Vodič za izbiro materiala feritnega jedra za SMPS

V tej objavi se naučimo, kako izbrati material iz feritnega jedra s pravilnimi specifikacijami za zagotovitev ustrezne združljivosti z dano zasnovo vezja SMPS

Zakaj feritno jedro

Ferit je čudovita jedrna snov za transformatorje , pretvorniki in induktorji v frekvenčnem spektru od 20 kHz do 3 MHz zaradi prednosti zmanjšanih stroškov jedra in minimalnih izgub jedra.

Ferit je učinkovit material za visokofrekvenčne (20 kHz do 3 MHz) pretvornike.

Ferite je treba uporabiti v nasičevalnem pristopu za nizkofrekvenčno delovanje (<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 transformatorja zagotavlja izjemno učinkovitost, izjemno trajno frekvenčno vzdržljivost in minimalne preklopne moči.

Feritna jedra se pogosto uporabljajo v različicah transformatorjev, ki letijo nazaj , ki zagotavljajo minimalne stroške jedra, znižane stroške vezja in najvišjo učinkovitost napetosti. Jedra v prahu (MPP, High Flux, Kool Mμ®) proizvajajo mehkejšo nasičenost, večji Bmax in ugodnejšo konstantnost temperature in so pogosto najprimernejša možnost pri številnih povratnih uporabah ali induktorjih.

Visokofrekvenčni napajalniki, bodisi pretvorniki in pretvorniki, predlagajo nižjo ceno ter manjšo težo in strukturo v primerjavi s tradicionalnimi možnostmi napajanja 60 hercev in 400 hercev.

Več jeder v tem posebnem segmentu je tipičnih modelov, ki se pogosto uporabljajo v stroki.

OSNOVNI MATERIALI

Materiali F, P in R, ki olajšajo minimalne pomanjkljivosti jedra in največjo gostoto nasičenega toka, so priporočljivi za funkcionalnost visoke moči / visoke temperature. Primanjkljaji sredice P materiala se s temperaturo do 70 ° C zmanjšajo. Izgube materiala R se zmanjšajo na kar 100 ° C.

Materiali J in W vam zagotavljajo vrhunsko impedanco za široke transformatorje, zaradi česar so priporočljivi tudi za nizkonapetostne transformatorje.

OSNOVNE GEOMETRIJE

1) LAHKO BARVE

Jedra loncev so narejena tako, da v bistvu obkrožijo klekljanje rane. To olajša zaščito tuljave pred izbiro EMI od zunanjih alternativ.

Razmerja jedra loncev se v veliki meri držijo specifikacij IEC, da se zagotovi medsebojna zamenljivost med podjetji. Tako navadne kot tudi tiskane vezice so
na trgu, kot tudi strojna oprema za montažo in montažo.

Zaradi svoje postavitve je jedro lonca običajno dražje jedro v primerjavi z različnimi formati podobne velikosti. Jedra za večje napajanje niso lahko dostopna.

2) Dvojna jedra za ploščo in ploščo

Trdna sredinska jedra na strani plošče so podobna jedrom loncev, vendar imajo odsek na obeh delih krila čim manjši. Znatni vhodi omogočajo namestitev večjih žic in prispevajo k odvajanju toplote iz naprave.

RM barve so podobni jedrom loncev, vendar so zasnovani tako, da skrajšajo površino tiskanih plošč, kar zagotavlja najmanj 40% zmanjšanje prostora za namestitev.

Na voljo so tiskane vezje ali navadne kleklje. Naravnostne enote 1 objemke omogočajo enostavno izdelavo. Nižji obris je dosegljiv.

Robustni srednji del prinaša manj izgube jedra, kar posledično odpravlja kopičenje toplote.

3) EP CORES

EP jedra so krožne kubične izvedbe s središčnimi stebrički, ki tuljavo temeljito obkrožajo, razen sponk tiskanega vezja. Specifičen videz odpravlja vpliv razpok zračnega toka, ki se nahajajo na parnih stenah v magnetni stezi, in daje pomembnejše razmerje prostornine do absolutne uporabljene površine. Zaščita pred RF je precej dobra.

4) PQ BARVE

Jedra PQ so namenjena izrazito napajalnikom s preklopnim načinom. Postavitev omogoča maksimalno razmerje med razsutem stanju in območjem navijanja ter površino.

Zato sta z absolutno najmanjšo dimenzijo jedra dosegljivi tako optimalna induktivnost kot površina navijanja.

Zaradi tega jedra omogočajo optimalno izhodno moč z najmanj sestavljeno maso in dimenzijo transformatorja, hkrati pa zasedajo najmanjšo raven prostora na tiskanem vezju.

Namestitev s klekljami s tiskanim vezjem in eno bitnimi objemkami je enostavna. Ta ekonomičen model zagotavlja veliko bolj homogen prerez, zato jedra pogosto delajo z manjšo količino vročih položajev v primerjavi z različnimi postavitvami.

5) IN BARVE

E jedra so cenejša od jeder loncev, medtem ko imajo vidike naravnost navitja klekljanja in nezapletenega sestavljanja. Navijanje prekatov je dosegljivo za kleklje, ki se uporabljajo z uporabo teh jeder.

E jedra nikoli, vseeno, niso samozaščitna. Postavitve velikosti E za laminiranje so namenjene namestitvi komercialno dostopnih klekljev v preteklih časih, namenjenih prilagoditvi žigosanja trakov običajnih meritev laminiranja.

Metrična in DIN velikosti lahko tudi najdete. E-jedra so običajno vgrajena v različno doslednost in zagotavljajo različna območja prečnega prereza. Kleti za ta različna območja prečnega prereza so ponavadi komercialno dostopni.

E-jedra so običajno nameščena v edinstvenih usmeritvah, v primeru, da je to prednost, dodeli lowprofile.
Za nizko profilno pritrditev lahko najdete navitja s tiskanim vezjem.

E-jedra so dobro znani modeli zaradi njihove ugodnejše stopnje, udobja pri sestavljanju in navijanju ter organizirane razširjenosti različnih strojnih izdelkov.

6) PLANAR IN BARVE

Jedra Planar E lahko najdemo v skoraj vseh običajnih meritvah IEC, skupaj z več dodatnimi zmogljivostmi.

Material Magnetics R je brezhibno usklajen z ravninskimi oblikami zaradi zmanjšanih izgub jedra izmeničnega toka in minimalnih izgub pri 100 ° C.

Ravne postavitve imajo v večini primerov nizko število obratov in prijetno toplotno odvajanje v primerjavi s standardnimi feritnimi transformatorji, zato idealne zasnove prostora in učinkovitosti vodijo do večje gostote pretoka. V teh različicah je splošna prednost zmogljivosti materiala R v glavnem precej opazna.

Razpon nog in višina okna (razmerja B in D) sta prilagodljiva za posamezne namene brez novega orodja. To omogoča razvijalcu, da natančno prilagodi dokončane specifikacije jedra, da se natančno prilegajo ravninski nadmorski višini vodnika, pri čemer mu primanjkuje prostora.

Posnetki in reže za sponke so na voljo v številnih primerih, kar bi lahko bilo posebej učinkovito za izdelavo prototipov. Poleg tega so I-jedra predlagani standard, ki omogoča še večjo prilagodljivost postavitve.

E-I ravninski vzorci pridejo v poštev, da omogočijo učinkovito mešanje obrazov pri veliki proizvodnji v razsutem stanju, pa tudi za ustvarjanje presledkov z jedrom induktorja, pri čemer je treba zaradi ravninske strukture temeljito upoštevati obrobne črte.

7) EC, ETD, EER IN ER CORES

Te vrste vzorcev so mešanica med jedri E in jedri loncev. Tako kot jedra E zagotavljajo ogromno vrzel na obeh straneh. To omogoča zadovoljiv prostor za žice večje velikosti, potrebne za napajalnike z vklopljenim načinom z zmanjšano izhodno napetostjo.

Poleg tega zagotavlja kroženje zraka, ki ohranja gradnjo hladnejšo.

Srednji del je krožen, zelo podoben jedru lonca. Eden od pozitivnih vidikov krožnega osrednjega stebra je, da je navitje okrog njega manjše (11% hitrejše) v primerjavi z žico okoli kvadratnega osrednjega stebra z zelo enako površino prečnega prereza.

To zmanjša izgube navitij za 11% in tudi jedru omogoči, da se spopade z izboljšano izhodno sposobnostjo. Krožni osrednji steber dodatno zmanjša konico v bakru, ki se previja z navijanjem na kvadratnem osrednjem stebru.

8) TOROIDI

Toroidi so posledično stroškovno učinkoviti, zato so najcenejši od najpomembnejših jedrnih oblik. Ker nobena kleklja ni potrebna, sta dodatna oprema in polnjenje zanemarljiva.

Navijanje je končano na toroidalni opremi za navijanje. Atribut zaščite je zelo dober.

Pregled

Feritne geometrije vam ponujajo veliko izbiro velikosti in stilov. Pri izbiri jedra za uporabo napajalnikov je treba oceniti specifikacije, prikazane v tabeli 1.

IZBIRA OSNOVNE VELIKOSTI TRANSFORMATORJA

Zmogljivost obdelave moči na jedru transformatorja je običajno odvisna od njegovega izdelka WaAc, v katerem je Wa ponujen jedrni okenski prostor, Ac pa uporaben prostor prečnega prereza jedra.

Medtem ko zgornja enačba omogoča spreminjanje WaAc glede na določeno geometrijo jedra, Pressmanova tehnika izkorišča topologijo kot temeljni dejavnik in proizvajalcu omogoča, da določi gostoto toka.

SPLOŠNE INFORMACIJE

Popoln transformator je tisti, ki obljublja minimalno upadanje jedra in hkrati zahteva najmanjšo prostornino prostora.

Na izgubo jedra v določenem jedru posebej vpliva gostota pretoka skupaj s frekvenco. Frekvenca je ključnega pomena za transformator. Faradayev zakon kaže, da se s pospeševanjem frekvence gostota pretoka ustrezno zmanjša.

Osnovni izgubljeni posli se veliko bolj zmanjšajo, če gostota pretoka pade v primerjavi s povečanjem frekvence. Za ponazoritev bi bilo, če bi transformator deloval pri 250 kHz in 2 kG na materialu R pri 100 ° C, okvare jedra verjetno okoli 400 mW / cm3.

Če bi frekvenco naredili dvakrat in večino drugih omejitev neokrnjene, bi se po Faradayevem zakonu gostota pretoka verjetno izkazala za 1kG, posledični izpad pa bi bil približno 300mW / cm3.

Standardni feritni transformatorji imajo omejeno izgubo jedra v razponu od 50 do 200 mW / cm3. Ravni modeli bi lahko delovali veliko bolj odločno, do 600 mW / cm3, zaradi ugodnejšega odvajanja moči in bistveno manj bakra v navitjih.

Kategorije vezja

Številne osnovne povratne informacije o več vezjih so: Potisno vezje je učinkovito, saj naprava povzroča dvosmerno uporabo jedra transformatorja in predstavlja izhod z zmanjšanim valovanjem. Kljub temu so vezja izjemno dovršena in nasičenost jedra transformatorja lahko povzroči propad tranzistorja, če imajo močnostni tranzistorji neenakomerne preklopne lastnosti.

Napajalna vezja so cenejša, če uporabite samo en tranzistor. Valovanje je minimalno, ker v transformatorju teče navidezno stabilno stanje toka, ne glede na to, ali je tranzistor vklopljen ali izklopljen. Povratno vezje je enostavno in cenovno ugodno. Poleg tega je težav z EMI precej manj. Kljub temu je transformator večji, valovanje pa bolj pomembno.

VLEČNO VLEČNI KROG

Na sliki 2A je predstavljeno običajno potisno vezje. Napajalna napetost je izhod omrežja IC ali ure, ki nihajo tranzistorje izmenično ON in OFF. Visokofrekvenčni kvadratni valovi na izhodu tranzistorja se sčasoma izboljšajo in tvorijo enosmerni tok.

Jedro v potisnem vezju

Za feritne transformatorje pri 20 kHz je običajno znan postopek, da se uporabi enačba (4) s stopnjo gostote pretoka (B) največ 2 kG.

To lahko nariše barvni odsek zanke za histerezo na sliki 2B. Ta stopnja B je izbrana predvsem zato, ker je omejevalni vidik izbire jedra s to frekvenco izguba jedra.

Če je transformator idealen za gostoto pretoka okoli nasičenja (kot pri manjših frekvenčnih postavitvah) pri 20 kHz, bo jedro dobilo nenadzorovan temperaturni val.

Iz tega razloga bo manjša gostota delovnega pretoka 2 kG v večini primerov omejila izgube jedra, kar bo prispevalo k cenovno ugodnemu povečanju temperature v jedru.

Nad 20 kHz izgube v jedru maksimirajo. Za izvajanje SPS pri povišanih frekvencah je pomembno, da se izvede pretok jedra manjši od ± 2 kg. Na sliki 3 je prikazan padec nivoja pretoka za feritni material MAGNETICS “P”, ki je bistvenega pomena za konstantne izgube jedra 100 mW / cm3 pri številnih frekvencah z optimalnim temperaturnim vzponom 25 ° C.

V vezju za naprej, prikazano na sliki 4A, se transformator izvaja v 1. kvadrantu zanke histereze. (Slika 4B).

Unipolarni impulzi, ki se izvajajo na polprevodniški napravi, povzročajo, da se transformatorsko jedro napaja iz vrednosti BR blizu nasičenosti. Ko se impulzi zmanjšajo na nič, se jedro vrne na hitrost BR.

Da bi lahko ohranili vrhunsko učinkovitost, se primarna induktivnost ohranja na visoki ravni, da pomaga zmanjšati tok magnetizacije in zmanjša vlečenje žic. To pomeni, da mora imeti jedro nič ali najmanjši minimum odprtine za pretok zraka.