið afriðunarstefnunni hefur í för með sér neikvæða-spennumyndun. Þessar lágmarksrásir eru grunnurinn að nútíma skiptasvæðifræði, þar á meðal Boost, Buck-Boost, SEPIC og Flyback.
Eftirfarandi skýringarmyndir sýna lágmarksuppbyggingu jákvæðra og neikvæðra spennugjafa.
4. Hagnýt útfærsla með því að nota hálfleiðara rofa
Í hagnýtri rafeindatækni er vélrænum rofum skipt út fyrir hálfleiðaratæki eins og MOSFET og BJT. Þetta gerir kleift að skipta á hátíðni- á sama tíma og sömu undirliggjandi orku-eðlisfræði er varðveitt. Einfaldaðar skýringarmyndir hér að neðan sýna þessa þróun.
5. Segulmettun: Rekstrarmörkin
Orkugeymslugeta inductor er takmörkuð af segulkjarna efninu. Mettun á sér stað þegar kjarninn nær hámarksflæðisþéttleika, sem leiðir til eftirfarandi:
• Hröð lækkun á inductance
• Mikil aukning á straumi
• Hærra kopar- og kjarnatap
• Hugsanleg bilun í hitauppstreymi og skipta-tæki
Til að forðast mettun þarf að velja viðeigandi kjarnaefni, stjórna gárstraumi og skilgreina viðeigandi rekstrartíðni.
Hegðun örvunarbreytisins er í grundvallaratriðum ráðist af rafsegulorkubreytingu innan inductor. Skilningur á þessum meginreglum gerir verkfræðingum kleift að útvíkka hugtökin til flóknari breytiarkitektúra og fínstilla val á segulmagnuðum íhlutum fyrir raunverulegan-heimshönnun.
