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Neue Schalttransistoren, beispielsweise auf Basis von Galliumnitrid (GaN), erhöhen die Betriebsfrequenz von Schaltnetzteilen. Dies ermöglicht die Verwendung kleinerer Kondensatoren und Induktivitäten. Auch Induktivitäten mit Hightech-Kernmaterialien tragen zu einem hohen Gesamtwirkungsgrad der Schaltung bei.
Moderne ICs für Schaltnetzteile und Schalttransistoren ermöglichen dank steilerer Schaltflanken immer höhere Schaltfrequenzen bei dennoch geringen Schaltverlusten. Aufgrund der steigenden Schaltfrequenz können Kondensatoren mit kleineren Kapazitätswerten und Induktivitäten mit kleineren Induktivitäten verwendet werden. Mit den kleineren elektrischen Werten werden auch die Bauteile selbst kleiner. Das bedeutet: weniger Bauraum, weniger Gewicht und geringere Kosten für den gesamten Kreislauf. Gleichzeitig erhöht sich die Leistungsdichte der Schaltung. Auf diese Weise leisten die Komponenten auch einen Beitrag zur Reduzierung des CO₂-Verbrauchs des Fahrzeugs.
Um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, müssen auch die parasitären Effekte trotz Miniaturisierung klein bleiben. Bei Spulen sind dies insbesondere der Gleichstromwiderstand RDC und der Wirkwiderstand, der im Ersatzschaltbild die Kernverluste darstellt. Eine Serie miniaturisierter Induktivitäten mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften ist die Vishay-Serie IHLP.
IHLP steht für Inductor, High current, Low Profile. Als Kernmaterial wird hier kein Ferrit verwendet, sondern ein verdichteter Verbundwerkstoff bestehend aus einem weichmagnetischen Eisenpulver und einem Epoxidharz als Bindemittel. Das Eisenpulver bestimmt die magnetischen Eigenschaften. Der Verbundwerkstoff weist eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf, isoliert die Eisenpulverpartikel voneinander und sorgt so für geringe Wirbelstromverluste.
Bei der Herstellung des Bauteils wird eine beschichtete Kupferspule mit einem Drahtrahmen kontaktiert, in einer Pressform in die Pulvermischung eingebettet und anschließend mit einem Druck von bis zu 2,8 t/cm² in Form gepresst. Der daraus resultierende Spulenkörper der Induktivität wirkt magnetisch abschirmend und reduziert elektromagnetische Streufelder. Dadurch entsteht eine kompakte Hochleistungsinduktivität für die Oberflächenmontage (SMD) mit ausgezeichnetem EMV-Verhalten.
Typische Anwendungen für solche Induktivitäten mit gepressten Spulenkörpern sind LED-Treiber, Schaltnetzteile, DC/DC-Wandler und EMV-Filter. Besondere Anforderungen erfüllen sie durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse im Verbundwerkstoff, unterschiedliche Pulvermaterialien und deren Korngröße. Obwohl das Konzept über 20 Jahre alt ist, entwickelt Vishay die Rezeptur kontinuierlich weiter. So entstehen auch heute noch neue Derivate, die hinsichtlich Sättigung (IHLP… Nachsetzzeichen A1), Zeitkonstante (L / RDC) oder Spulenqualität (IHLP... Nachsetzzeichen 1A) oder Betriebstemperatur (IHLP... Nachsetzzeichen 5A, 8A .) optimiert sind ).
Einige Induktivitäten der IHLP-Serie sind für hohe Betriebstemperaturen von bis zu 180 °C spezifiziert, um Anwendungen in robusten Umgebungen mit erhöhten thermischen Anforderungen gerecht zu werden. Dies schafft Vorteile im Thermomanagement oder erweitert den Anwendungsbereich auf Anwendungen, bei denen sich die Aktoren direkt an der zu steuernden Fahrzeugkomponente befinden. Die Ausfallwahrscheinlichkeit der Induktivitäten (FIT, Failure In Time) sinkt, ihre Lebensdauer steigt.
Weitere Eigenschaften der IHLP-Induktivitäten:
Um Entwickler bei der Verwendung von Induktoren zu unterstützen, steht das "IHLP Inductor Loss Calculator Tool" auf der Vishay-Website zur Verfügung. Es unterstützt die Schaltnetzteiltopologien Boost, Buck und Buck-Boost. Für das virtuelle Modell der bestückten Platine stehen 3D-Modelle der Induktivitäten zur Verfügung. Darüber hinaus sind bei Vishay auf Anfrage Ersatzschaltbilder für die elektrische Simulation erhältlich.
* Ralf Hickl ist Product Sales Manager ABU bei der Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH.
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