اصل کار سلف تراشه چیست؟

سلف‌های تراشه اجزای کوچکی هستند که تقریباً در هر دستگاه الکترونیکی-تلفن‌های هوشمند، لپ‌تاپ، ECU اتومبیل، چراغ‌های ال‌ای‌دی روی بردهای مدار لحیم شده‌اند. اما آنها در واقع چه کار می کنندانجام دهید? و چگونه کار می کنند؟

این راهنما اصول کار سلف های تراشه را به زبان انگلیسی ساده، بدون پنهان کردن حقایق مهندسی ضروری توضیح می دهد.

---

1. ایده اصلی: یک سلف در برابر تغییرات جریان مقاومت می کند

یک سلف را به عنوان یک در نظر بگیریدفلایویل برقی.

فلایویل مکانیکی در برابر تغییرات ناگهانی سرعت مقاومت می کند. برای شتاب دادن به آن باید به شدت فشار بیاورید، و وقتی سعی می کنید آن را متوقف کنید{1}}به چرخش خود ادامه می دهد و انرژی را آزاد می کند.

یک سلف همین کار را باجریان الکتریکی. در برابر افزایش ناگهانی مقاومت می کند و در برابر کاهش ناگهانی مقاومت می کند.

چرا؟
هنگامی که جریان از سیم پیچی عبور می کند، میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. اگر جریان تغییر کند، میدان مغناطیسی تغییر می کند. آن میدان در حال تغییر ولتاژی را در خود سیم پیچ القا می کند-ولتاژی کهبا تغییر مخالف است.

به این می گویندخود القایی. با معادله ساده توصیف می شود:

V=L × dI/dt

• V=ولتاژ القایی (چقدر به عقب رانده می شود)
• اندوکتانس L=(مقاومت در برابر تغییر چقدر است)
• dI/dt=با چه سرعتی جریان در حال تلاش برای تغییر است

بنابراین اگر بخواهید فورا جریان را افزایش دهید، سلف ولتاژی تولید می کند که به سمت مخالف فشار می آورد. اگر بخواهید فوراً جریان را متوقف کنید، ولتاژی تولید می کند که سعی می کند جریان را حفظ کند.

این کل اصل است. همه چیز جزئی است.

---

2. دو رفتار کلیدی که در واقع از آنها استفاده می کنید

2.1 انرژی را در یک میدان مغناطیسی ذخیره می کند

هنگامی که جریان جریان دارد، انرژی در میدان مغناطیسی ذخیره می شود. چقدر؟

E = ½ × L × I²

وقتی می‌خواهید جریان را خاموش کنید، این انرژی ذخیره شده باید به جایی برود. در یک مبدل تقویت کننده، آن انرژی عمداً به خروجی تحویل داده می شود. در درایور رله، می‌تواند باعث افزایش ولتاژ شود که ترانزیستورها را از بین می‌برد-مگر اینکه یک snubber اضافه کنید.

2.2 AC را مسدود می کند اما DC را عبور می دهد

این عملی ترین قانون سرانگشتی است.

درDC (0 هرتز)، یک سلف شبیه یک تکه سیم است-فقط مقاومت DC مهم است (که کم است).

درفرکانس های بالاتر، مخالفت القاگر-نامیده شدراکتانس القایی (XL)-افزایش می‌دهد:

XL=2πfL

• فرکانس f =
• اندوکتانس L =

بنابراین برای سیگنال‌های با تغییر سریع (نویز، ریپل، RF)، سلف مانند امپدانس بالا به نظر می‌رسد. برای جریان ثابت، مانند یک اتصال کوتاه به نظر می رسد.

به همین دلیل است که سلف ها عادت دارندموج دار منبع تغذیه صافوفیلتر کردن نویز با فرکانس بالا.

---

3. سلف های تراشه چگونه ساخته می شوند

همه سلف ها به دو چیز نیاز دارند:

1.A هادی(کویل مسی) برای حمل جریان و ایجاد شار مغناطیسی

2.A هسته(مسیر مغناطیسی) برای تمرکز آن شار

در سلف های تراشه، اینها به روش های مختلف کوچک می شوند.

3.1 انواع اصلی – آنچه در واقع روی PCB می بینید

تایپ کنید	چگونه ساخته شده است	بهترین برای	محدودیت ها
سیم پیچ	سیم مسی ریز به دور یک هسته فریت یا سرامیکی پیچیده شده است	بالاترین راندمان، وسیع ترین محدوده اندوکتانس، جریان بالا	بزرگتر، بلندتر
چند لایه	ورق های سرامیکی/فریت با خمیر رسانا، روی هم چیده شده و پخته شده است	بسیار کوچک (سایز 0201)، محافظ، ارزان	جریان کمتر، Q پایین تر
فیلم نازک	هادی مارپیچی حک شده بر روی بستر	اندوکتانس فوق العاده دقیق، عملکرد گیگاهرتز بالا	فقط مقادیر nH، گران است
قالبی (پودری)	سیم پیچ مسی تعبیه شده در پودر مغناطیسی فشرده	صدای بسیار کم، اشباع نرم، محافظ	اندوکتانس به تدریج با جریان کاهش می یابد

سیم پیچ= پادشاه عملکرد
چند لایهپادشاه اندازه =
قالب گیری شده= قدرت بی صدا و ناهموار

3.2 مواد اصلی – چرا اهمیت دارند

مواد	نفوذپذیری	محدودیت فرکانس	استفاده شده برای
هوا / سرامیک	1	>5 گیگاهرتز	سلف های RF، بالاترین Q
فریت نیکل روی	10–800	1-500 مگاهرتز	فیلترهای EMI، چوک های فرکانس بالا
فریت منگنز روی	1,500–15,000	20-500 کیلوهرتز	سلف های قدرت، مبدل های DC-DC
پودر آهن	10–75	<200 kHz	چوک های با جریان بالا و کم هزینه

قانون ساده:

• تبدیل توان (100 کیلوهرتز–2 مگاهرتز) →فریت MnZn
• RF ( >100 مگاهرتز) →سرامیک یا NiZn
• اشباع بالا، کم هزینه →پودر آهن

---

4. القاگرهای واقعی کامل نیستند

یک سلف تراشه واقعی داردانگلی ها-خواص الکتریکی ناخواسته ای که نمی توانید از آنها اجتناب کنید.

4.1 مقاومت DC (DCR)

سیم مسی یک ابررسانا نیست. مقاومت دارد.
P=I² × DCR→ گرما
به همین دلیل است که سلف های قدرت یک لیست می کنندI_rmsرتبه: جریانی که باعث افزایش 40 درجه ای دما می شود.

4.2 جریان اشباع (I_sat)

هسته های مغناطیسی فقط می توانند شار زیادی را تحمل کنند. فراتر از آن، و هستهاشباع می کند-دوکتانس به طور ناگهانی کاهش می‌یابد، جریان جریان دارد.

من_نشستممعمولاً به عنوان جریان DC تعریف می شود که باعث افت 30٪ در اندوکتانس می شود.

هرگز در نزدیکی I_sat کار نکنید.کاهش 20 تا 30 درصد برای طرح های واقعی.

4.3 فرکانس خود تشدید (SRF)

پیچ های سیم مانند صفحات خازن کوچک عمل می کنند. اینظرفیت انگلیبا اندوکتانس طنین انداز می شود.

زیر SRF → به عنوان یک سلف رفتار می کند (امپدانس ↑ با فرکانس)
در SRF → اوج امپدانس
بالاتر از SRF → به عنوان یک خازن رفتار می کند (امپدانس ↓ با فرکانس)

قانون: عمل کنیدبسیار پایین تر از SRF. برای سلف های قدرت، کمتر یا مساوی SRF/10. برای RF، کمتر یا مساوی SRF/2.

---

5. جایی که از سلف های تراشه استفاده می شود - مثال های سریع

مبدل DC-DC (باک، تقویت، فلایبک)

• انرژی را در زمان روشن شدن سوئیچ ذخیره می کند
• در طول زمان خاموش شدن، انرژی آزاد می کند
• جریان خروجی را صاف می کند

فیلتر EMI

• امپدانس بالایی را در برابر نویز با فرکانس بالا ارائه می دهد
• باعث می شود نویز از خازن به سمت زمین جریان یابد

مدار تشدید ال سی

• تبادل انرژی با خازن در فرکانس تشدید
• فرکانس را در اسیلاتورها، فیلترها در مراحل RF تعیین می کند

---

6. خلاصه - آنچه در واقع باید به خاطر بسپارید

1. سلف در برابر تغییرات جریان مقاومت می کند- این کار اساسی آن است.

2- انرژی را در میدان مغناطیسی ذخیره می کند– و زمانی که جریان تلاش می کند کاهش یابد، آن را برمی گرداند.

3. DC را عبور می دهد، جریان متناوب فرکانس بالا را مسدود می کند- به دلیل افزایش امپدانس با فرکانس.

4. سه رتبه مهم است: اندوکتانس (L)، مقاومت DC (DCR)، جریان اشباع (I_sat)، و فرکانس خود رزونانس (SRF).

5-نوع مناسب را انتخاب کنید: سیم پیچ برای عملکرد، چند لایه برای اندازه، قالب گیری برای قدرت بی صدا.

6. همیشه تحقیر کنید: هرگز در I_sat اجرا نکنید، هرگز نزدیک SRF کار نکنید.

همین است. سلف های تراشه فیزیک ساده ای هستند که در جعبه های سیاه کوچک بسته بندی شده اند. فیزیک را درک کنید و هر بار می توانید یک مورد مناسب را انتخاب کنید.

برای اطلاعات بیشتر، لطفا با ما تماس بگیریدsales@xfullstar.com