High-Power-Induktivitäten PoL-Stromversorgungen leistungsfähiger machen

High-Power-Induktivitäten mit speziellem Kern-material und Wicklung tragen bei, die Baugröße von Spannungsregler-Modulen und die Phasenanzahl einer PoL-Versorgung zu reduzieren.

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Die Ausgangsinduktivität hat großen Einfluss auf die Effizienz einer PoL-Stromversorgung oder eines Spannungsregler-Moduls. High-Power-Induktivitäten mit speziellem Kernmaterial und Wicklung tragen entschieden dazu bei, die Baugröße der Module sowie die Anzahl der Phasen einer PoL-Versorgung zu reduzieren.Das Akronym HPI steht für High Power Inductor. Die Induktivitäten dieser Produktfamilie weisen eine deutlich höhere Stromtragfähigkeit auf als die Power-Induktivitäten mit 12 mm × 12 mm (Bild 1). Als Zielmarkt für HPI bieten sich vor allem DC/DC-Wandler inklusive PoL-Wandler (Point of Load) und VRM (Voltage Regulator Modules, Spannungsregler-Module) an. HPI kommen in diesen Schaltungen besonders als Ausgangsinduktivitäten zum Einsatz. Deren Leistungsfähigkeit hat hierbei direkte Auswirkungen auf die Gesamtleistung des Wandlers. Daher entscheiden Design-Optimierungen der Ausgangsinduktivitäten sowohl hinsichtlich der Baugröße als auch bei den elektrischen Charakteristika über den Erfolg in der jeweiligen Anwendung.

HPI steht weiterhin für Helical Power Inductor, da die innerhalb der Induktivität genutzten Spulen in Wendelform (Helix) angeordnet sind. Dabei kommt ein flacher Draht mit rechteckigem Querschnitt zum Einsatz, der um den Butzen gewickelt ist. Im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten Spulen mit runden Drähten ergibt sich so ein wesentlich höherer Kupferfüllfaktor von annähernd 1. Dies hat zwei Vorteile: Erstens ist der ohmsche Widerstand sehr gering, was zu höheren Wirkungsgraden führt. Zweitens lässt sich das Bauelement bei gleicher oder höherer Stromtragfähigkeit kleiner dimensionieren, was wiederum Platz auf der Leiterplatte spart.

Ferrit als Kernmaterial

Hersteller leistungsfähiger Induktivitäten setzen eine Vielzahl von Kernformen und -materialien ein, die jeweils ihre spezifischen Vorteile aufweisen. Bei der HPI-Serie nutzt Epcos Ferrite als Kernmaterial. Während einige andere Werkstoffe einen höheren Sättigungsstrom ermöglichen, weist das Ferritmaterial hingegen deutlich geringere Kernverluste auf (Bild 2). Die Minimierung dieser Verluste ist eine wichtige Aufgabe in Applikationen, deren Ausgangsinduktivität Strömen mit hoher Welligkeit ausgesetzt ist. Gerade bei DC/DC-Wandlern tritt diese Situation auf. Der Ferritkern bietet außerdem einen Kostenvorteil gegenüber anderen Materialien und lässt sich durch exakte Dimensionierung des Luftspalts auf spezifische Induktivitätswerte zuschneiden.

Als Anschlüsse der Spule zur Leiterplatte kommen bei der HPI-Serie Self-Leads zum Einsatz. Dabei sind die Anschlüsse unter den Spulenkörper gebogen, wodurch sich der Platzbedarf der Induktivität auf der Leiterplatte minimiert. Ein speziell hierfür entwickelter Isolator auf der unteren Außenfläche hält die Kontaktflächen in Position und entkoppelt die Anschlüsse vom eigentlichen Kern. Auch diese Maßnahme führt zu einer Verringerung des benötigten Leiterplattenplatzes.

Standard- und kundenspezifische Induktivitätswerte

Die Mitglieder der Produktfamilie HPI sind in acht Standard-Induktivitätswerten von 0,5 bis 3,92 µH mit zwei unterschiedlich hohen Gehäusen erhältlich (Bild 3), können jedoch auch nach Kundenwünschen spezifiziert werden. Der in Bild 3 angegebene Sättigungsstrom Isat dient lediglich als Richtwert, da sich eine Vielzahl von Parametern auf diesen Stromwert auswirken. Beispiele für diese Parameter sind das Layout der Leiterplatte, die Selbsterwärmung oder die Verluste im Kern. Die Produktfamilie HPI bietet gute elektrische Werte bei gleichzeitig deutlich verringertem Platzbedarf.

High Power Induktivitäten für DC/DC-Wandler

Die Abkürzung HPI steht für High Power Inductor ebenso wie für Helical Power Inductor. HPI haben einen hohen Wirkungsgrad und sind dabei besonders kompakt. Verfügbare Induktivitätswerte liegen zwischen 0,5 und 3,92 µH. Durch die Verwendung von Drähten mit rechteckigem Querschnitt wird ein Kuperfüllfaktor von nahezu 1 erreicht. Dies hat einen geringen Widerstand und somit hohe Stromtragfähigkeit bis 30 A zur Folge. Self-Lead-Anschlüsse tragen zudem zur Kompaktheit bei. Als Kernmaterial kommen Ferrite zum Einsatz, welche die Kernverluste gering halten. Anwendungsbereiche der HPI sind beispielsweise Ausgangsinduktivitäten in PoL-DC/DC-Wandlern und Spannungsregler.

Epcos, Tel. +49(0)89 63624615

*Pat Davies ist Product Marketing Manager, Ferrite, bei Epcos

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