Vodič za odabir materijala feritne jezgre za SMPS

U ovom postu učimo kako odabrati feritni materijal jezgre s ispravnim specifikacijama kako bi se osigurala odgovarajuća kompatibilnost s datim dizajnom kruga SMPS

Zašto Feritna jezgra

Ferit je prekrasna jezgra za transformatore , pretvarači i prigušnice u frekvencijskom spektru 20 kHz do 3 MHz, zahvaljujući prednostima smanjenog troška jezgre i minimalnih gubitaka jezgre.

Ferit je učinkovita stvar za visokofrekventna napajanja pretvarača (20 kHz do 3 MHz).

Ferite treba koristiti u zasićenju za rad male snage i niske frekvencije (<50 watts and 10 kHz). For high power functionality a 2 transformer layout, employing a tape wrapped core as the saturating core and a ferrite core as the output transformer, delivers optimum execution.

Model 2 transformatora pruža izvanrednu učinkovitost, fantastičnu trajnost frekvencije i minimalno povlačenje.

Feritne jezgre obično se koriste u izvedbama povratnih transformatora , koji osiguravaju minimalne troškove jezgre, smanjene troškove kruga i najveću efikasnost napona. Jezgre u prahu (MPP, High Flux, Kool Mμ®) proizvode mekšu zasićenost, veći Bmax i povoljniju postojanost temperature i često su preferirana opcija u brojnim povratnim upotrebama ili induktorima.

Visokofrekventni izvori napajanja, bilo pretvarači i pretvarači, predlažu jeftiniju cijenu i smanjenu težinu i strukturu u usporedbi s tradicionalnim opcijama napajanja od 60 herca i 400 herca.

Nekoliko jezgri u ovom specifičnom segmentu tipični su dizajni koji se često koriste u struci.

OSNOVNI MATERIJALI

Materijali F, P i R, koji olakšavaju minimalne nedostatke jezgre i maksimalnu gustoću protoka zasićenja, preporučuju se za funkcionalnost velike snage / visoke temperature. Deficit jezgre P materijala opada s temperaturom do 70 ° C. Gubici R materijala smanjuju se do čak 100 ° C.

J i W materijali pružaju vam vrhunsku impedansu za široke transformatore, što ih čini preporučljivima i za niskonaponske transformatore.

OSNOVNE GEOMETRIJE

1) MOŽE BOJE

Jezgre lonaca proizvedene su da u velikoj mjeri okruže špulicu rane. To olakšava zaštitu zavojnice od izbijanja EMI iz vanjskih alternativa.

Proporcije jezgre posude uglavnom se pridržavaju IEC specifikacija kako bi se osiguralo da postoji međusobna zamjenjivost između tvrtki. Uobičajeni kalemi i kalemi s tiskanim krugom su
na tržištu, kao i hardver za montažu i montažu.

Zbog svog izgleda, jezgra lonca obično je jezgra skuplje cijene u usporedbi s različitim formatima analogne veličine. Jezgre lonaca za velike potrebe nisu lako dostupne.

2) Dvostruki jezgri od ploče i RM

Ploče s jednostrukim središnjim središnjim stupovima slične su jezgrama lonaca, ali ipak posjeduju segment umanjen na oba dijela suknje. Značajni ulazi omogućuju smještaj većih žica i doprinosi uklanjanju topline iz uređaja.

RM boje slične su jezgri lonaca, no oblikovane su tako da smanjuju površinu pločica, pružajući minimalno 40% smanjenja prostora za instalaciju.

Mogu se dobiti tiskani krugovi ili obične špulice. Izravne stezaljke od 1 jedinice omogućuju jednostavnu izradu. Ostvarivi su niži obrisi.

Čvrsti srednji komad donosi manje gubitaka jezgre što zauzvrat eliminira nakupljanje topline.

3) EP CORES

EP jezgre su kružne kubne izvedbe središnjeg stuba koje temeljito okružuju zavojnicu, osim terminala tiskanih pločica. Specifičan izgled eliminira utjecaj pukotina protoka zraka uspostavljenih na spajajućim zidovima u magnetskoj stazi i daje vam značajniji omjer volumena prema apsolutnoj korištenoj površini. Zaštita od RF-a prilično je sjajna.

4) PQ BOJE

PQ jezgre namijenjene su posebno za napajanje s preklopnim načinom rada. Izgled omogućuje maksimalan omjer skupnoga i zavojnog područja i površine.

Stoga su i apsolutna minimalna dimenzija jezgre i optimalna induktivnost i površina namota.

Rezultat toga je da jezgre omogućuju optimalnu izlaznu snagu s najmanje sastavljene mase i dimenzije transformatora, uz zauzimanje minimalne razine prostora na tiskanoj pločici.

Jednostavno je postavljanje kalema s tiskanim krugovima i jednostrukih stezaljki. Ovaj ekonomični model osigurava mnogo homogeniji presjek, pa jezgre često rade s manjom količinom vrućih položaja u usporedbi s različitim izgledima.

5) I BOJE

E jezgre su jeftinije od lonaca, dok imaju aspekte izravnog namotavanja špulice i nekompliciranog sastavljanja. Navijanje bande moguće je postići za špulice koje se koriste pomoću ovih jezgri.

E jezgre nikada, svejedno, nisu samozaštitne. Izgledi veličine laminiranja E dizajnirani su za smještaj komercijalno dostupnih špulica u prošlim vremenima namijenjenih usklađivanju žigova s ​​trakama uobičajenih mjerenja laminiranja.

Metrička i DIN veličine također se mogu naći. E jezgre su obično ugrađene u različitu konzistenciju, pružajući različita područja presjeka. Špulice za ta različita područja presjeka imaju tendenciju komercijalnog pristupa.

E jezgre su obično instalirane u jedinstvenim orijentacijama, u slučaju da je poželjno, daju lowprofile.
Mogu se naći špulice s tiskanim krugom za fiksiranje niskog profila.

E jezgre su dobro poznati dizajni zbog njihove pristupačnije cijene, praktičnosti montaže i namotavanja i organizirane rasprostranjenosti asortimana hardvera.

6) PLANAR I BOJE

Planarne E jezgre mogu se naći u gotovo svim konvencionalnim mjerenjima IEC-a, zajedno s nekoliko dodatnih kapaciteta.

Magnetics R materijal besprijekorno se podudara s ravninskim oblicima zahvaljujući smanjenim gubicima u AC jezgri i minimalnim gubicima na 100 ° C.

Ravni rasporedi u većini slučajeva imaju mali broj okretaja i ugodno odvođenje topline za razliku od standardnih feritnih transformatora, pa iz tog razloga idealni dizajn prostora i učinkovitosti dovodi do povećanih gustoća protoka. U tim su varijacijama uglavnom značajne ukupne prednosti izvedbe R materijala.

Raspon nogu i visina prozora (proporcije B i D) fleksibilni su za pojedinačne svrhe bez novog alata. To omogućuje programeru da fino podesi finalizirane specifikacije jezgre kako bi se točno uklopile u ravninsku visinu sloga vodiča, bez ikakvog utrošenog prostora.

Isječci i utora za isječke nude se u brojnim slučajevima, što bi moglo biti posebno učinkovito za izradu prototipova. Nadalje, I-jezgre su predloženi standard, koji omogućuje još veću prilagodljivost izgleda.

E-I ravninski uzorci dobro dođu kako bi se omogućilo učinkovito miješanje lica u velikoj masovnoj proizvodnji, kao i za stvaranje zazornih induktivnih jezgri, pri čemu treba temeljito razmotriti rubne crteže zbog planarne strukture.

7) EC, ETD, EER i ER CORES

Ove su vrste uzoraka kombinacija E jezgri i jezgri lonaca. Poput E jezgri, pružaju ogroman jaz na obje strane. To omogućuje zadovoljavajući prostor za žice veće veličine potrebne za napajanje s preklopnim načinom rada sa smanjenim izlaznim naponom.

Osim toga, jamči cirkulaciju zraka koja održava gradnju hladnijom.

Srednji komad je kružan, vrlo sličan onome u jezgri lonca. Jedan od pozitivnih aspekata kružnog središnjeg stupa je taj što namotaj ima manje vrijeme prolaska oko njega (11% brže) u odnosu na žicu oko središnjeg stupa četvrtastog tipa s vrlo istim poprečnim presjekom.

To smanjuje gubitke namota za 11%, a jezgri također omogućuje da se nosi s poboljšanom izlaznom sposobnošću. Kružni središnji stup dodatno umanjuje zašiljeni nabor u bakru koji se odvija s namotavanjem na četvrtasti središnji stup.

8) TOROIDI

Toroidi su stoga isplativi za proizvodnju, što je najjeftiniji od najrelevantnijih dizajna jezgre. Budući da nije potrebna špulica, dodatni pribor i troškovi postavljanja zanemarivi su.

Navijanje se dovršava na toroidalnoj opremi za namotavanje. Zaštitni atribut je prilično zvučan.

Pregled

Feritne geometrije pružaju vam velik izbor veličina i stilova. Prilikom odabira jezgre za iskorištavanje napajanja, treba procijeniti specifikacije prikazane u tablici 1..

ODABIR OSNOVNE VELIČINE TRANSFORMATORA

Sposobnost obrade snage na jezgri transformatora obično ovisi o njenom WaAc proizvodu, u kojem je Wa ponuđeni prostor prozora jezgre, a Ac korisni prostor presjeka jezgre.

Iako gornja jednadžba omogućuje modificiranje WaAc ovisno o određenoj geometriji jezgre, Pressmanova tehnika koristi topologiju kao temeljni faktor i omogućuje tvorcu da odredi gustoću struje.

OPĆE INFORMACIJE

Savršeni transformator je samo onaj koji obećava minimalan pad jezgre dok zahtijeva i najmanji volumen prostorije.

Na gubitak jezgre u određenoj jezgri posebno utječe gustoća protoka zajedno s frekvencijom. Frekvencija je presudni faktor u vezi s transformatorima. Faradayev zakon ukazuje da se s ubrzanjem frekvencije gustoća protoka smanjuje na odgovarajući način.

Osnovni gubitak posla smanjuje se puno više u slučaju da gustoća protoka padne u odnosu na povećanje frekvencije. Kao ilustracija, kada transformator radi na 250 kHz i 2 kG na R materijalu na 100 ° C, kvarovi jezgre vjerojatno bi bili oko 400 mW / cm3.

Kada bi se frekvencija napravila dva puta, a većina ostalih ograničenja netaknuta, kao rezultat Faradayevog zakona, gustoća protoka vjerojatno bi se pokazala 1kG, a rezultirajući padovi jezgre bili bi otprilike 300mW / cm3.

Standardni feritni energetski transformatori ograničavaju gubitak jezgre u rasponu od 50 do 200mW / cm3. Ravnim modelima moglo bi se upravljati puno asertivnije, do 600 mW / cm3, zbog povoljnijeg rasipanja snage i znatno manje bakra u namotima.

Kategorije krugova

Niz osnovnih povratnih informacija o nekoliko krugova su: Push-pull krug je učinkovit jer uređaj uzrokuje dvosmjernu uporabu jezgre transformatora, što daje izlaz s smanjenim valovitošću. Usprkos tome, sklopovi su izuzetno sofisticirani, a zasićenje jezgre transformatora može rezultirati probojem tranzistora kada tranzistori snage imaju nejednaka preklopna svojstva.

Strujni krugovi za unaprijedno napajanje jeftiniji su, primjenjujući samo jedan tranzistor. Ripple je minimalno zbog činjenice da u transformatoru struje naizgled stabilne struje, bez obzira je li tranzistor UKLJUČEN ili ISKLJUČEN. Povratni krug je jednostavan i povoljan. Uz to, EMI pitanja su znatno manja. Unatoč tome, transformator je veći, a valovitost je značajnija.

GURNO-POVLAČENI KOLO

Konvencionalni push-pull krug prikazan je na slici 2A. Naponski napon je izlaz IC mreže ili takta koji oscilira tranzistore naizmjenično UKLJUČENO i ISKLJUČENO. Visokofrekventni kvadratni valovi na izlazu tranzistora na kraju se pročišćavaju, stvarajući jednosmjernu struju.

JEZGRA U PUT-PULL KOLU

Za feritne transformatore, na 20 kHz, obično je poznati postupak primjene jednadžbe (4) s razinom gustoće protoka (B) od ± 2 kG.

To se može izvući u obojenom dijelu petlje histereze na slici 2B. Ovaj je B stupanj odabran uglavnom zato što je ograničavajući aspekt odabira jezgre s ovom frekvencijom gubitak jezgre.

Ako je transformator idealan za gustoću protoka oko zasićenja (kao što se izvodi za manje raspored frekvencija), na 20 kHz, jezgra će dobiti nekontrolirani valni val.

Iz tog će razloga manja gustoća radnog protoka od 2 kG u većini slučajeva ograničiti gubitke jezgre, što će posljedično pomoći pristupačnom povećanju temperature u jezgri.

Iznad 20 kHz, gubici u jezgri se maksimiziraju. Da bi se SPS izvodio na povišenim frekvencijama, važno je izvršiti brzine protoka jezgre manje od ± 2 kg. Na slici 3 prikazan je pad nivoa fluksa za MAGNETICS “P” feritni materijal vitalni za doprinos konstantnim gubicima jezgre od 100mW / cm3 na brojnim frekvencijama, uz optimalni temperaturni val od 25 ° C.

U krugu za naprijed prema naprijed prikazanom na slici 4A, transformator se izvršava u 1. kvadrantu petlje histereze. (Slika 4B).

Unipolarni impulsi implementirani na poluvodički uređaj dovode do toga da se jezgra transformatora napaja iz vrijednosti BR u blizini zasićenja. Kako se impulsi smanjuju na nulu, jezgra se vraća na BR brzinu.

Da bi se zadržala vrhunska učinkovitost, primarna induktivnost održava se visokom kako bi se smanjila struja magnetiziranja i smanjilo povlačenje žice. To podrazumijeva da jezgra mora imati nulu ili najmanji minimum otvaranja protoka zraka.