Typen von Induktoren:Der ultimative Leitfaden

Induktivitäten haben den Ruf, groß und träge zu sein. Einige Bastler vermeiden sie daher möglicherweise – insbesondere beim Start. Sie sind jedoch eine kritische passive Komponente und es lohnt sich, sie zu lernen. Darüber hinaus sind nicht alle Induktoren unflexibel und umständlich, und sie können eine der wichtigsten elektronischen Komponenten für Ihre Leiterplatte sein. Aber zuerst müssen Sie wissen, welche Art von Induktoren für Ihr Projekt am besten geeignet ist.

Arten von Induktoren

Induktoren gibt es in verschiedenen Formen und Größen. In diesem Abschnitt des Handbuchs werden wir alle verfügbaren Induktortypen untersuchen und die Funktionen, Anwendungen und Konstruktionen besprechen.

Gekoppelter Induktor

Quelle:Wikimedia Commons

Gekoppelter Induktor/kleiner Transformator

Bauwesen

Gekoppelte Induktivitäten bestehen aus einem idealen Transformator und einer Induktivität mit Magnetisierungsinduktivität, und diese beiden Komponenten bilden zusammen die gekoppelte Induktivität. Wie bei den meisten Induktoren verwendet der gekoppelte Induktor die magnetisierte Induktorkomponente, um Energie zu speichern, während der Transformator sie überträgt. Beide Spulen des Induktors erhöhen jedoch die elektromagnetische Gesamtpermeabilität durch ein Phänomen, das wir als gegenseitige Induktivität/Induktion kennen.

Verwendung

Wir verwenden typischerweise gekoppelte Induktivitäten in Buck-Boost-DC-DC-Wandlern wie:

• Single-Ended-Primärinduktor-Wandler
• Sperrwandler
• Ćuk-Konverter

Beispielspezifikationen

• Kernvolumen: 0,121 Liter
• Lückenlänge:
  • Seite: 0mm
  • Mitte: 26,6 mm
• Gesamtgewicht: 910g

Diagramm

Diagramm gekoppelter Induktoren

Quelle:Wikimedia Commons

Luftspule

Farbige Luftspuleninduktoren

Bauwesen

Der Luftkerninduktor ist eine der häufigsten Arten von Induktoren. Es verwendet häufig einen Keramikkern, und daher bezeichnen wir es normalerweise als Keramikkerninduktivität. Luftinduktoren können jedoch auch kernlos sein.

Nichtsdestotrotz sind keramische Luftinduktoren mit nichtmagnetischem Kern vorzuziehen. Denn der Keramikkern gibt dem Induktor seine Form und stützt ihn. Darüber hinaus ist Keramik aufgrund seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ein ideales Material und kann daher ein hohes Maß an Stabilität bieten, wenn die Spule verwendet wird. Sie werden feststellen, dass Keramik eines der allgegenwärtigsten Kernmaterialien ist.

Außerdem hat Keramik keine magnetischen Eigenschaften. Daher hat es keine Permeabilität und speichert keine Restenergie oder stört die Gesamtinduktivität der Komponente. Während des Produktionsprozesses tauchen die Hersteller den Induktor in Wachs oder Lack, um ihn weiter zu stabilisieren. Dieser Prozess ist für kernlose Luftinduktoren unerlässlich.

Verwendung

Wir können Luftspulen in Hochfrequenzanwendungen wie Fernsehern verwenden. Andere bemerkenswerte Anwendungen umfassen:

• Interstage-Kopplung
• Niederfrequenzanwendungen zwischen 20 Hz und 1 MHz
• HF- und ZF-Abstimmspulen
• Schaltkreise filtern

Beispielspezifikationen

• Betriebstemperatur: -40 °C bis 125 °C (+)
• Toleranz: ± 2 %, 5 % und 10 %
• Bereich: 1,65 nH bis 538 nH
• DC-Widerstand: 0,4 Ω
• Drahtstärke: 18 AWG

Diagramm

Induktorsymbol mit Luftkern

Quelle:Wikimedia Commons

Laminierter Kerninduktor

ER-Kernbaugruppe

Quelle:Wikimedia Commons

Bauwesen

Hersteller konstruieren den Kern dieser Induktoren, indem sie einen Stapel von Laminierungen übereinander anordnen. Die Materialien, aus denen diese Laminierungen bestehen, hängen von den Spezifikationen und dem Zweck des Induktors ab. Daher kann es aus einer Vielzahl von Materialien bestehen, die alle unterschiedliche Dicken haben.

Die Laminierungen sind jedoch in der Regel auf Stahlbasis und weisen ein isolierendes Material zwischen sich auf. Daher muss der Hersteller diese Bleche parallel zum Magnetfeld anordnen, um Wirbelstromverluste zu vermeiden. Zusätzlich umfassen die anderen kritischen Komponenten des laminierten Kerninduktors eine Spule, die um einen Spulenkörper gewickelt ist.

Verwendung

In Transformatoren verwenden wir in der Regel Lamelleninduktivitäten. Sie können sie jedoch auch in einer Vielzahl von Anwendungen verwenden, wie zum Beispiel:

• Netzfilter
• Rauschfilter
• Filterdrosseln
• Ladegeräte/Konverter für Elektrofahrzeuge

Beispielspezifikationen

• Gleichstrombereich: 1,0 ADC bis 200 ADC
• Induktivitätsbereich :0,12 mHy bis 100 mH
• Betriebstemperatur: bis 130°C

Diagramm

Lamellierter Kerninduktor

Quelle:Wikimedia Commons

Ferritkerninduktivität

Ferritperle Nr. Schale

Quelle:Wikimedia Commons

Bauwesen

Im Aussehen ähnelt Ferrit einem keramischen Material. Im Gegensatz zu Keramik handelt es sich jedoch um ein eisenhaltiges Material (ferromagnetisch). Dies bedeutet, dass es magnetisiert wird, wenn es sich in einem Magnetfeld befindet, und es behält diesen Magnetismus immer noch, wenn der Bereich entfernt wird.

Folglich hat es eine hohe elektromagnetische Permeabilität und einen Pfad mit geringem Widerstand gegenüber dem magnetischen Fluss. Da die Kernmaterialien aus Eisenoxid bestehen, spricht man auch von Eisenkerninduktivitäten.

Es gibt zwei Arten von Ferritkernen:

• Weicher Ferrit: Es trägt nur vorübergehend Elektromagnetismus. Folglich verliert der Ferrit seinen Magnetismus, wenn das Magnetfeld zurückgeht. Somit kann es die magnetische Polarität umkehren. Aus diesem Grund bezeichnen wir es oft als vorübergehenden oder temporären Magneten.
• Hartferrit :Ein dichtes und robustes Material, das bei Temperaturen bis zu 180 °C betrieben werden kann. Im Gegensatz zu weichem Ferrit behält es jedoch seinen Magnetismus, nachdem das Magnetfeld von ihm entfernt wurde. Daher bezeichnen wir sie als Permanentmagnete.

Verwendung

Wir können Ferritkerninduktivitäten in den folgenden Anwendungen verwenden:

• Pi-Filter
• Schaltkreise
• Unterschiedlicher Frequenzbereich

Beispielspezifikationen

• Induktivität: 1400±25% nH
• Betriebsfrequenzbereich: ≥ 150 kHz
• Betriebstemperatur: -25 °C bis ±180 °C
• Gewicht: 1,4 g bis 27,6 g

Diagramm

Magnetischer Ferrit-Induktor-Diagramm

Quelle:Wikimedia Commons

Arten von Induktoren– Ringkerninduktivitäten

Ringkerninduktivitäten verwenden Ringkerne als Kern. Folglich werden Sie feststellen, dass die meisten Induktortypen auf dieser Liste ihren Namen auf dem Material basieren, das der Körper verwendet. Ringkern bezieht sich jedoch mehr auf die Form des Kerns als auf das Material.

Toroide sind Donut-förmige Strukturen – kreisförmig mit einem Loch in der Mitte. Dementsprechend gibt es Induktortoroide in einer Vielzahl von Größen und Materialien. Folglich finden Sie Induktivitäten auf Ringkernbasis mit Ferritmaterial oder Pulverkernprodukten wie Kool Mµ.

Der Grund, warum wir unterschiedliche Materialien haben, ist, dass sie sich bei unterschiedlichen Frequenzen und Induktivitätswerten unterschiedlich verhalten. Unabhängig vom Material ist der bedeutendste Vorteil des Ringkerninduktors gegenüber anderen Induktortypen jedoch die geringere elektromagnetische Interferenz (EMI).

Während Sie Ihre Ringkerninduktivität zu Hause herstellen können, benötigen Sie während des Herstellungsprozesses eine einzigartige Wicklungsanpassung.

Verwendung

Zu den Anwendungen von Ringkerninduktivitäten können gehören:

• Netzteile
• Elektronische Schaltungen
• Analogschaltungen
• Kommunikationssysteme
• Medizinprodukte

Beispielspezifikationen

• Materialtypen:
  • Molypermalloy-Pulver
  • High Flux (Nickel-Eisen-Legierungspulver)
  • Kool Mµ (Eisen-, Aluminium-, Siliziumlegierungspulver)
  • XFlux (Silizium-Eisen-Legierungspulver)
  • Kool Mµ Max (Eisen-, Silizium- und Aluminiumlegierung)
• Durchlässigkeit: 14 – 300 H/m
• Sättigung: 0,7 bis 1,6 T

AC-Kernverlust: Flach bis hoch

Diagramm

Ringkerninduktivität mit vollständig geprägtem Magnetfeld

Quelle:Wikimedia Commons

Arten von Induktoren– Spulenspule

Eine Sammlung von Spulenspulen

Quelle:Wikimedia Commons

Eine Spule ist ein Stück zylindrisches Material, um das Sie Faden, Band oder Kupferspule wickeln können. Auch hier beschreibt der Name die Form des Materials im Gegensatz zum Material selbst. Daher kann man diesen Induktortyp aufgrund seiner Form auch als Trommelkerninduktor bezeichnen.

Sobald wir die Spule um die Trommel gewickelt haben, befestigen wir sie mit einem Schrumpfschlauch am Körper. Die Spule kann in verschiedenen Formen und Materialarten vorliegen. Beispielsweise kann es aus ferromagnetischem Material, Eisenpulver oder Nickel-Eisen-Legierungen bestehen.

Verwendung

Wir verwenden hauptsächlich spulenbasierte Induktivitäten auf bestückten Leiterplatten. Andere Induktivitätsanwendungen umfassen:

• Netzteil
• Pi-Filter
• Filterschaltung
• Schaltnetzteile

Beispielspezifikationen

• Materialart:
  • Nickel-Eisen-Legierung
  • Kobaltlegierung
  • Eisenpulver und Nickel
  • Ferrit

Standardinduktivität: +/- 10 %

Formfaktoren: Vertikal und horizontal

Diagramm

Ein Transformator, der den grundlegenden Aufbau eines spulenbasierten Induktors demonstriert

Quelle:Wikimedia Commons

Arten von Induktoren– Axiale Festinduktivitäten

Eine Sammlung axialer Festinduktivitäten

Bauwesen

Axialinduktoren sehen Widerständen sehr ähnlich, weshalb wir sie auch als Farbringinduktoren bezeichnen können. Trotzdem weisen sie oft eine dünne Spule um ein gebogenes, spulenähnliches Ferritmaterial auf. Sobald wir die Schleife um den Kern gewickelt haben, verbinden wir die Leitungen mit beiden Enden der Struktur. Als nächstes formen wir es mit grüner Keramik- oder Kunststoffisolierung. Schließlich markieren wir es mit Ringen/Bändern gemäß den Spezifikationen und Standards der Electronic Industries Association (EIA).

Diese Ringe ermöglichen es uns, den Wert des Induktors oder seiner Induktivität zu erkennen. Typischerweise sind sie als 4-Ring- oder 5-Ring-Induktivitäten erhältlich. Zur Berechnung der Bedeutung eines Induktors sollten Sie sich jedoch auf das UVP-Farbblatt beziehen.

Verwendung

Axialinduktoren sind im Allgemeinen Hochfrequenzinduktoren. Aufgrund ihrer Größe und allgemeinen Robustheit können wir sie in mehreren Anwendungen verwenden, wie z. B.:

• Leiterplatten
• RF-Anwendungen
• Resonanzkreise
• Buck-Boost-Wandler
• Normalisierung des Stromflusses in einem Stromkreis
• Filtert Schaltkreise und andere Designs

Beispielspezifikationen

• Betriebstemperatur: -55 °C bis ± 105 °C
• Induktor-Produkttypen:
  • Universalinduktivitäten
  • HF-Induktivitäten
  • Leistungsinduktivitäten
• Spulen- und Materialtypen:
  • Choke (Power, RF, Hash und HF)
  • Gegossen
  • Drahtgewickelt
  • RFI-Spule
• Induktivitätsbereiche: 1 nH bis 680 mH
• Toleranz: 1 % bis 20 %
• Bereich des maximalen DC: 2 mA bis 188 A
• DC-Widerstandsbereich: 35 uΩ bis 1,2 kΩ

Arten von Induktoren– Diagramm

Allgemeines RSA-Induktionssymbol

Quelle:Kostenlose SVGs

Arten von Induktoren– Mehrschicht-Chip-Induktivitäten

Oberflächenmontierter Mehrschichtinduktorquerschnitt

Quelle:Wikimedia Commons

Arten von Induktoren– Bau

Wie der Name schon sagt, bestehen Multilayer-Chip-Induktoren aus mehreren Schichten. Als solche bestehen diese Schichten üblicherweise aus ferromagnetischem Material auf keramischen dielektrischen Materialien. Darüber hinaus drucken die Hersteller die Induktionsspule mit einer Metallpaste auf diese ferromagnetischen Bleche.

Sobald der Hersteller diese Schichten korrekt platziert hat, bilden die Muster eine einzelne Spule. Der Hersteller formt und beschichtet dann das Gesamtpaket. Auf jeder Seite des MLCIs-Gehäuses befinden sich Anschlussklemmen. Trotzdem können wir diese Art von Induktivitäten auch einfach als Multilayer-Induktivitäten bezeichnen.

Verwendung

Ihre Kompaktheit ermöglicht es uns, Mehrschicht-Chip-Induktoren in einer Vielzahl von Anwendungen einzusetzen, wie z. B.:

• Wearables
• Bluetooth-Geräte
• Mobilgeräte
• Session Border Controller (SBC)
• Computer-Motherboards
• Netzwerkadapter
• Kommunikationsausrüstung

Beispielspezifikationen

• Induktivitätsbereich: 0,3 nH bis 470 nH
• Betriebstemperaturbereich: -55°C bis 125°C+
• Frequenzbereich: 12 MHz bis +65 MHz

Diagramm

Aufbau von Mehrschicht-Keramik-Chip-Induktoren

Quelle:Wikimedia Commons

Andere bemerkenswerte Arten von Induktoren

• Kabellose Ladespulen :Sie bestehen aus Kupferdrahtsträngen, die um einen Ferritkern gewickelt sind. Im Allgemeinen verwenden wir sie zum kabellosen Laden von Mobilgeräten.
• Induktivitäten mit Eisenpulverkern: Sie sind Induktoren mit ferromagnetischem Kern, die durch Luftspalte getrennt sind. Somit fördern die magnetischen Materialien im Kern ein hohes Maß an elektromagnetischer Permeabilität.
• Filminduktor: Sie verwenden ein Material auf Dünnschichtbasis als Spule. Außerdem sind sie unglaublich klein und leicht. Daher können wir sie in Anwendungen wie DC-DC-Wandlern in Mobiltelefonen und anderen tragbaren Geräten verwenden. Darüber hinaus können wir diese Arten von Induktoren verwenden, um einen Resonanzkreis zu erzeugen.
• Variabler Induktor: Einstellbare Induktoren mit beweglichem Magnetkern. Dementsprechend bewegt sich der Magnetkern in die und aus der Induktionsspule. Dadurch kann das Gerät den Induktivitätspegel ändern. Darüber hinaus können wir sie auch als variable Ferritkerninduktoren bezeichnen. Typischerweise kann die variable Induktivität im Bereich von 10 μH bis 100 mH liegen.

Schlussfolgerung

In diesem Leitfaden haben wir einige der häufigsten Arten von Induktoren untersucht. Sie haben vielleicht bemerkt, dass die kritische Determinante eines Induktortyps sein Kern ist. Wenn Sie diesen Teil des Leitfadens erreicht haben, sollten Sie ein grundlegendes Verständnis aller Induktortypen haben und wissen, wie sie sich Ihrem nächsten Projekt anpassen können. In jedem Fall hoffen wir, dass Sie diesen Leitfaden als hilfreich empfunden haben. Vielen Dank fürs Lesen.