Ръководство за избор на материал за феритна сърцевина за SMPS

В този пост научаваме как да изберем материал от феритна сърцевина с правилните спецификации за осигуряване на подходяща съвместимост с даден дизайн на SMPS верига

Защо Ferrite Core

Феритът е прекрасно основно вещество за трансформатори , инвертори и индуктори в честотния спектър 20 kHz до 3 MHz, благодарение на предимствата на намалените разходи на сърцевината и минималните загуби в сърцевината.

Феритът е ефективно вещество за високочестотни (20 kHz до 3 MHz) инверторни захранвания.

Феритите трябва да се използват в наситения подход за работа с ниска мощност и ниска честота (<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.

Моделът с 2 трансформатора осигурява изключителна ефективност, фантастична честотна издръжливост и минимални превключвания.

Феритните сърцевини обикновено се използват във версиите на трансформаторите с обратен ход , които осигуряват минимални разходи за ядро, намалени разходи на веригата и максимална ефективност на напрежението. Ядрата на прах (MPP, High Flux, Kool Mμ®) произвеждат по-меко насищане, по-голям Bmax и по-изгодно постоянство на температурата и често е предпочитаният вариант при редица употреби или индуктори.

Високочестотните захранващи устройства, или инвертори и преобразуватели, предлагат по-ниска цена и намалено тегло и структура в сравнение с традиционните опции за захранване от 60 херца и 400 херца.

Няколко ядра в този специфичен сегмент са типични дизайни, често използвани в професията.

ОСНОВНИ МАТЕРИАЛИ

Материалите F, P и R, улесняващи минималните недостатъци на сърцевината и максималната плътност на потока на насищане, се препоръчват за функционалност с висока мощност / висока температура. Дефицитите в сърцевината на материала P спадат с температура до 70 ° C. Загубите на материал R намаляват до 100 ° C.

J и W материалите ви осигуряват превъзходен импеданс за широки трансформатори, което ги прави препоръчителни и за силови трансформатори с ниско ниво.

ОСНОВНИ ГЕОМЕТРИИ

1) МОЖЕТЕ ЦВЕТОВЕ

Ядрата на саксията са произведени, за да обкръжат до голяма степен раната. Това улеснява защитата на бобината от избиране на EMI от външни алтернативи.

Пропорциите на сърцевината на пота почти всички се придържат към спецификациите на IEC, за да се гарантира, че съществува взаимозаменяемост между компаниите. Както калерчетата с обикновена, така и с печатната схема са
на пазара, както и хардуерът за монтаж и монтаж.

Поради оформлението си, сърцевината на пота обикновено е по-скъпо ядро ​​в сравнение с различни формати с аналогичен размер. Ядрата на гърнетата за значителни енергийни цели не са лесно достъпни.

2) ДВОЙНИ ЯДРАТА НА ПЛОЧИ И RM

Плътните централни стълбове с едностранна плоча са подобни на сърцевините, но въпреки това притежават сегмент, сведен до минимум от двете части на полата. Значителните входове правят възможно по-големите кабели да бъдат закрепени и допринася за премахване на топлината от инсталацията.

RM цветове са подобни на портовите ядра, но са проектирани да ограничават печатната платка, осигурявайки минимум 40% намаление на инсталационното пространство.

Получават се печатни платки или обикновени калерчета. Правите 1 скоби за единица позволяват безпроблемна конструкция. По-нисък контур е постижим.

Здравата средна част осигурява по-малко загуба на сърцевина, което от своя страна елиминира натрупването на топлина.

3) EP CORES

EP Core са кръгли кубични конструкции с централна стойка, които обграждат бобината старателно, с изключение на клемите на печатната платка. Специфичният външен вид елиминира влиянието на пукнатините на въздушния поток, установени при съчетаващите се стени в магнитната пътека и ви дава по-значително съотношение на обема към използваната абсолютна площ. Предпазването от RF е почти страхотно.

4) PQ ЦВЕТОВЕ

Ядрата на PQ са предназначени отличително за захранвания с превключен режим. Оформлението позволява максимално съотношение на насипно състояние към областта на навиване и повърхността.

Следователно, както оптималната индуктивност, така и повърхността на навиване са постижими с абсолютния минимален размер на сърцевината.

Ядрата в резултат на това осигуряват оптимална изходна мощност с най-малко сглобени маса и размери на трансформатора, заедно с заемането на минимално ниво на пространство върху печатната платка.

Настройването с калерчета с печатна верига и еднобитови скоби е лесно. Този икономичен модел осигурява много по-хомогенно напречно сечение, следователно ядрата често работят с по-малко количество горещи позиции в сравнение с различни оформления.

5) И ЦВЕТОВЕ

E сърцевините са по-евтини от сърцевинните ядра, като същевременно имат аспектите на директно навиване на калерчето и неусложнено сглобяване. Намотката на бандата е постижима за калерчетата, използвани с тези ядра.

Е ядрата никога, все едно, не се представят самозащитни. Схемите за ламиниране с размер E са предназначени за настаняване на търговски достъпни калерчета в миналото, предназначени да съответстват на щампованите ленти от обичайните измервания на ламиниране.

Метрични и DIN размери също може да се намери. Е ядрата обикновено са вградени с различна консистенция, осигурявайки разнообразие от области на напречното сечение. Калерчетата за тези различни зони на напречно сечение са склонни да бъдат достъпни от търговска гледна точка.

Е ядрата обикновено се инсталират в уникални ориентации, в случай че е предпочитан, дават нисък профил.
Могат да бъдат намерени калерчета с печатна верига за фиксиране с нисък профил.

Е ядрата са добре известни дизайни поради по-достъпната им скорост, удобството за сглобяване и навиване и организираното разпространение на асортимент от хардуер.

6) ПЛАНАР И ЦВЕТОВЕ

Планарните Е ядра могат да бъдат намерени практически във всички конвенционални измервания на IEC, заедно с няколко допълнителни капацитета.

Материалът Magnetics R е безупречно съчетан с равнинни форми благодарение на намалените загуби на сърцевината на променлив ток и минималните загуби при 100 ° C.

Планарните оформления в повечето случаи имат нисък брой завои и приятно разсейване на топлината, за разлика от стандартните феритни трансформатори, и поради тази причина идеалните дизайни за пространство и ефективност водят до повишена плътност на потока. В тези вариации общото предимство на експлоатационните качества на R материала е по-скоро значително.

Размахът на краката и котата на прозореца (пропорции B и D) са гъвкави за индивидуални цели, без нови инструменти. Това дава възможност на разработчика да фино настрои финализираните спецификации на сърцевината, за да се съчетае точно с равнината на стената на стената на проводника, без да има отделено пространство.

Клиповете и слотовете за клипове се предлагат в много случаи, които биха могли да бъдат особено ефективни за прототипиране. Освен това I-ядрата са предложен стандарт, който позволява още по-голяма адаптивност в оформлението.

E-I равнинните модели са полезни, за да се даде възможност за ефективно смесване на лица при голямо насипно производство, както и за създаване на неравномерни индуктивни ядра, при което намаляващите размери трябва да бъдат внимателно разгледани поради планарната структура.

7) EC, ETD, EER и ER CORES

Този тип модели представляват комбинация между Е ядра и сърцевини. Подобно на ядрата Е, те осигуряват огромен пропуск от двете страни. Това дава задоволително място за по-големи кабели, необходими за захранвания с превключен режим с намалено изходно напрежение.

Освен това гарантира циркулация на въздуха, което поддържа конструкцията по-студена.

Средното парче е кръгло, много подобно на това на сърцевината на гърнето. Един от положителните аспекти на кръговия централен стълб е, че намотката носи по-малък период на хода около него (с 11% по-бърз) в сравнение с жицата около централен стълб от квадратен тип с еднаква площ на напречното сечение.

Това намалява загубите на намотките с 11% и също така дава възможност на сърцевината да се справи с подобрена изходна способност. Кръглата централна колона допълнително свежда до минимум шиповидната гънка в медта, която се проявява с навиване върху централен стълб от квадратен тип.

8) ТОРОИДИ

Следователно тороидите са рентабилни за производство, следователно те са най-евтини от най-подходящите основни конструкции. Тъй като не става необходимо калерче, таксите за аксесоари и настройка са незначителни.

Навиването е завършено на тороидално оборудване за навиване. Екраниращият атрибут е доста звук.

Общ преглед

Феритните геометрии ви предоставят огромен избор в размери и стилове. Когато се избира ядро ​​за използване на захранването, трябва да се оценят спецификациите, показани в таблица 1.

ИЗБОР НА РАЗМЕР НА ТРАНСФОРМАТОРА

Възможността за обработка на мощност на ядрото на трансформатора обикновено зависи от неговия продукт WaAc, в който Wa е предлаганото пространство на прозореца на ядрото, а Ac е полезното пространство на напречното сечение на ядрото.

Докато горното уравнение позволява WaAc да бъде модифицирано в зависимост от конкретната геометрия на сърцевината, техниката на Пресман се възползва от топологията като основен фактор и дава възможност на производителя да определи плътността на тока.

ГЛАВНА ИНФОРМАЦИЯ

Перфектният трансформатор е само такъв, който обещава минимален спад на сърцевината, като същевременно изисква най-малък обем на помещението.

Загубата на сърцевината в определено ядро ​​се влияе конкретно от плътността на потока заедно с честотата. Честотата е решаващият фактор по отношение на трансформатора. Законът на Фарадей показва, че с ускоряване на честотата плътността на потока намалява съответно.

Основните губещи сделки намаляват много повече, в случай че плътността на потока падне в сравнение с увеличаването на честотата. Като илюстрация, когато трансформаторът работи при 250 kHz и 2 kG върху R материал при 100 ° C, грешките в сърцевината вероятно биха били около 400 mW / cm3.

Ако честотата е направена два пъти и повечето други ограничения са невредими, в резултат на закона на Фарадей, плътността на потока вероятно ще се окаже 1kG, а резултантното намаляване на ядрото ще бъде приблизително 300mW / cm3.

Стандартните феритни силови трансформатори имат ограничени загуби в сърцевината, вариращи от 50 до 200mW / cm3. Планарните модели могат да работят много по-напористо, до 600 mW / cm3, поради по-изгодното разсейване на мощността и значително по-малко мед в намотките.

СХЕМИ Категории

Редица основни обратни връзки за няколко вериги са: Издърпващата верига е ефективна, тъй като устройството причинява двупосочно използване на ядро ​​на трансформатора, представяйки изход с намалена пулсация. Въпреки това, веригата е изключително сложна и насищането на сърцевината на трансформатора може да доведе до повреда на транзистора, когато силовите транзистори носят неравномерни превключващи свойства.

Веригите за подаване напред са по-евтини, като се прилага само един транзистор. Пулсациите са минимални поради факта, че очевидно стабилно състояние на тока протича в трансформатора, независимо дали транзисторът е включен или изключен. Обратната верига е ясна и достъпна. Освен това проблемите с EMI са значително по-малко. Независимо от това, трансформаторът е по-голям и пулсациите са по-значителни.

ТЪКВАЩ ДЪРЖАЩ КРУГ

Конвенционална схема за издърпване е представена на фигура 2А. Захранващото напрежение е изходът на IC мрежа или часовник, който осцилира транзисторите последователно ВКЛ. И ИЗКЛ. Високочестотните квадратни вълни на изхода на транзистора в крайна сметка се усъвършенстват, генерирайки постоянен ток.

ЯДРО В СЪДЪРЖАНЕ НА ТЪРСЕНЕ

За феритни трансформатори при 20 kHz обикновено е добре познат процес да се използва уравнение (4) с ниво на плътност на потока (B) от ± 2 kG макс.

Това може да се направи от цветния участък на хистерезисната верига на фигура 2Б. Тази степен B се избира главно защото ограничителният аспект при избора на ядро ​​с тази честота е загубата на ядрото.

При 20 kHz, ако трансформаторът е идеален за плътност на потока около насищането (както се извършва при по-малки честотни схеми), сърцевината ще получи неконтролиран скок на температурата.

Поради тази причина, по-малката плътност на работния поток от 2 kG в повечето случаи ще ограничи загубите в сърцевината, като следователно ще помогне за повишаване на температурата в сърцевината на достъпна цена.

Над 20 kHz загубите на ядрото се максимизират. За да се изпълни SPS при повишени честоти, е важно да се изпълнят скоростите на основния поток, по-малки от ± 2 kg. Фигура 3 показва намаляването на нивата на потока за MAGNETICS “P” феритен материал, жизненоважен за допринасяне на постоянни загуби в сърцевината от 100mW / cm3 при многобройни честоти, с оптимален скок на температурата от 25 ° C.

В схемата за подаване напред, представена на фигура 4А, трансформаторът изпълнява в 1-ви квадрант на хистерезисната верига. (Фигура 4В).

Униполярните импулси, приложени към полупроводниковото устройство, водят до захранване на ядрото на трансформатора от неговата BR стойност в близост до насищане. Тъй като импулсите са намалени до нула, ядрото се връща към своята BR скорост.

За да може да се поддържа превъзходна ефективност, първичната индуктивност се поддържа висока, за да помогне за намаляване на тока на намагнитване и намаляване на изтеглянията на проводниците. Това означава, че сърцевината трябва да има нула или минимум отвор за въздушен поток.