TDK presenta bobinas de modo común compactas de 1250 V para convertidores de CC de alto voltaje

TDK ha presentado la serie B82722V6*B040 de inductancias dobles de núcleo anular con compensación de corriente y alto voltaje para voltajes de bus de CC de hasta 1250 V (630 V CA) en electrónica de potencia compacta.

Los componentes del estrangulador de modo común de alto voltaje están destinados a convertidores de potencia, variadores de motores industriales y fuentes de alimentación de modo conmutado que utilizan cada vez más semiconductores de potencia de SiC y GaN y operan con voltajes de bus de CC elevados, donde la supresión de EMI, la coordinación del aislamiento y el espacio de PCB son limitaciones de diseño críticas.

Características y beneficios clave

La serie está diseñada para combinar capacidad de muy alto voltaje con una huella vertical pequeña, lo que facilita la realización de arquitecturas de alto voltaje sin ampliar el área del filtro.

• Tensión y aislamiento
  • Diseñado principalmente para voltajes CC de hasta 1250 V y 630 V CA a 50/60 Hz.
  • Utiliza aislamiento sólido multicapa y se prueba a 3750 V línea a línea para un aislamiento eléctrico robusto en sistemas de alto voltaje.
• Diseño mecánico compacto
  • Cada estrangulador mide aproximadamente 23 × 15,5 × 24 mm (largo × ancho × alto) en un paquete con orificio pasante vertical.
  • La estructura de doble estrangulador con núcleo de anillo y el cabezal de plástico proporcionan estabilidad mecánica manteniendo al mismo tiempo el tamaño reducido de la PCB.
• Estufa eléctrica
  • Opciones de inductancia nominal de 3,3 mH a 22 mH con una tolerancia de −30/+50 %.
  • Corrientes nominales de 0,85 A a 3,0 A a +70 °C, lo que permite un equilibrio entre atenuación y capacidad de corriente.
• Rendimiento EMI
  • Una técnica especial de bobinado automatizado produce características de alta frecuencia de resonancia, lo cual es importante para convertidores con flancos rápidos de interruptores de SiC/GaN.
  • La inductancia parásita típica es aproximadamente el 0,6 % de la inductancia nominal, lo que proporciona cierta impedancia de modo simétrico (modo diferencial) y al mismo tiempo mantiene la función principal centrada en la supresión de modo común.
• Seguridad y cumplimiento
  • El núcleo de ferrita recubierto de epoxi y el cabezal de plástico que cumple con UL 94 V‑0 respaldan la seguridad contra incendios y la robustez.
  • El diseño cumple con los requisitos IEC 60938‑2 e IEC/UL 60939‑3 para filtros y bobinas EMI y es compatible con RoHS.
  • Los componentes son adecuados para soldadura por ola y se adaptan a líneas de producción THT estándar.

Para los ingenieros de diseño, el efecto neto es un inductor de modo común de alto voltaje listo para usar que es lo suficientemente pequeño para diseños densos pero aún especificado con aislamiento claro y niveles de prueba. Para los compradores, el factor de forma unificado en múltiples variantes eléctricas simplifica el almacenamiento y el segundo abastecimiento dentro de la misma serie.

Aplicaciones típicas

TDK enumera explícitamente la supresión de interferencias de modo común, las aplicaciones compactas de modo conmutado y los convertidores de frecuencia como las aplicaciones principales para la serie B82722V6*B040. En la práctica, esto se traduce en varios casos de uso concretos.

En los convertidores CC/CC y CA/CC de alto voltaje, especialmente aquellos con enlaces de CC intermedios de alrededor de 800 a 1250 V, estas bobinas se pueden colocar en las líneas del bus de CC como parte del filtro EMI de entrada o salida. Ayudan a reducir el ruido de modo común que regresa a la red eléctrica o se acopla a circuitos de control sensibles, lo cual es particularmente importante cuando las etapas de potencia de SiC o GaN generan transiciones pronunciadas dv/dt.

En convertidores de frecuencia y variadores de motores industriales, las bobinas de choque se pueden usar en el lado del inversor o cerca del enlace de CC para limitar las corrientes de modo común que de otro modo causarían emisiones no deseadas, corrientes de fuga o tensión adicional en el aislamiento del motor y los sistemas de cables. El formato vertical compacto resulta ventajoso en gabinetes de unidades abarrotados donde el área de la placa es escasa pero son aceptables unos pocos milímetros adicionales de altura.

En SMPS compactos para alimentación industrial, de telecomunicaciones o de servidores, la combinación de capacidad de alto voltaje de bus, tamaño reducido y comportamiento de alta frecuencia permite que las bobinas sirvan como elemento central de modo común en un filtro EMI de múltiples etapas, junto con capacitores X, capacitores Y y bobinas de modo diferencial opcionales.

Aspectos técnicos destacados

La siguiente tabla resume los datos eléctricos clave de los seis miembros de la familia B82722V6*B040.

Código de pedido Corriente nominal a +70 °C (A) Inductancia nominal (mH, −30/+50%) Inductancia parásita típ. (μH) Tipo de resistencia CC. (mΩ) B82722V6851B0400.8522130550B82722V6112B0401.11592320B82722V6152B0401.5106118 8B82722V6202B0402.06.840115B82722V6252B0402.54.72876B82722V6302B0403.03.32053

A medida que la capacidad de corriente aumenta de 0,85 A a 3,0 A, la inductancia nominal disminuye de 22 mH a 3,3 mH, junto con una reducción en la resistencia de CC. Ésta es la compensación típica de las bobinas de choque con compensación de corriente:los dispositivos de corriente más alta ofrecen una impedancia más baja pero pérdidas más bajas y un margen térmico más alto; Los dispositivos de menor corriente ofrecen una mayor impedancia pero deben transportar menos corriente. Los valores de inductancia parásita confirman nuevamente la relación de aproximadamente 0,6% con respecto a la inductancia nominal en toda la serie.

Mecánicamente, todas las variantes comparten el mismo núcleo toroidal vertical recubierto de epoxi con cabezal de plástico, lo que simplifica el diseño de PCB porque una huella admite las seis opciones eléctricas. Las bobinas están diseñadas para soldadura por ola, que sigue siendo común en conjuntos de electrónica de potencia que utilizan condensadores, transformadores y otros componentes de orificio pasante de gran tamaño.

Notas de diseño para ingenieros

Para un diseño práctico, suele ser útil pensar en términos de rendimiento del filtro, límites térmicos, diseño y seguridad. Los puntos siguientes resumen aspectos clave para cada una de estas áreas.

• Elegir la variante correcta
  • Comience con la impedancia de modo común requerida en las frecuencias de interferencia dominantes y luego seleccione un valor de inductancia que proporcione un margen suficiente incluso en el límite de tolerancia del −30 %.
  • Haga coincidir la corriente nominal a +70 °C con la corriente RMS del peor de los casos en sus líneas, incluidas las sobrecargas esperadas y las condiciones de temperatura ambiente.
  • Utilice piezas de mayor inductancia/menor corriente cuando la atenuación sea crítica y las corrientes sean modestas; Utilice tipos de inductancia más baja/corriente más alta donde dominan las pérdidas de conducción y el aumento de temperatura.
• Comportamiento EMI e interacción con el resto del filtro
  • La alta frecuencia de resonancia de la estructura del devanado es ventajosa en convertidores basados en SiC/GaN con un contenido significativo de alta frecuencia, pero también significa que se debe comprobar la interacción con los condensadores Y, los condensadores X y los amortiguadores para evitar resonancias no deseadas.
  • Los aprox. La inductancia parásita del 0,6% agrega un componente de modo diferencial pequeño pero distinto de cero; en filtros simples esto suele ser beneficioso, pero en diseños estrictos debe incluirse en simulaciones o cálculos.
• Consideraciones térmicas y mecánicas
  • Confirme que las pérdidas de cobre (I²R) y cualquier pérdida adicional proveniente de corrientes de alta frecuencia permanezcan dentro de los límites aceptables en todo el rango de temperatura de funcionamiento.
  • Asegúrese de tener suficiente espacio vertical y considere la posibilidad de fijarlo mecánicamente si el sistema está sujeto a vibraciones, aunque el núcleo recubierto de epoxi y el cabezal de plástico ya proporcionan una construcción robusta.
• Disposición, seguridad y estándares
  • Coloque el inductor cerca del punto de entrada/salida de ruido (por ejemplo, cerca de conectores o nodos de enlace de CC) y enrute las dos líneas como un par apretado antes y después del núcleo para minimizar el área del bucle.
  • Mantenga los rastros de señales sensibles alejados del estrangulador para evitar un acoplamiento no deseado.
  • Valide las distancias de fuga y de separación alrededor de los pines y entre dominios aislados de acuerdo con el estándar de equipo relevante, utilizando el nivel de prueba de línea a línea de 3750 V y las clasificaciones IEC 60938‑2/IEC/UL 60939‑3 como entrada desde el lado del componente.

En general, la serie B82722V6*B040 ofrece una forma sencilla de implementar filtrado de modo común de alto voltaje en convertidores de potencia compactos, especialmente donde SiC y Interruptores GaN Exija un control EMI más sólido sin sacrificar el espacio en la placa.

Fuente

Este artículo se basa en el comunicado de prensa oficial de TDK Electronics para la serie de inductores de modo común de alto voltaje B82722V6*B040 y la información técnica asociada proporcionada en el sitio web de TDK Electronics, con comentarios independientes adicionales destinados a respaldar el diseño y la selección de componentes para aplicaciones de convertidores y variadores de alto voltaje.

Referencias

1. Comunicado de prensa de TDK:Diseños de convertidores compactos de CC de 1250 V con una nueva inductancia de modo común de alto voltaje
2. Categoría de producto TDK:inductores de línea eléctrica
3. Comunicado de prensa en PDF – detalles técnicos