Ferriittisydämen materiaalin valintaopas SMPS: lle

Tässä viestissä opimme kuinka valita ferriittisydämen materiaali oikeilla spesifikaatioilla, jotta varmistetaan asianmukainen yhteensopivuus tietyn SMPS-piirirakenteen kanssa

Miksi ferriittisydän

Ferriitti on ihana ydinainetta muuntajille , vaihtosuuntaajat ja induktorit taajuusspektrissä 20 kHz - 3 MHz johtuen pienempien ydinkustannusten ja minimaalisten ydintuhohteiden eduista.

Ferriitti on tehokas tavara suurtaajuuksisille (20 kHz - 3 MHz) invertterivirtalähteille.

Ferriittejä tulisi käyttää kyllästysmenetelmässä pienitehoisen ja matalataajuisen toiminnan kannalta (<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.

2-muuntajan malli tarjoaa erinomaisen hyötysuhteen, fantastisen taajuuden kestävyyden ja minimaaliset kytkentävedot.

Ferriittisydämiä käytetään yleisesti flyback-muuntajan versioissa , jotka tarjoavat minimaaliset ydinkustannukset, pienemmät piirikustannukset ja huippujännitetehokkuuden. Jauhesydämet (MPP, High Flux, Kool Mμ®) tuottavat pehmeämmän kylläisyyden, suuremman Bmax-arvon ja edullisemman lämpötilavakauden, ja ne ovat usein edullinen vaihtoehto useissa flyback-käyttötavoissa tai induktoreissa.

Suurtaajuiset virtalähteet, joko taajuusmuuttajat ja muuntimet, tarjoavat edullisemman hinnan ja pienemmän painon ja rakenteen verrattuna perinteisiin 60 ja 400 hertsin tehovaihtoehtoihin.

Useat tämän ytimen ytimet ovat tyypillisiä malleja, joita käytetään usein ammatissa.

YDINMATERIAALIT

F-, P- ja R-materiaaleja, jotka helpottavat minimaalisia ytimen haittoja ja maksimaalista kyllästysvirtaustiheyttä, suositellaan suuritehoisen / korkean lämpötilan toiminnallisuuteen. P-materiaalisydämen vaje putoaa lämpötilan ollessa jopa 70 ° C. R-materiaalihäviöt laskevat jopa 100 ° C: seen.

J- ja W-materiaalit tarjoavat erinomaisen impedanssin leveille muuntajille, minkä vuoksi niitä suositellaan myös matalan tason muuntajille.

Ydingeometriat

1) VOIVAT VÄRIT

Pottiytimiä valmistetaan melkein ympäröimään haavan puola. Tämä helpottaa kelan suojaamista EMI: n poimimiselle ulkopuolisista vaihtoehdoista.

Potin ytimen mittasuhteet pysyvät melkein kaikki kiinni IEC-spesifikaatioista varmistaakseen, että yritysten välillä on vaihdettavuutta. Sekä tavalliset että painetut piirit ovat
markkinoilla, samoin kuin asennus- ja asennustarvikkeet.

Asettelunsa vuoksi potin ydin on yleensä kalliimpi ydin verrattuna erilaisiin analogisen koon muotoihin. Merkittäviä sähkökäyttöisiä pottiytimiä ei ole helposti saatavilla.

2) KAKSOISLAATAT JA RM-YDIN

Levynpuoleiset kiinteät keskipylvässydämet ovat samanlaisia ​​kuin ruukkuytimet, mutta silti niillä on segmentti, joka minimoidaan hameen kummassakin osassa. Huomattavat sisäänkäynnit mahdollistavat isojen johtojen asettamisen ja auttavat poistamaan lämmön asennuksesta.

RM-värit ovat samanlaisia ​​kuin pottiytimet, mutta ne on kuitenkin suunniteltu rajoittamaan piirilevyn pintaa, mikä vähentää asennustilaa vähintään 40%.

Painetut piirit tai tavalliset puolat ovat saatavissa. Yksinkertaiset 1 yksikön kiinnittimet mahdollistavat vaivattoman rakentamisen. Alempi ääriviiva on saavutettavissa.

Tukeva keskikappale tuottaa vähemmän ydinhäviöitä, mikä puolestaan ​​eliminoi lämmön kertymisen.

3) EP CORES

EP-ytimet ovat pyöreitä keskikohdan kuutiomaisia ​​muotoiluja, jotka ympäröivät kelaa perusteellisesti lukuun ottamatta piirilevyn liittimiä. Erityinen ulkonäkö eliminoi ilmavirtauksen rakojen vaikutuksen, joka muodostuu magneettiradan seinämiin ja antaa sinulle merkittävämmän tilavuussuhteen käytettyyn absoluuttiseen pinta-alaan. Suojaaminen radiotaajuuksilta on melko hienoa.

4) PQ-VÄRIT

PQ-ytimet on tarkoitettu selkeästi kytketyn tilan virtalähteille. Asettelu mahdollistaa maksimoidun irtotavaran käämitysalueelle ja pinta-alalle.

Siksi sekä optimaalinen induktanssi että käämityspinta ovat saavutettavissa absoluuttisella minimimitalla.

Tämän seurauksena ytimillä saavutetaan optimaalinen lähtöteho, kun muuntajan massa ja mitat ovat vähiten kootut, ja ne vievät vähimmäistilan painotetulla piirilevyllä.

Asennus painettujen piirien puoloilla ja yhden bitin kiinnikkeillä on helppoa. Tämä taloudellinen malli takaa paljon homogeenisemman poikkileikkauksen, minkä vuoksi ytimet toimivat usein pienemmällä määrällä kuumia paikkoja verrattuna erilaisiin asetteluihin.

5) JA VÄRIT

E-ytimet ovat halvempia kuin ruukkuytimet, mutta niillä on suoraviivainen puolan käämitys ja mutkaton kokoonpano. Jenginkäämitys on saavutettavissa puolilla, jotka otetaan käyttöön näiden ytimien avulla.

E-ytimet eivät koskaan, kaikki samat, esitä itsesuojaa. Laminointikoko E -asettelut on suunniteltu kaupallisesti saatavilla olevien puolojen sijoittamiseen aikaisempina aikoina, joiden on tarkoitus mukauttaa tavallisten laminointimittausten nauhaleimat.

Metrinen ja DIN-koot löytyy myös. E-ytimet on tyypillisesti upotettu erilaiseen sakeuteen, mikä tarjoaa erilaisia ​​poikkileikkauksia. Näiden eri poikkileikkausalojen puolat ovat yleensä kaupallisesti saatavilla.

E-ytimet asennetaan tyypillisesti ainutlaatuisiin suuntiin, jos se on edullista, anna matala profiili.
Painettujen piirien puolat löytyvät matalaprofiiliseen kiinnitykseen.

E-ytimet ovat tunnettuja malleja niiden edullisemman hinnan, kokoonpanon ja käämityksen mukavuuden sekä laitteistovalikoiman järjestäytyneen esiintyvyyden vuoksi.

6) TASO JA VÄRIT

Tasomaiset E-ytimet löytyvät käytännöllisesti katsoen kaikista IEC: n tavanomaisista mittauksista sekä useista lisäkapasiteeteista.

Magnetics R -materiaali sovitetaan moitteettomasti tasomaisiin muotoihin johtuen pienemmistä vaihtovirtaytimen häviöistä ja minimaalisista häviöistä 100 ° C: ssa.

Tasomaisilla asetteluilla on useimmissa tapauksissa pieni kierrosluku ja miellyttävä lämpöhäviö verrattuna tavallisiin ferriittimuuntajiin, ja tästä syystä ihanteelliset tilan ja tehokkuuden mallit johtavat lisääntyneisiin vuon tiheyksiin. Näissä muunnelmissa R-materiaalin yleinen suorituskykyetu on pääasiassa varsin merkittävä.

Jalkojen väli ja ikkunan korkeus (B- ja D-osuudet) ovat joustavia yksittäisiin tarkoituksiin ilman uusia työkaluja. Tämä antaa kehittäjälle mahdollisuuden hienosäätää viimeisteltyjä ydinspesifikaatioita sopimaan tarkasti tasomaisen johtimen pinon korkeuteen ilman, että kuluttaisi tilaa.

Leikkeitä ja leikkipaikkoja tarjotaan monissa tapauksissa, jotka voivat olla erityisen tehokkaita prototyyppien valmistuksessa. I-ytimet ovat lisäksi ehdotettuja standardeja, jotka mahdollistavat vielä suuremman sopeutumiskyvyn asetteluissa.

E-I-tasomallit ovat käteviä tehokkaan kasvojen sekoittamisen mahdollistamiseksi suuressa irtotuotannossa sekä aukkojen muodostavien induktorisydämen luomiseksi, jolloin reunanostot on otettava perusteellisesti huomioon tasomaisen rakenteen vuoksi.

7) EY-, ETD-, EER- JA ER-YDIN

Tämäntyyppiset kuviot ovat sekoitus E-ytimiä ja ruukun ytimiä. E-ytimien tavoin ne tuottavat valtavan aukon molemmille puolille. Tämä mahdollistaa tyydyttävän tilan suuremmille johdoille, jotka ovat välttämättömiä pienennetylle lähtöjännitteelle kytketyssä tilassa.

Sen lisäksi se takaa ilmankierron, joka pitää rakenteen kylmempänä.

Keskikappale on pyöreä, hyvin samanlainen kuin potin ydin. Yksi pyöreän keskipylvään positiivisista näkökohdista on, että käämin ympärillä on pienempi kulkujakso (11% nopeammin) verrattuna neliön tyyppisen keskipylvään ympärillä olevaan lankaan, jolla on hyvin sama poikkileikkausala.

Tämä vähentää käämien häviöitä 11% ja mahdollistaa myös ytimen selviytymisen parantuneesta lähtötehosta. Pyöreä keskipylväs minimoi lisäksi kuparin piikitetyn taittumisen, joka esiintyy käämityksellä neliön tyyppisessä keskipylväässä.

8) Toroidit

Toroidit ovat kustannustehokkaita valmistaa, joten ne ovat edullisimpia tärkeimmistä ydinmalleista. Koska puolaa ei tarvita, lisävaruste ja maksujen asettaminen ovat vähäisiä.

Käämitys on suoritettu toroidimikäämityslaitteilla. Suojausominaisuus on kaunis ääni.

Yleiskatsaus

Ferrite-geometriat tarjoavat sinulle valtavan valikoiman kokoja ja tyylejä. Kun valitaan ydin virtalähteen käyttöä varten, on arvioitava taulukossa 1 esitetyt ominaisuudet.

Muuntajan ytimen koon valinta

Muuntajan ytimen tehonkäsittelyominaisuus riippuu yleensä sen WaAc-tuotteesta, jossa Wa on tarjottu ydinikkunatila ja Ac on hyödyllinen ytimen poikkileikkaustila.

Vaikka yllä oleva yhtälö mahdollistaa WaAc: n muokkaamisen ytimen geometrian mukaan, Pressman-tekniikka hyödyntää topologiaa perustekijänä ja antaa valmistajan määrittää virrantiheyden.

YLEISTÄ TIETOA

Täydellinen muuntaja on vain sellainen, joka lupaa minimaalisen ytimen vähenemisen ja vaatii samalla vähiten tilaa.

Ytimen häviöön tietyssä ytimessä vaikuttaa erityisesti vuon tiheys ja taajuus. Taajuus on ratkaiseva tekijä muuntajan suhteen. Faradayn laki osoittaa, että kun taajuus nopeutuu, vuon tiheys pienenee vastaavasti.

Ydinhäviökaupat vähentävät paljon enemmän siinä tapauksessa, että vuon tiheys laskee verrattuna taajuuden kasvuun. Esimerkiksi, kun muuntajaa käytetään 250 kHz: n taajuudella ja 2 kG R-materiaalilla 100 ° C: ssa, sydämen viat olisivat todennäköisesti noin 400 mW / cm3.

Jos taajuus tehtiin kahdesti ja suurin osa muista rajoituksista vahingoittumattomana, Faradayn lain seurauksena vuon tiheys osoittautuisi todennäköisesti 1 kg: ksi ja tuloksena olevat ytimen nostot olisivat suunnilleen 300 mW / cm3.

Vakiomuotoisilla ferriittimuuntajilla on sydämen häviörajoituksia, jotka vaihtelevat välillä 50-200 mW / cm3. Tasomalleja voitaisiin käyttää paljon varmemmin, jopa 600 mW / cm3, edullisemman tehohäviön ja huomattavasti vähemmän kuparia käämeissä johtuen.

CIRCUIT-luokat

Useita perustietoja useista piireistä ovat: Push-pull-piiri on tehokas, koska laite aiheuttaa muuntajan ytimen kaksisuuntaisen käytön, jolloin lähtö on pienempi aaltoilu. Tästä huolimatta piirit ovat erityisen kehittyneitä, ja muuntajan ytimen kylläisyys voi johtaa transistorin hajoamiseen, kun tehotransistoreilla on eriarvoiset kytkentäominaisuudet.

Syöttö eteenpäin -piirit ovat halvempia, kun käytetään vain yhtä transistoria. Ripple on vähäinen, koska näennäisesti vakaa tilavirta virtaa muuntajassa riippumatta siitä, onko transistori päällä tai pois päältä. Paluupiiri on yksinkertainen ja edullinen. Lisäksi EMI-kysymyksiä on huomattavasti vähemmän. Tästä huolimatta muuntaja on suurempi ja aaltoilu on merkittävämpi.

PUSH-PULL-VIRTA

Tavanomainen työntöpiiri on esitetty kuvassa 2A. Syöttöjännite on IC-verkon tai kellon lähtö, joka värisee transistoreita vuorotellen PÄÄLLÄ ja POIS. Transistorin ulostulon suurtaajuiset neliöaallot puhdistetaan lopulta tasavirraksi.

YDIN PUSH-PULL-VIRRASSA

Ferriittimuuntajille, 20 kHz: n taajuudella, on yleensä hyvin tunnettua menetelmää käyttää yhtälöä (4), jonka vuon tiheys (B) on korkeintaan ± 2 kG.

Tämä voidaan piirtää kuvion 2B hystereesisilmukan värillisellä osalla. Tämä B-aste valitaan pääasiassa siksi, että tällä taajuudella varustetun ytimen valintaa rajoittava näkökohta on ytimen menetys.

Jos muuntaja on 20 kHz: ssä ihanteellinen kylläisyyden ympärillä tapahtuvalle vuon tiheydelle (kuten pienemmille taajuuksille), ydin saa hallitsemattoman lämpötilan nousun.

Tästä syystä pienempi 2 kG: n toimintavirta-tiheys rajoittaa useimmissa tapauksissa ydinhäviöitä, mikä auttaa kohtuullisen lämpötilan nousua ytimessä.

Yli 20 kHz: n ytimen häviöt maksimoivat. SPS: n suorittaminen korotetuilla taajuuksilla on tärkeää, että ytimen virtausnopeudet ovat alle ± 2 kg. Kuvassa 3 on esitetty MAGNETICS “P” -ferriittimateriaalin vuotasojen lasku, joka on välttämätöntä jatkuvien 100 mW / cm3 -ydinhäviöiden aikaansaamiseksi lukuisilla taajuuksilla, optimaalisen lämpötilan nousun ollessa 25 ° C.

Kuvassa 4A esitetyssä eteenpäin suuntautuvassa piirissä muuntaja suorittaa hystereesisilmukan 1. kvadrantissa. (Kuva 4B).

Puolijohdelaitteelle toteutetut unipolaariset pulssit saavat aikaan muuntajan sydämen virran sen kylläisyydestä lähellä olevasta BR-arvosta. Kun pulssit pienennetään nollaan, ydin palaa BR-nopeuteensa.

Ylivoimaisen hyötysuhteen ylläpitämiseksi ensisijainen induktanssi pidetään korkealla magneettivirran vähentämiseksi ja langan vetojen vähentämiseksi. Tämä tarkoittaa, että ytimessä on oltava nolla tai minimaalinen ilmavirta-aukko.