L’induttanza è un componente a cui sono demandati importanti funzioni nell’ambito dell’alimentazione e dei dispositivi di frequenza. Parimenti quando assume un ruolo parassita servono accorgimenti tecnologici che ne limitino l’influenza
Il solenoide è una bobina di forma cilindrica formata da una serie di spire circolari molto vicine fra loro. Tra i diversi tipi di bobine le induttanze possono essere ulteriormente suddivise in induttanze RF (utilizzate nell'elaborazione dei segnali) e induttanze di potenza (utilizzate negli alimentatori).
Le induttanze di potenza fanno parte del circuito di conversione della tensione in un convertitore DC-DC o in un altro dispositivo dove vengono utilizzate nei vari circuiti step-up, step-down o step-up/step-down per convertire una certa tensione di ingresso nella tensione richiesta in uscita.
Il valore dell'induttanza è un parametro estremamente importante che influisce sulla corrente di ripple e sulle caratteristiche di risposta del carico.
I fattori principali per confrontare le prestazioni degli induttori di potenza sono:
1) il valore dell'induttanza
2) la caratteristica di sovrapposizione della corrente continua
3) la caratteristica della temperatura
4) la resistenza alla tensione
5) il flusso di dispersione
La conoscenza di questi fattori consente di scegliere la struttura dell'induttanza di potenza più adatta al livello di prestazioni richiesto.
Induttanze di potenza
Murata ha recentemente ampliato la propria gamma di induttori di potenza con l'introduzione della serie DFE2MCPH_JL; sono dispositivi con valori di induttanza pari 0,33 e 0,47 µH espressamente ideati per i sistemi di sicurezza e del gruppo propulsore (powertrain) utilizzati in ambito automotive. Rispetto ai prodotti della linea DFE2MCAH_J0, il modello con induttanza di 0,33 µH fissa un nuovo punto di riferimento grazie a una riduzione del 38% della resistenza in continua (DC), che risulta pari a 18 mOhm, e un incremento del 31% della corrente nominale, che raggiunge un valore di 5,1 A per un aumento di temperatura prefissato.
La corrente nominale, per un valore specificato della diminuzione dell'induttanza (30%), è pari a 6,9 A, che corrisponde a un incremento del 64% rispetto ai prodotti esistenti.
Il componente è in grado di resistere a una tensione di 40 V ed è disponibile in un package SMD di tipo 0806 che può operare nell'intervallo di temperatura compreso tra -40 e + 145 °C (con derating in corrente).
Gli induttori sono realizzati in lega metallica sfruttando le competenze acquisite da Murata nel campo dei materiali e delle tecnologie di produzione per garantire i più elevati livelli di qualità e prestazioni. Ciò rende questi induttori i componenti ideali per l'utilizzo in applicazioni automotive particolarmente complesse come, ad esempio, i sistemi ADAS e IVI, un mercato in rapida espansione.
Grazie all'elevata corrente nominale in DC e alla ridotta dissipazione di potenza, abbinate all'alto valore nominale della tensione impulsiva, i componenti della serie DFE2MCPH_JL risultano particolarmente adatti per il filtraggio a bassa perdita e l'accumulo di energia nelle applicazioni di conversione di potenza. Il package miniaturizzato, inoltre, permette di ridurre sia gli ingombri sia l'utilizzo di materiale.
L’obiettivo di Murata è di espandere l'offerta di valori di induttanze disponibili da 0,1 a 4,7 μH, per soddisfare le richieste del mercato e incrementare la gamma di possibili applicazioni innovative in vari settori industriali e dei trasporti.
Tra le altre possibili applicazioni di questi induttori, caratterizzati da elevata corrente e alte prestazioni, si possono annoverare non solo i sistemi per il comfort e l’infotainment a bordo dei veicoli, ma anche le apparecchiature medicali classificate in base ai criteri stabiliti da GHTF (Global Harmonization Task Force) in Classe A, B e C (non impiantabili).
Le diverse tecnologie per l’induttanza
Murata dispone di una vasta gamma di induttori, con package che coprono varie dimensioni, da 1,6 × 0,8 mm a 12 mm quadrati, e che sono prodotti utilizzando diverse tecnologie, tra cui la tecnica di costruzione a filo avvolto in lega metallica e la tecnica multistrato in ferrite.
L’offerta di induttori è formulata con l’obiettivo di coprire un'ampia gamma di applicazioni, da quelle citate precedentemente ai dispositivi indossabili.
La famiglia di induttori in lega metallica avvolta, chiamati anche “induttori compositi metallici", supporta correnti elevate grazie all’utilizzo di materiali metallici in cui la saturazione magnetica non si verifica tanto facilmente. Questi prodotti possono essere utilizzati per un'ampia gamma di circuiti di alimentazione ad alta corrente nell'elettronica industriale e nelle applicazioni per dispositivi automobilistici.
Le caratteristiche dei tipi multistrato sono le dimensioni ridotte e il basso profilo. Ad esempio, il package 2012 o con ingombro inferiore e altezza di 0,6 mm. Sono induttori particolarmente indicati per i circuiti a bassa potenza, inclusi i dispositivi indossabili e gli smartphone.
Ci sono poi gli induttori con nucleo in ferrite avvolto, la cui caratteristica principale è l'ampia gamma di valori che arriva a un'induttanza di 100 µH o più. È adatto per circuiti di alimentazione step-up per backlight e per applicazioni di blocco delle correnti alternate ad alta frequenza (choke application).
LTC per rendere trascurabile ESL
In teoria un condensatore può essere considerato con proprietà esclusivamente capacitive, ma in pratica un condensatore avrà (accoppiate) anche alcune caratteristiche resistive e induttive, definite come resistenza parassita e induttanza parassita. Pertanto, durante la progettazione di un circuito, la capacità va considerata in serie con le sue componenti parassite: ESL e ESR (Induttanza Seriale Equivalente e Resistenza Seriale Equivalente).
Il valore di induttanza e resistenza è molto piccolo, tanto da poter essere trascurato in progetti semplici, ma in alcune applicazioni ad alta potenza o ad alta frequenza questi valori possono assumere un’importanza rilevante, arrivando a ridurre l'efficienza del circuito o a produrre risultati tanto inaspettati quanto indesiderati.
Consapevole dei potenziali problemi, Murata ha fatto registrare un significativo progresso nel campo dei componenti elettronici con l'introduzione del nuovo LCT (L Cancel Transformer). Si tratta di un dispositivo innovativo, unico nel suo genere, in grado di neutralizzare l'induttanza seriale equivalente (ESL) di un condensatore, ottimizzandone la capacità di riduzione del rumore. Utilizzando l'avanzata tecnologia ceramica multistrato di Murata, questa soluzione innovativa consente ai progettisti di ridurre il rumore del sistema, beneficio accompagnato anche da una diminuzione dei costi e del numero di componenti.
A causa dell'aumento della domanda di dispositivi elettronici miniaturizzati e sempre più ricchi di funzionalità, il problema del rumore elettromagnetico sta assumendo un'importanza sempre maggiore in molti settori. Per eliminare il rumore, spesso si utilizzano condensatori posizionati tra la linea di alimentazione e la massa, ma questo metodo comporta l'insorgere di alcune problematiche. L'efficacia di soppressione del rumore del condensatore è ottimale quando la sua impedenza è minima. L'impedenza di un condensatore, tuttavia, può aumentare a causa dell'induttanza seriale equivalente, in particolare a frequenze superiori a quelle di auto-risonanza (SFR), compromettendo l'efficacia della cancellazione del rumore. Per minimizzare l'impatto di questo fenomeno, è prassi comune collegare numerosi condensatori in parallelo per ridurre l'impedenza complessiva, il che ovviamente si traduce in un incremento del numero di componenti utilizzati e dei costi della BoM (Bill of Material).
Di concezione innovativa, il componente LCT di Murata è in grado di risolvere l'annoso problema che riguarda il rumore dell'alimentazione e il numero di condensatori. Esso è stato espressamente progettato per minimizzare il rumore in un intervallo di frequenza compreso tra pochi MHz e 1 GHz. Per assolvere a questa funzione è stata utilizzata un'induttanza mutua negativa al fine di ridurre l'induttanza seriale equivalente del condensatore preposto alla riduzione del rumore, incrementando così l'efficienza del suo funzionamento e riducendo nel contempo il numero di condensatori richiesto.
Grazie all'utilizzo della tecnologia ceramica multistrato non magnetica per la sua realizzazione, il nuovo LCT garantisce un'induttanza negativa stabile e una bassa resistenza in DC (55 mΩ max.) anche in presenza di variazioni di corrente e può essere utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui prodotti consumer, industriali e sanitari. Frutto delle competenze acquisite da Murata nel campo della ceramica multistrato, il nuovo LCT ridefinisce il progetto dei circuiti di riduzione del rumore di alimentazione e contribuisce a minimizzare un importante problema di progettazione elettronica che si protraeva da molto tempo.
Ciascun LCT può operare a temperature fino a 125 °C e, poiché non dà luogo a fenomeni di sovrapposizione della corrente continua, può essere utilizzato con un'induttanza negativa stabile con correnti di 3A (max.). Dispositivo con package SMD, LCT ha dimensioni pari a soli 2×1,25×0,95 mm ed è disponibile in confezione nastrata (Tape&Reel).
Questo nuovo LCT non rappresenta un miglioramento di ciò che è già disponibile, ma rappresenta una vera e propria innovazione che ridefinisce ciò che viene visto come un componente standard per la soppressione del rumore attraverso una rivisitazione radicale dell'intero concetto. Grazie a questo prodotto sarà possibile ridurre numero di componenti, complessità del circuito e costi, consentendo ai progettisti da un lato di realizzare soluzioni sempre più miniaturizzate e dall'altro di ridurre l'impatto ambientale grazie al minor consumo di materiali
