۷ پارامتر کلیدی برای انتخاب سلف‌های RF

RF Inductor Selection

برای انتخاب سلف RF این پارامترها باید لحاظ شوند: نحوه نصب (SMD یا پایه‌دار)، مقدار اندوکتانس، مقدار جریان، مقاومت DC (DCR)، فرکانس خود رزونانس (SRF)، فاکتور Q و نرخ دمایی. وقتی سلف در ابعاد کوچک موردنیاز باشد، قوانین فیزیک چگونگی کاربرد سلف را محدود می‌کند. مقدار اندوکتانس و جریان، عوامل اصلی در اندازه هستند و سایر پارامترها را می‌توان بهینه‌سازی کرد.

۱- چه چیزی مقدار اندوکتانس موردنیاز را مشخص می‌کند؟

اگر سلف به‌عنوان یک چوک فرکانس بالای تک المانه استفاده شود، انتخاب مقدار بر اساس فرکانس نویزی که باید از بین برود انجام می‌شود. در فرکانس خود-رزونانس (SRF) یک سلف، مقاومت سری در مقدار بیشینه خود قرار دارد. بنابراین برای یک چوک RF ساده، این انتخاب بر اساس یافتن مقداری است که SRF آن نزدیک به فرکانس نویز موردنظر باشد.

برای فیلترهای مرتبه بالاتر، مقدار اندوکتانس هر المان باید بر اساس فرکانس قطع فیلتر (برای فیلترهای بالاگذر و پایین‌گذر) یا پهنای باند (برای فیلترهای میان‌گذر) محاسبه شود. این محاسبات مرتباً به‌وسیله نرم‌افزارهای شبیه‌ساز مدار مانند SPICE، AWR Microwave Office، Genesys یا ADS انجام می‌شود.

برای مدارات تیون شده یا تطبیق امپدانس، سلف با تلورانس کمتر موردنیاز است. همان‌طور که در جدول زیر می‌بینید، سلف‌های سیم‌پیچ عموماً از سلف‌های چندلایه یا سلف‌های فیلم ضخیم (thick film) تلورانس کمتری دارند.

اندوکتانس (nH) تلورانس Q در ۱٫۸GHz جریان (mA)
سیم‌پیچی (Coilcraft 0402HP-2N7XGL) ۲٫۷ ۲٪ ۸۵ ۱۵۰۰
چندلایه (TDK MLK1005S2N7ST) ۲٫۷ ۱۱٪ ۳۱ ۵۰۰

 

اندوکتانس (nH) تلورانس Q در ۱٫۸GHz جریان (mA)
سیم‌پیچی (Coilcraft 0402HP-68NXGL) ۶۸ ۲٪ ۵۰ ۳۱۰
چندلایه (TDK MLK1005S68NST) ۶۸ ۵٪ ۲۰ ۱۵۰

۲- جریان موردنیاز چطور بر انتخاب مقادیر تأثیر می‌گذارد؟

جریان بیشتر نیازمند قطر سیم بزرگ‌تر یا تعداد رشته‌های بیشتر در یک سیم است تا تلفات و افزایش دما را به کمترین حالت برساند. سیم‌های قطورتر، DCR‌ کمتر و Q بیشتر دارند، اما ابعاد بزرگ‌تر و SRF کمتری دارند. جدول بالا نشان می‌دهد که سلف سیم‌پیچی نسبت به سلف چندلایه با یک سایز و یک اندوکتانس، جریان بیشتری را تحمل می‌کند.

ظرفیت جریانی بالاتر و DCR کمتر با استفاده از یک هسته فریت و دورهای کمتر سیم محقق می‌شود. درعین‌حال، استفاده از فریت محدودیت‌های جدید ازجمله تغییرات بیشتر اندوکتانس با دما، افزایش تلورانس، کاهش Q و کاهش جریان اشباع را به همراه دارد.

۳- فرکانس خود رزونانس چقدر باید زیاد باشد تا یک سلف کار کند؟

مقدار SRF با این معادله تعریف می‌شود: SRF= f0 = 1/(2π√LC)

برای کاربردهای چوک، SRF فرکانسی است که بیشترین افت سیگنال را داشته باشد. در فرکانس‌های پایین‌تر از SRF امپدانس با فرکانس افزایش می‌یابد. در فرکانس SRF امپدانس در بیشترین مقدار خود است و در فرکانس‌های بالای SRF مقدار امپدانس کاهش می‌یابد.

برای فیلترهای مرتبه‌های بالاتر بسیار مهم است که منحنی سلف نسبت به فرکانس در محدوده فرکانس موردنیاز، کاملاً صاف باشد. بنابراین سلف‌هایی با SRF‌ بالاتر از فرکانس موردنیاز باید انتخاب شوند. برای نتیجه بهتر باید سلفی با SRF حداقل ۱۰ برابر بیشتر از فرکانس موردنیاز، استفاده شود. در کل، انتخاب مقادیر اندوکتانس نوعاً مقدار SRF را تعیین می‌کند و بالعکس. هر چه قدر مقدار اندوکتانس بیشتر باشد، به علت افزایش سلف سیم‌پیچی مقدار SRF‌ کاهش می‌یابد.

۴- اندوکتانس و امپدانس برحسب فرکانس

امپدانس و اندوکتانس در نزدیکی SRF به‌شدت افزایش می‌یابند (شکل پایین). برای کاربردهای چوک (choke)، یک سلف RF انتخاب کنید که SRF آن نزدیک به فرکانس موردنظر برای تضعیف باشد. برای سایر کاربردها مقدار SRF باید حداقل ۱۰ برابر بزرگ‌تر از فرکانس کاری باشد.

فرکانس رزونانس در سلف RF

۵- چه زمانی فاکتور Q مهم می‌شود؟

مقدار Q زیاد، پهنای باند کم را نتیجه می‌دهد، که زمانی اهمیت پیدا می‌کند که سلف RF به‌عنوان بخشی از یک مدار LC (نوسان کننده) یا در فیلتر میان‌گذر با پهنای باند کم استفاده شود. با توجه به شکل پایین، Q بالا باعث تلفات عبوری کم و کاهش توان مصرفی نیز می‌شود.

مقدار Q یک سلف از رابطه  Q = Im[Z] / Re[Z] محاسبه می‌شود.

Inductor Q vs frequency

تمام تلفات حقیقی و موهومی وابسته به فرکانس در اندازه‌گیری مقدار Q نهفته است که شامل اندوکتانس، ظرفیت خازنی، اثر پوستی هادی و تلفات هسته ناشی از مواد مغناطیسی است. همان‌طور که در جدول بالا نشان داده شد، سلف‌های سیم‌پیچی، مقادیر Q به‌مراتب بیشتر از سلف‌های چندلایه با همان مقدار و سایز دارند.

۶- چطور نرخ دمایی موردنیاز را انتخاب کنم؟

تلفات توان با افزایش جریان و مقاومت DC افزایش‌یافته و باعث افزایش دمای قطعه می‌شود. سلف‌ها معمولاً برای یک رنج دمایی خاص و یک افزایش دما بیشتر از رنج دمایی برحسب جریان عبوری از سلف ساخته می‌شوند. به‌عنوان‌مثال سلفی برای دمای محیطی ۱۲۵ درجه سانتی‌گراد ساخته‌شده است و ۱۵ درجه افزایش دما در حالت جریان ماکزیمم؛ یعنی حداکثر دمای قطعه می‌تواند ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد باشد. شما تنها باید چک کنید که دمای محیطی و جریان عبوری بیش از مقادیر تعریف‌شده نباشد.

۷- چطور به‌سرعت سلفی را که تمام مشخصات موردنیاز من را دارد پیدا کنم؟

مقایسه دیتاشیت چند سلف RF کاری بسیار وقت‌گیر است. شرکت‌های سازنده مانند CoilCraft، Murata، ATC و… معمولاً بخشی تحت عنوان Finder Tool دارند که کار جستجو را بسیار راحت می‌کند. مثلاً ابزار جستجوی شرکت CoilCraft از اینجا قابل‌دسترسی است و شما در این بخش با واردکردن مقدار سلف و فرکانس کاری، می‌توانید فهرستی از سلف‌هایی که پاسخگوی نیازهای شما هستند را مشاهده کنید.

منبع: شرکت CoilCraft

درحال ارسال
امتیاز دهی کاربران
0 (0 رای)

پاسخی را بگذارید