Ada tiga jenis komponen pasif dalam rangkaian elektronik: resistor, kapasitor, dan induktor, di antaranya induktor mungkin yang paling aneh pada prinsipnya. Fenomena induktansi ditemukan oleh Michael Faraday dan Joseph Henry pada tahun 1830-an: Faraday menemukan bahwa perubahan medan magnet dapat menginduksi arus; Henry secara mandiri mempelajari fenomena "induksi diri", yang mengacu pada induksi arus dalam suatu konduktor di dalam dirinya sendiri.
Sebelum orang benar-benar memahami elektromagnetik, masih menjadi misteri bahwa melilitkan kawat menjadi kumparan dapat mengubah sifat listriknya. Pada masa-masa awal radio, para penggemar DIY akan menggunakan batang magnet atau tabung karton yang panjangnya hanya beberapa inci, dililitkan dengan puluhan lilitan kawat untuk membuat induktor koil tuning, untuk merakit radio transistor.
Simbol skema induktor didasarkan pada desain tampilan fisiknya (Gambar 1). Jenis-jenis induktor antara lain berongga, inti besi, dan variabel.
Gambar 1: Induktor (gambar kanan) pada awalnya dibentuk oleh kabel yang dililitkan pada tabung berongga atau inti besi; Simbol prinsip yang sesuai ditunjukkan pada gambar (gambar kiri). (Sumber gambar: Hackatronic.com)
Induktansi adalah karakteristik suatu konduktor, dan karena pengaruh medan magnetnya, arus yang melewati konduktor sering berubah. Oleh karena itu, induktor kadang-kadang disebut tersedak karena dapat “mencekik” perubahan arus. Hubungan antara induktansi (L) dan laju perubahan tegangan (V) dan arus (I) dapat dinyatakan dengan persamaan sederhana: V=L (dI/dt).
Meskipun induktor kumparan luka masih banyak digunakan, induktor tersebut tidak lagi cocok untuk banyak rangkaian saat ini. Mereka mungkin terlalu besar, tidak mampu memberikan nilai yang diperlukan, menunjukkan efek parasit yang tidak diinginkan, memiliki resistansi DC (DCR) yang tinggi, dan menunjukkan penurunan kinerja pada frekuensi yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan penggemar radio DIY awal, induktor lilitan siap pakai untuk aplikasi frekuensi radio (RF) dengan dimensi kurang dari 1 milimeter persegi (mm2) kini tersedia untuk dibeli.
Induktor modern untuk konverter daya
Meskipun induktor telah membuat kemajuan yang signifikan, bahkan induktor kumparan yang ditingkatkan pun memiliki kekurangan dalam kinerja dan ukuran untuk sirkuit modern. Induktor daya modern adalah komponen presisi yang telah dimodelkan dengan cermat, dengan parameter inti dan sekundernya ditentukan sepenuhnya, dan propertinya dioptimalkan sesuai dengan prioritas aplikasi yang berbeda.
Selain itu, pemasok telah mengembangkan material baru untuk memenuhi kebutuhan topologi catu daya switching yang berbeda, seperti konverter induktor primer ujung tunggal (SEPIC), konverter Ć uk (dinamai menurut penemunya Slobodan Ć uk), dan berbagai konfigurasi buck boost.
Sebagian besar induktor ini menggunakan bahan ferit dan bubuk canggih, dan karakteristiknya telah disesuaikan dengan cermat. Induktor ini memiliki DCR yang sangat rendah (secara signifikan meningkatkan nilai induktansi Q - nilai standar untuk mengukur kinerja induktansi) dan penurunan induktansi yang mulus. Yang terakhir mengacu pada sejauh mana nilai induktansi aktual menurun atau "berguling" karena saturasi inti magnetik seiring dengan meningkatnya arus DC, mirip dengan respons frekuensi yang menurun dari filter.
Induktor yang digunakan dalam pasokan listrik biasanya juga harus memiliki kemampuan penanganan arus dengan nilai yang relatif tinggi, biasanya dalam puluhan ampere. Parameter ini tidak ditentukan oleh nilai tunggal, namun oleh beberapa nilai seperti arus akar rata-rata kuadrat (Irms), arus puncak (Ipeak), dan arus saturasi (Isat). Induktor yang disediakan oleh pabrikan akan memiliki kombinasi arus pengenal yang berbeda dan referensi parameter tingkat atas lainnya untuk memenuhi persyaratan prioritas berbagai struktur topologi.
Pabrikan juga telah mengembangkan material canggih dan teknologi pemasangan permukaan (SMT) (Gambar 2) yang dapat menahan panas terkait tanpa mengurangi kinerja atau keandalan. Jenis pelindung membantu meminimalkan masalah interferensi frekuensi radio (RFI) dalam aplikasi sensitif.
Gambar 2: Induktor SMT berdaya tinggi kini dapat menghasilkan berbagai ukuran kecil yang mengejutkan tanpa memengaruhi kinerja. (Sumber gambar: Eaton)
Seri induktor cetakan HCM/HPAL dari Divisi Elektronik Eaton mencerminkan kemajuan dan diferensiasi induktor yang dioptimalkan untuk konverter ini. Kedua seri ini menggunakan bahan induktor canggih, yang dicirikan oleh daya tahan, arus tinggi, dan EMI rendah. Struktur cetakannya dapat menghasilkan penggulungan induktansi lembut dalam berbagai rentang arus pengenal.
Perangkat seri HCM dan HPAL hadir dalam berbagai ukuran, namun volumenya relatif kecil.
Untuk memastikan keandalan dan ketahanan, suhu pengoperasian terukur perangkat HCM/HPAL adalah -55 hingga 125 °C (suhu sekitar ditambah kenaikan suhu sendiri), dan mengandung penghambat karat yang membantu mencegah karat pada permukaan akibat lingkungan lembab (MSL level 1).
Seri HCM menggunakan serbuk besi tekan canggih dengan kinerja Isat yang sangat baik, yang dapat dilihat pada dua perangkat representatif, HCM0503V2-R68-R dan HCM0503V2-4R7-R. HCM0503V2-R68-R adalah induktor tanpa pelindung DCR 680 nanohenries (nH), 8 miliohm (m Ω) dengan frekuensi operasi hingga 1 megahertz (MHz). Ukurannya hanya 5,7×5,4×3,0 mm, dengan arus pengenal 10 ampere (A) (Irms)/12 ampere (Isat). HCM0503V2-4R7-R menggunakan ukuran paket yang sama, namun cocok untuk situasi yang memerlukan induktansi lebih tinggi. Ini adalah perangkat tanpa pelindung 4,7 µ H, 47 m Ω dengan arus pengenal 4,1 A (Irms)/6 A (Isat).
Sebaliknya, induktor HPAL menggunakan bubuk paduan untuk mencapai DCR yang lebih rendah dan Irms yang lebih tinggi sambil mempertahankan kerugian inti yang lebih rendah. Kisaran daya rangkaian induktor ini adalah dari 0,15 μH hingga 10 μH, dan arusnya dari 4,5 A hingga 40 A. Ia memiliki fungsi pelindung elektromagnetik (EMI), yang sangat penting dalam aplikasi tertentu. Perangkat contoh termasuk HPAL1V0630-R47-R (induktor 470 nH, 4,1 m Ω dengan tegangan 18 A (Irms) dan 20 A (Isat)) dan HPAL1V0630-8R2-R (induktor 8,2 µ H, 55 m Ω dengan tegangan 5 A (Irms) dan 5,5 A (Isat)).
Grafik pada Gambar 3 menunjukkan hubungan roll off antara induktansi nominal, arus DC, dan suhu induktor HPAL1V0630-8R2-R.