Ferrite Core Material Selection Guide för SMPS

I det här inlägget lär vi oss att välja ferritkärnmaterial med rätt specifikationer för att säkerställa korrekt kompatibilitet med en given SMPS-kretsdesign

Varför ferritkärna

Ferrit är en underbar kärnämne för transformatorer , växelriktare och induktorer i frekvensspektrumet 20 kHz till 3 MHz, på grund av fördelarna med minskad kärnkostnad och minimala kärnförluster.

Ferrit är en effektiv sak för högfrekventa (20 kHz till 3 MHz) växelriktare.

Ferrit bör användas i det mättande tillvägagångssättet för lågeffekt, lågfrekvent funktion (<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 ger enastående effektivitet, fantastisk frekvenshållbarhet och minimala omkopplingsnackdelar.

Ferritkärnor används vanligtvis i versioner med återflyttransformator , som ger minimal kärnkostnad, minskad kretskostnad och toppspänningseffektivitet. Pulverkärnor (MPP, High Flux, Kool Mμ®) producerar mjukare mättnad, större Bmax och mer fördelaktig temperaturbeständighet och är ofta det föredragna alternativet i ett antal återvändande användningar eller induktorer.

Högfrekventa strömförsörjningar, antingen växelriktare och omvandlare, föreslår billigare pris och minskad vikt och struktur jämfört med traditionella 60 hertz och 400 hertz energialternativ.

Flera kärnor i detta specifika segment är typiska mönster som ofta används i yrket.

KÄRNMATERIAL

F-, P- och R-material, som underlättar de minimala nackdelarna med kärnan och maximal mättnadsflödestäthet, rekommenderas för hög effekt / hög temperaturfunktionalitet. P-kärnunderskott sjunker med temperatur upp till 70 ° C R materialförluster minskar till så mycket som 100 ° C.

J- och W-material ger dig överlägsen impedans för breda transformatorer, vilket gör att de också rekommenderas för transformatorer med låg nivå.

KÄRNOMETRIER

1) KAN FÄRGER

Pot Cores, tillverkas för att ganska mycket omsluta sårspolen. Detta underlättar att skydda spolen från plockning av EMI från externa alternativ.

Kärnans proportioner håller i stort sett alla IEC-specifikationer för att säkerställa att det finns utbytbarhet mellan företag. Både de vanliga och tryckta kretsrullarna är
på marknaden, liksom monterings- och monteringshårdvara.

På grund av dess layout är pottenkärnan vanligtvis en dyrare kärna jämfört med olika format av analog storlek. Grytkärnor för betydande kraftändamål är inte lätt tillgängliga.

2) DUBBELPLATT OCH RM-KÄRNOR

Platt-sidiga massiva centrala stolparkärnor liknar kärnkärnor, men har ändå ett segment som minimerar av på endera delen av kjolen. Betydande ingångar gör det möjligt för större ledningar att sättas in och bidrar till att eliminera värmen från installationen.

RM-färger liknar pottkärnor, men är utformade för att begränsa pcb-området, vilket ger minst 40% minskning av installationsutrymmet.

Tryckta kretsar eller vanliga spolar kan erhållas. Okomplicerade 1-enhetsklämmor möjliggör problemfri konstruktion. Lägre konturer kan uppnås.

Det robusta mittstycket ger mindre kärnförlust vilket i sin tur eliminerar värmeackumulering.

3) EP-KÄRNOR

EP-kärnor är cirkulära mitten-post kubiska mönster som omger spolen noggrant med undantag för kretskortsplintarna. Det specifika utseendet eliminerar påverkan av luftflödessprickor som upprättas vid passande väggar i det magnetiska spåret och ger dig ett mer betydande volymförhållande till det absoluta använda området. Att skydda sig från RF är ganska bra.

4) PQ FÄRGER

PQ-kärnor är speciellt avsedda för strömförsörjning med switchat läge. Layouten möjliggör ett maximerat förhållande mellan bulk och lindningsområde och ytarea.

Därför uppnås både optimal induktans och lindningsyta med absolut minsta kärndimension.

Kärnorna ger som ett resultat optimal uteffekt med den minsta sammansatta transformatorns massa och dimension, tillsammans med att de upptar ett minimalt utrymme på kretskortet.

Det är enkelt att ställa in med tryckta kretsspolar och enbitsklämmor. Denna ekonomiska modell säkerställer mycket mer homogent tvärsnittssnitt, därför fungerar kärnor ofta med en mindre mängd heta positioner jämfört med med olika layouter.

5) OCH FÄRGER

E-kärnor är billigare än potkärnor, samtidigt som de har aspekterna av rak spolning och okomplicerad montering. Gänglindning kan uppnås för spolar som används med dessa kärnor.

E-kärnor presenterar aldrig samma sak. Lamineringsstorlek E-layouter är utformade för att rymma kommersiellt tillgängliga spolar i förflutna tider som är avsedda att överensstämma med remsstämpling av vanliga lamineringsmätningar.

Metrisk och DIN-storlekar kan också hittas. E-kärnor är vanligtvis inbäddade i olika konsistens och ger olika tvärsnittsområden. Spolar för dessa olika tvärsnittsområden tenderar att vara tillgängliga kommersiellt.

E-kärnor installeras vanligtvis i unika riktningar, om det föredras, ger en lågprofil.
Tryckta kretsrullar kan hittas för fixering med låg profil.

E-kärnor är välkända konstruktioner på grund av deras billigare pris, montering och lindning och den organiserade förekomsten av ett sortiment av hårdvara.

6) PLANAR OCH FÄRGER

Planar E-kärnor finns i praktiskt taget alla IEC-konventionella mätningar, tillsammans med flera kompletterande kapaciteter.

Magnetics R-material matchas felfritt till plana former på grund av dess minskade AC-kärnförluster och minimala förluster vid 100 ° C.

Plana layouter har i de flesta fall låga varvtal och behaglig värmeavledning i motsats till vanliga ferrittransformatorer, och av den anledningen leder de perfekta designen för utrymme och effektivitet till ökade flödestätheter. I dessa variationer är den totala prestandafördelen för R-material i princip ganska anmärkningsvärd.

Benvidden och fönsterhöjningen (B- och D-proportionerna) är flexibla för individuella ändamål utan nytt verktyg. Detta gör det möjligt för utvecklaren att finjustera de slutgiltiga kärnspecifikationerna så att de passar exakt med den plana ledarstackhöjden, och saknar utrymme.

Klämmor och klippluckor erbjuds i många fall, vilket kan vara särskilt effektivt för prototyper. I-kärnor är dessutom föreslagna standard, vilket möjliggör ännu mer anpassningsförmåga i layout.

E-I-planmönster är till nytta för att möjliggöra effektiv ansiktsblandning vid hög bulkproduktion samt för att skapa gapade induktorkärnor, varigenom kantning av neddragningar måste beaktas grundligt på grund av den plana strukturen.

7) EC-, ETD-, EER- och ER-kärnor

Dessa typer av mönster är en blandning mellan E-kärnor och potkärnor. Liksom E-kärnor levererar de ett enormt gap på båda sidor. Detta möjliggör tillfredsställande utrymme för de större kablar som behövs för reducerade utgångsspänningsomkopplade lägen.

Bortsett från det garanterar det en luftcirkulation som håller konstruktionen kallare.

Mellanstycket är cirkulärt, mycket likt det för kärnan. En av de positiva aspekterna av den cirkulära mittpelaren är att lindningen har en mindre kursperiod runt sig (11% snabbare) jämfört med tråden runt en fyrkantig mittpelare med samma tvärsnittsarea.

Detta minskar lindningsförlusterna med 11% och gör det också möjligt för kärnan att klara en förbättrad uteffekt. Den cirkulära centrala pelaren minimerar dessutom den spetsiga vikningen i koppar som transpirerar med lindning på en fyrkantig central pelare.

8) TOROIDER

Toroider är kostnadseffektiva att producera följaktligen, det här är billigast av de mest relevanta kärnkonstruktionerna. Eftersom ingen spole blir nödvändig är tillbehörs- och installationsavgifter försumbar.

Lindning är klar på toroidlindningsutrustning. Shielding attribut är ganska ljud.

Översikt

Ferritgeometrier ger dig ett stort urval i storlekar och stilar. När man väljer en kärna för strömförsörjningsanvändning, bör specifikationerna som visas i tabell 1 utvärderas.

VAL AV TRANSFORMATOR KÄRNSTORLEK

Effektbehandlingsförmågan på en transformatorkärna är vanligtvis beroende av dess WaAc-produkt, där Wa är det erbjudna kärnfönsterutrymmet, och Ac är det användbara kärnans tvärsnittsutrymme.

Medan ekvationen ovan gör det möjligt att modifiera WaAc beroende på en viss kärngeometri, utnyttjar Pressman-tekniken topologi som den grundläggande faktorn och gör det möjligt för tillverkaren att ange strömtäthet.

ALLMÄN INFORMATION

En perfekt transformator är bara en som lovar minimal nedgång i kärnan samtidigt som den kräver minst rumsvolym.

Kärnförlusten i en viss kärna påverkas specifikt av flödet täthet tillsammans med frekvensen. Frekvens är den avgörande faktorn för en transformator. Faradays lag indikerar att flödestätheten minskar i takt med att frekvensen ökar.

Kärnförlorande affärer minskar mycket mer om flödestätheten sjunker jämfört med när frekvensen ökar. Som en illustration, när en transformator drivs vid 250 kHz och 2 kG på R-material vid 100 ° C, skulle kärnfel troligen vara cirka 400 mW / cm3.

Om frekvensen gjordes två gånger och de flesta andra begränsningar oskadade, till följd av Faradays lag, skulle flödestätheten sannolikt visa sig vara 1 kg och de resulterande kärnförlusterna skulle vara ungefär 300 mW / cm3.

Standardferrittransformatorer är kärnförlustbegränsade från 50 till 200mW / cm3. Plana modeller kan manövreras mycket mer självhäftande, upp till 600 mW / cm3, på grund av mer fördelaktig kraftavledning och betydligt mindre koppar i lindningarna.

CIRCUIT Kategorier

Ett antal grundläggande återkopplingar på de flera kretsarna är: Push-pull-kretsen är effektiv eftersom enheten orsakar dubbelriktad användning av en transformatorkärna och presenterar en utgång med reducerad krusning. Trots detta är kretsarna extra sofistikerade, och transformatorns kärnmättnad kan leda till transistornedbrytning när effekttransistorer har ojämna omkopplingsegenskaper.

Matning framåt kretsar är billigare i kostnad, bara en transistor. Rippel är minimal på grund av det faktum att uppenbarligen stabila tillståndsströmmar strömmar i transformatorn oavsett om transistorn är PÅ eller AV. Flyback-kretsen är enkel och prisvärd. Dessutom är EMI-frågor betydligt mindre. Trots detta är transformatorn större och krusningen är viktigare.

PUSH-PULL-KRETS

En konventionell push-pull-krets presenteras i figur 2A. Matningsspänningen är utsignalen från ett IC-nätverk eller en klocka som oscillerar transistorerna växelvis PÅ och AV. Högfrekventa fyrkantiga vågor på transistorutgången förfinas så småningom och genererar likström.

KÄRN I PUSH-PULL-KRETS

För ferrittransformatorer vid 20 kHz är det vanligtvis välkänt förfarande att använda ekvation (4) med en flödestäthet (B) på ± 2 kG max.

Detta kan dras ut av det färgade avsnittet i Hysteresis Loop i figur 2B. Denna B-grad väljs främst för att den begränsande aspekten av att välja en kärna med denna frekvens är kärnförlust.

Om transformatorn är idealisk för en flödestäthet runt mättnad (som utförs för mindre frekvenslayouter) vid 20 kHz, kommer kärnan att få en okontrollerad temperaturökning.

Av den anledningen kommer den mindre driftflödestätheten på 2 kG i de flesta fall att begränsa kärnförlusterna, vilket följaktligen hjälper till en överkomlig temperaturökning i kärnan.

Över 20 kHz maximerar kärnförlusterna. För att utföra SPS vid höjda frekvenser är det viktigt att köra flödeshastigheter som är mindre än ± 2 kg. Figur 3 visar nedgången i flödesnivåer för MAGNETICS 'P' ferritmaterial som är avgörande för att bidra med konstanta 100 mW / cm3 kärnförluster vid många frekvenser, med en optimal temperaturstigning på 25 ° C.

I framkopplingskretsen i figur 4A kör transformatorn i den första kvadranten i Hysteresis-slingan. (Fig 4B).

Unipolära pulser implementerade i halvledaranordningen medför att transformatorns kärna drivs från sitt BR-värde nära mättnad. När pulserna minskas till noll återgår kärnan till dess BR-frekvens.

För att kunna upprätthålla en överlägsen effektivitet bibehålls den primära induktansen hög för att minska magnetiseringsströmmen och minska kabelnedsättningarna. Detta innebär att kärnan måste ha ett noll eller ett minimum av luftflödesöppning.