Por qué el tamaño del inductor aumenta incluso cuando el valor del inductor es el mismo [cerrado]

¿Por qué te preguntas solo acerca de los inductores?
¿Por qué hay capacitores de diferente tamaño a pesar de que tienen el mismo valor de capacitancia?

Principales razones:

• diferente max. voltaje que requiere más distancia entre "placas" (o material dieléctrico diferente; y que tendrá una constante dieléctrica diferente)
• diferente max. frecuencia de operación que requiere diferente material dieléctrico

Es similar con los inductores:

• diferente max. actual que requiere diferentes diámetros de cable y / o diferentes materiales de núcleo (debido a la saturación)
• diferente max. frecuencia de operación que requiere diferente material principal (y que tendrá una constante de permeabilidad diferente)

Piensa al respecto. ¿Por qué NO esperas que un inductor de 100 µH que pueda manejar 10 A sea más grande que uno que solo pueda manejar 500 mA?

En última instancia, el tamaño físico de un inductor está relacionado con la energía que puede almacenar. Los diferentes materiales del núcleo pueden almacenar diferentes cantidades de energía magnética por volumen, pero dentro del mismo material del núcleo, el tamaño de la bobina depende en gran medida del almacenamiento de energía.

La energía que un inductor puede almacenar, en unidades comunes, es:

J = ½ A ² H

donde J es la energía en Joules, A la corriente a través del inductor en Amps, y H la inductancia en Henrys.

Observe una familia de inductores que usan el mismo núcleo y verá que el almacenamiento de energía máximo es aproximadamente el mismo en toda la familia. Por ejemplo, aquí están las especificaciones de la serie de inductores de potencia CoilCraft MSS6132:

Elija unos pocos y calcule su almacenamiento de energía en el nivel de saturación de caída del 10%. Por ejemplo:

(4.7 µH) (2.18 A) ² / 2 = 11.2 µJ
(8.2 µH) (1.78 A) ² / 2 = 13.0 µJ
(22 µH) (970 mA) ² / 2 = 10.3 µJ
(100 µH) (450 mA) ² / 2 = 10.1 µJ

Así que sí, el tamaño importa.

La respuesta de Olin aquí es buena, pero para intentar agregar la física detrás de esto.

La inductancia viene dada por la siguiente fórmula:

$$ L = N ^ 2 \ cdot \ dfrac {\ mu \ cdot A_e} {l} $$

Donde \ $ L \ $ es la inductancia en henries, \ $ N \ $ es el número de vueltas, \ $ A_e \ $ es el área efectiva en metros cuadrados, \ $ l \ $ es la longitud en metros y \ $ \ mu \ $ es la permitividad del material magnético (\ $ 4 \ cdot \ pi \ cdot 10 ^ {- 7} \ dot H \ cdot m ^ {- 1} \ $ para el espacio libre).

\ $ \ mu \ $ está relacionado con el tipo de núcleo utilizado y su curva B-H. B es la densidad de flujo medida en Tesla y H es la fuerza de magnetización medida en amperios por metro.

Las curvas B-H típicas \ $ \ mu \ $ están relacionadas con la pendiente de la curva en el punto de interés.

Como puede ver, diferentes materiales tienen diferentes curvas B-H y es posible que se pregunte por qué no solo usamos un tipo de material. La respuesta aquí es que depende de para qué lo desees.

Es posible que solo desee algo para suavizar una forma de onda actual, en cuyo caso puede que no le importe si la inductancia cae un poco con una corriente alta, un ejemplo típico es el inductor en un convertidor Buck. Para esto, usted desea un núcleo con una pequeña fuerza coercitiva para minimizar las pérdidas, pero no le importa que se reduzca a medida que aumente la corriente: los núcleos de hierro en polvo son un ejemplo típico.

Es posible que no le importe la inductancia en absoluto, sino que desee atenuar el ruido de RF, por lo que desea algo con una gran fuerza coercitiva para absorber la energía. Este es el principio detrás de las cuentas de ferrita.

Es posible que desee una inductancia particular que permanezca constante en un amplio rango de corriente. Lo mejor de esto es el aire, ya que tiene una curva B-H perfectamente recta. Sin embargo, para el aire \ $ \ mu \ $ es relativamente pequeño, por lo que para este tipo de inductor, las personas generalmente usan un núcleo magnético, pero introducen un pequeño espacio de aire conocido para dominar la forma de la curva B-H.

Dos preocupaciones más son la frecuencia y la saturación y la frecuencia. Algunos materiales tienen densidades de flujo de saturación más altas que otros y otros son mejores o peores a altas frecuencias. Si estuviera diseñando un transformador de 50 o 60Hz, probablemente tendría un núcleo de hierro, ya que la saturación B es relativamente alta, por lo que puedo usar menos giros. Para un transformador de 100 kHz en un SMPS, las pérdidas de alta frecuencia debidas al hierro serían excesivas, por lo que probablemente iría con un núcleo de ferrita, pero luego tengo que asegurarme de que el B máximo sea más bajo para evitar la saturación.

Finalmente llegamos a los devanados a una corriente más alta, necesitamos cables más gruesos y, por lo tanto, necesitamos un núcleo más grande para encajar los giros. Entre dos giros en un devanado hay capacitancia porque un condensador es solo dos placas conductoras separadas por aislamiento. En HF esto puede dominar la inductancia.

Probablemente, algo más sobre el inductor cambia a medida que el caso se agranda:

• menor resistencia de corriente continua
• Mayor frecuencia de auto resonancia
• más barato
• Compatible con partes antiguas

El valor de la inductancia depende del tamaño físico del inductor, la permeabilidad del material del núcleo y el número de vueltas del cable.