Design-Tipp So wählen Sie die richtige Speicherinduktivität aus – Teil 3

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Die Auswahl geeigneter Spulen für Schaltregler-Applikationen stellt Entwickler immer wieder vor Herausforderungen. Bisher haben wir den Rippelstrom und Induktivitätswert, den Nennstom und das Kernmaterial diskutiert. Im dritten Teil geht es abschließend um die Rolle des Sättigungsstroms.

In Teil 1 dieses Design-Tipps wurden der Rippelstrom und der Induktivitätswert betrachtet, in Teil 2 ging es um den Nennstrom und das Kernmaterial. Im dritten und letzten Teil zur richtigen Auswahl von Speicherinduktivitäten steht der Sättigungsstrom im Mittelpunkt.

Sättigungsstrom: Ist der maximale magnetische Fluss im Ferrit erreicht, geht eine Spule in Sättigung. Wird dieser Punkt überschritten, entspricht die Speicherinduktivität in ihrem elektrischen Verhalten nur noch einer Luftspule. Das Kernmaterial ist nicht weiter aussteuerbar.

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Je nach Geometrie des Luftspalts ist der Übergang in die Sättigung fließend oder abrupt. Man spricht hier von harter oder weicher Sättigung (Bild 1). Legt man die harte Sättigung zu knapp an den DC-Arbeitspunkt, kann schon eine geringfügige Erhöhung des Ausgangsstroms einen starken Abfall der Induktivität bewirken. Dadurch kommt es zu einem enormen Stromanstieg, der zu Schäden an Halbleitern führen oder einen Regler zum Abschalten (Überstromschutz) bringen kann.

Eine weiche Sättigung vermeidet derartige Situationen. Die Induktivität einer solchen Spule sinkt früher, aber nicht abrupt. Diese Spulen reagieren weniger stark auf kurzzeitige Lastspitzen der Applikation. Es muss bei der Berechnung des Rippelstroms ΔI immer darauf geachtet werden, dass genügend Abstand zum Sättigungsstrom der Spule eingehalten wird.

Ein weiterer wesentlicher Punkt ist das temperaturabhängige Sättigungsverhalten. Dies betrifft fast alle gängigen Spulen mit klassischem, gesinterten Ferritmaterial. Das Sättigungsverhalten von WE-Induktivitäten lässt sich relativ einfach mit der Online-Plattform RedExpert nachprüfen. Zudem lassen sich in der Simulation die Umgebungstemperatur verändern und deren Effekt auf das Sättigungsverhalten der Spule anzeigen.

Bild 2 zeigt, dass klassische gesinterte Ferritmaterialien stark auf Temperaturschwankungen reagieren und der Punkt der Sättigung bereits bei wesentlich geringeren Strömen auftreten kann. Die hier ebenfalls abgebildete Induktivität WE-LHMI allerdings zeigt nahezu keine Änderung des Sättigungsverhaltens über der Temperatur. Moderne Eisenpulvermaterialien sind über weite Bereiche temperaturstabil. Dies ermöglicht auch im industriellen Umfeld einen stabilen Betrieb der Applikation.

Kombiniert man die hier aufgeführten Informationen mit den Ausführungen aus Teil 1 und 2 stehen alle Daten zur Verfügung, um für die jeweilige Applikation und deren Umgebungsparameter die optimale Induktivität auszuwählen! (kr)

Design-Tipp

So wählen Sie die richtige Speicherinduktivität aus – Teil 1

Design-Tipp

So wählen Sie die richtige Speicherinduktivität aus – Teil 2

* Christian Koch arbeitet als FAE bei Würth Elektronik eiSos in Waldenburg.

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