Ideale Speicherinduktivität für energieeffiziente Anwendungen

Spulen Ideale Speicherinduktivität für energieeffiziente Anwendungen

04.09.2015Autor / Redakteur: Jochen Baier, Alexander Gerfer, Ranjith Bramanpalli* / Franz Graser

In Schaltreglern ist die Spule eines der wichtigsten Bauelemente. Deshalb ist die genaue Ermittlung der Verluste und Erwärmung ein kritischer Schritt bei der Auswahl des richtigen Bauelements.

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

TRACO ELECTRONIC GMBH

RECOM Power GmbH

Varianten der WE-MAPI-Spule und Screenshot des Berechnungswerkzeugs REDEXPERT.
(Bild: Würth Elektronik)

Ein neues Tool – RED EXPERT – hilft dem Entwickler durch ein messtechnisch gestütztes Verfahren, die bis heute genauesten Daten der Gleich- und Wechselstromverluste von Speicherdrosseln in der Applikationsumgebung zu bestimmen. Die auf Steinmetzformeln basierende Kernverlustberechnung stößt da sehr schnell an ihre Grenzen.

Aufbau und Eigenschaften der WE-MAPI

Die WE-MAPI ist die aktuelle Spulenserie von Würth Elektronik. Bei herkömmlichen Spulen wird meist der Kupferlackdraht um den Kern gewickelt und mit einem Clip an das Terminal gelötet oder geschweißt. Dann wird der äußere Schirmring montiert und mit dem Kern und der Wicklung verklebt.

Bild 1: Selbstschirmende Wicklung und Kernkonstruktion für verbessertes EMV-Verhalten der WE-MAPI.
(Bilder: Würth Elektronik eiSos)

Bei der WE-MAPI werden neue Wege beschritten: Bei diesem patentierten Design wird die Wicklung mit einem Direktkontaktverfahren ohne Löten und Schweißen direkt mit den Anschlusspads des Bauteils kontaktiert – mit hoher Stromtragfähigkeit. Durch das daraus resultierende rahmenlose Design konnte der effektive Durchmesser vergrößert werden, was zur Folge hat, dass weniger Windungen für gleiche Induktivitätswerte benötigt werden. Dies führt zu einem deutlich reduzierten Gleichstromwiderstand (RDC) der Wicklung. Außerdem wird die Wicklung komplett zweilagig gewickelt, was die parasitären Einflüsse deutlich reduziert.

In der Anwendung wird in Regel der Start der Wicklung der Spule mit dem Schaltknoten des Schaltreglers verbunden – das Bauteil trägt dazu eine Markierung. Dadurch wird die räumliche Ausdehnung des „heißen“ Schaltknotens minimiert. Daraus resultiert, dass Kopplungseffekte, welche die innere Lage ausstrahlen, effektiv durch die äußere Lage mit „ruhigem“ Potential abgeschirmt werden.

Der Kern besteht aus einer innovativen Metalllegierung, die um die Wicklung herum gepresst wird. Dies verleiht der WE-MAPI hohe Induktivitätswerte bei kleiner Bauform. Die besondere Konstruktion des Kerns hat zugleich eine selbstschirmende Wirkung. Das Kernmaterial selbst ist temperaturstabil mit nur geringem Drift und weichem Sättigungsverhalten, siehe Bild 1. Zusätzlich wird um den Kern eine Schutzschicht aufgebracht, um die Oberfläche resistent gegen Umwelteinflüsse zu machen. Die WE-MAPI ist in vielen verschiedenen Bauformen erhältlich, von 1,6² x 1,0 mm bis 4,0² x 2,0 mm.

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