Ferrite Core Material Selection Guide for SMPS

I dette innlegget lærer vi hvordan vi velger ferrittkjernemateriale med riktige spesifikasjoner for å sikre riktig kompatibilitet med en gitt SMPS-kretsdesign

Hvorfor ferrittkjerne

Ferrit er et fantastisk kjernestoff for transformatorer , omformere og induktorer i frekvensspektret 20 kHz til 3 MHz, på grunn av fordelene med reduserte kjernekostnader og minimale kjernetap.

Ferrit er en effektiv ting for høyfrekvente (20 kHz til 3 MHz) inverterstrømforsyninger.

Ferritter bør brukes i den mettende tilnærmingen for lav effekt, lavfrekvent funksjon (<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-transformatormodellen gir ekstraordinær effektivitet, fantastisk frekvensholdbarhet og minimale byttefordeler.

Ferritkjerner brukes ofte i versjoner med tilbakekoblingstransformatorer , som gir minimale kjernekostnader, reduserte kretsutgifter og topp spenningseffektivitet. Pulverkjerner (MPP, High Flux, Kool Mμ®) produserer mykere metning, større Bmax og mer fordelaktig temperaturbestandighet og er ofte det foretrukne alternativet i en rekke tilbakebetalingsbruk eller induktorer.

Høyfrekvente strømforsyninger, enten omformere og omformere, foreslår billigere pris og redusert vekt og struktur sammenlignet med tradisjonelle 60 Hz og 400 hertz strømalternativer.

Flere kjerner i dette spesifikke segmentet er typiske design som ofte brukes i yrket.

KJERNE MATERIALER

F-, P- og R-materialer, som muliggjør minimale kjerneulemper og maksimal metningstrømstetthet, anbefales for funksjonalitet med høy effekt / høy temperatur. P-materialkjernedefisjoner faller med temperatur opp til 70 ° C R materialetap synker til så mye som 100 ° C.

J- og W-materialene gir deg overlegen impedans for brede transformatorer, noe som gjør dem også anbefalt for lavt nivå transformatorer.

KJERNEMETRIER

1) KANNE FARGER

Pot Cores, er produsert for å omslutte sårspolen ganske mye. Dette gjør det lettere å beskytte spolen mot å plukke EMI fra alternativer utenfor.

Potens kjerne proporsjoner holder seg stort sett til IEC spesifikasjoner for å sikre at det eksisterer utveksling mellom selskaper. Både de vanlige og trykte kretsrullene er
på markedet, det samme gjelder monterings- og monteringsutstyr.

På grunn av utformingen er kjernekjernen vanligvis en dyrere kjerne sammenlignet med forskjellige formater av analog størrelse. Grytekjerner for kraftige formål er ikke lett tilgjengelige.

2) DOBBELT SLAB OG RM-KJERNER

Platesidige solide midtstolpekjerner ligner pottekjerner, men har likevel et segment som minimerer av på begge deler av skjørtet. Betydelige innganger gjør det mulig å legge inn større ledninger og bidrar til å eliminere varmen fra oppsettet.

RM farger ligner på kjernekjerner, men er utformet for å begrense PCB-området, noe som gir minimum 40% reduksjon i installasjonsområdet.

Trykt krets eller vanlige spoler er tilgjengelig. Lette 1-enhetsklemmer muliggjør problemfri konstruksjon. Lavere disposisjon er oppnåelig.

Det robuste midtstykket gir mindre kjernetap som igjen eliminerer varmeakkumulering.

3) EP-KJERNER

EP-kjerner er sirkulære senter-post kubiske design som omgir spolen grundig med unntak av kretskortterminalene. Det spesifikke utseendet eliminerer innflytelsen fra luftstrømssprekker som er etablert ved sammenkoblede vegger i det magnetiske sporet, og gir deg et mer betydelig volumforhold til absolutt brukt område. Å beskytte mot RF er ganske bra.

4) PQ FARGER

PQ-kjerner er ment utpreget for strømforsyninger i byttet modus. Oppsettet muliggjør et maksimalt forhold mellom bulk og svingete område og overflate.

Derfor er både optimal induktans og viklingsoverflate oppnåelig med absolutt minimum kjernedimensjon.

Kjernene som et resultat gir optimal effekt med den minste monterte transformatormassen og dimensjonen, sammen med å oppta et minimumsnivå på kretskortet.

Det er enkelt å sette opp med kretsspoler og en-bit klemmer. Denne økonomiske modellen sikrer mye mer homogent tverrsnitt, derfor fungerer kjerner ofte med en mindre mengde varme posisjoner sammenlignet med forskjellige oppsett.

5) OG FARGER

E-kjerner er billigere enn grytekjerner, mens de har aspektene av rett spolevikling og ukomplisert montering. Gangvikling er oppnåelig for spolene som tas i bruk ved hjelp av disse kjernene.

E-kjerner presenterer aldri, selv, skjerming. Oppsett av lamineringsstørrelse E er designet for å imøtekomme kommersielt tilgjengelige spoler i tidligere tider som er ment å samsvare med stripestemplingene til vanlige lamineringsmålinger.

Metrisk og DIN-størrelser kan også bli funnet. E-kjerner er vanligvis innebygd i forskjellige konsistenser, og gir en rekke tverrsnittsområder. Spoler for disse forskjellige tverrsnittsområdene har en tendens til å være tilgjengelig kommersielt.

E-kjerner er vanligvis installert i unike retninger, i tilfelle foretrukket, gir en lavprofil.
Spoler med trykte kretser finner du for fiksering med lav profil.

E-kjerner er velkjente design på grunn av rimeligere pris, montering og vikling, og den organiserte utbredelsen av et utvalg av maskinvare.

6) PLANAR OG FARGER

Planar E-kjerner finnes i praktisk talt alle IEC-konvensjonelle målinger, sammen med flere tilleggskapasiteter.

Magnetics R-materiale blir perfekt matchet med plane former på grunn av reduserte vekselstrømskjerne tap og minimale tap ved 100 ° C.

Planoppsett har i de fleste tilfeller lave svingtall og behagelig termisk spredning i motsetning til standard ferrittransformatorer, og av den grunn fører de ideelle designene for plass og effektivitet til økt flytdensitet. I disse variasjonene er den generelle ytelsesfordelen til R-materiale i prinsippet ganske bemerkelsesverdig.

Benspenn og vindushøyde (proporsjoner B og D) er fleksible for individuelle formål uten nytt verktøy. Dette gjør det mulig for utvikleren å finjustere de endelige kjernespesifikasjonene for å passe nøyaktig med den plane lederhøyden, uten manglende plass.

Klipp og klipspor tilbys i mange tilfeller, som kan være spesielt effektive for prototyping. I-kjerner er videre foreslått standard, noe som gir enda mer tilpasningsevne i layout.

E-I planmønstre er nyttige for å muliggjøre effektiv ansiktsblanding i høy bulkproduksjon, samt for å skape spaltekjerner med hull, hvorved frynsing av nedtrekk må vurderes grundig på grunn av den plane strukturen.

7) EC, ETD, EER og ER CORES

Disse typer mønstre er en blanding mellom E-kjerner og grytekjerner. I likhet med E-kjerner leverer de et enormt gap på begge sider. Dette gir tilfredsstillende rom for ledninger av større størrelse som er nødvendige for reduserte utgangsspenningsstrømforsyninger.

Bortsett fra at det garanterer en sirkulasjon av luft som holder konstruksjonen kaldere.

Midtstykket er sirkulært, veldig lik det til kjernekjernen. En av de positive sidene ved den sirkulære sentrale søylen er at viklingen har en mindre kursperiode rundt seg (11% raskere) sammenlignet med tråden rundt en sentral søyle med firkantet tverrsnitt.

Dette reduserer tapene av viklingene med 11% og gjør det også mulig for kjernen å takle en forbedret utgangsevne. Den sirkulære sentrale søylen minimerer i tillegg den spikede brettet i kobberet som transpirerer med vikling på en firkantet sentral søyle.

8) TOROIDER

Toroider er kostnadseffektive å produsere, dette er billigst av de mest relevante kjernedesignene. Fordi ingen spole blir nødvendig, er tilbehør og installasjonsgebyr ubetydelige.

Oppviklingen er fullført på toroidal viklingsutstyr. Skjermende attributt er ganske lyd.

Oversikt

Ferritgeometrier gir deg et stort utvalg i størrelser og stiler. Når du velger en kjerne for strømforsyningsbruk, bør spesifikasjonene som vises i tabell 1 vurderes.

VALG AV TRANSFORMATOR KJERNESTØRRELSE

Effektbehandlingsfunksjonen på en transformatorkjerne er vanligvis betinget av sitt WaAc-produkt, der Wa er det tilbudte kjernevinduområdet, og Ac er det nyttige tverrsnittsrommet.

Mens ligningen ovenfor gjør det mulig å modifisere WaAc avhengig av bestemt kjernegeometri, utnytter Pressman-teknikken topologi som den grunnleggende faktoren og gjør det mulig for produsenten å angi strømtetthet.

GENERELL INFORMASJON

En perfekt transformator er bare en som lover minimal nedgang i kjerne mens den krever minst mulig volum av rom.

Kjernetapet i en bestemt kjerne er spesielt påvirket av fluks tetthet sammen med frekvensen. Frekvens er den avgjørende faktoren angående en transformator. Faradays lov indikerer at når frekvensen øker, reduseres flytetettheten tilsvarende.

Kjernetapte handler reduserer mye mer i tilfelle flytetettheten faller sammenlignet med når frekvensen øker. Som en illustrasjon, når en transformator drives ved 250 kHz og 2 kG på R-materiale ved 100 ° C, vil kjernefeilene trolig være rundt 400 mW / cm3.

Hvis frekvensen ble gjort to ganger og de fleste andre begrensninger ble uskadd, som et resultat av Faradays lov, ville flusstettheten sannsynligvis vise seg å være 1kG, og de resulterende kjerneforskjellene ville være omtrent 300mW / cm3.

Standard transformatorer av ferrittrafikk er kjernetap begrenset fra 50 til 200mW / cm3. Planare modeller kan brukes mye mer selvsikker, opptil 600 mW / cm3, på grunn av mer fordelaktig kraftavledning og betydelig mindre kobber i viklingene.

KRETS Kategorier

En rekke grunnleggende tilbakemeldinger på de mange kretsene er: Push-pull-kretsen er effektiv siden enheten forårsaker toveis bruk av en transformatorkjerne, og presenterer en utgang med redusert rippel. Til tross for dette er kretsene ekstra sofistikerte, og transformatorens kjernemetning kan resultere i transistorbrudd når krafttransistorer har ulike koblingsegenskaper.

Fremoverstrømkretser koster billigere, og bruker bare en transistor. Ripple er minimal på grunn av det faktum at tilsynelatende stabil tilstandsstrøm strømmer i transformatoren, uansett om transistoren er PÅ eller AV. Flyback-kretsen er grei og rimelig. I tillegg er EMI-spørsmål betydelig mindre. Til tross for dette er transformatoren større og ringvirkningen er mer signifikant.

PUSH-PULL-KRETS

En konvensjonell push-pull krets er presentert i figur 2A. Matespenningen er utgangen fra et IC-nettverk eller en klokke som svinger transistorene vekselvis PÅ og AV. Høyfrekvente firkantbølger på transistorutgangen blir etterhvert raffinert, og genererer likestrøm.

KJERNE I PUSH-PULL-KRETS

For ferrittransformatorer, ved 20 kHz, er det vanligvis velkjent prosess å benytte ligning (4) med et fluksdensitetsnivå (B) på ± 2 kG maks.

Dette kan trekkes ut av den fargede delen av Hysteresis Loop i figur 2B. Denne B-graden er valgt hovedsakelig fordi det begrensende aspektet ved å velge en kjerne med denne frekvensen er kjernetap.

Ved 20 kHz, hvis transformatoren er ideell for en flytdensitet rundt metning (som utført for mindre frekvensoppsett), vil kjernen få en ukontrollert temperaturstigning.

Av den grunn vil den mindre driftstettheten på 2 kG i de fleste tilfeller begrense kjernetapene og dermed bidra til en rimelig temperaturøkning i kjernen.

Over 20 kHz maksimerer kjernetapene. For å utføre SPS ved forhøyede frekvenser, er det viktig å utføre kjerneflukshastighetene mindre enn ± 2 kg. Figur 3 viser nedgangen i fluksnivåer for MAGNETICS 'P' ferrittmateriale som er avgjørende for å bidra med konstante 100mW / cm3 kjernetap ved mange frekvenser, med en optimal temperaturstigning på 25 ° C.

I fremføringskretsen som er lagt ut i figur 4A, kjører transformatoren i første kvadrant av Hysteresis Loop. (Fig 4B).

Unipolære impulser implementert til halvlederenheten får transformatorkjernen til å drives fra dens BR-verdi nær metning. Når pulser er redusert til null, går kjernen tilbake til dens BR-hastighet.

For å være i stand til å opprettholde en overlegen effektivitet, holdes den primære induktansen høy for å redusere magnetiseringsstrømmen og redusere ledningsnedsettelser. Dette innebærer at kjernen må ha et null eller et minimum av luftstrømsåpning.