Ferrietkernmateriaal selectiegids voor SMPS

In dit bericht leren we hoe we ferrietkernmateriaal met de juiste specificaties kunnen selecteren om de juiste compatibiliteit met een bepaald SMPS-circuitontwerp te garanderen

Waarom ferrietkern

Ferriet is een prachtige kernsubstantie voor transformatoren , omvormers en inductoren in het frequentiespectrum 20 kHz tot 3 MHz, dankzij de voordelen van lagere kernkosten en minimale kernverliezen.

Ferriet is een effectief middel voor hoogfrequente (20 kHz tot 3 MHz) invertervoedingen.

Ferrieten moeten worden gebruikt in de verzadigingsbenadering voor werking met laag vermogen en lage frequentie (<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.

Het model met 2 transformatoren biedt buitengewone efficiëntie, fantastische frequentieduurzaamheid en minimale schakelingen.

Ferrietkernen worden vaak gebruikt in versies met terugslagtransformatoren , die minimale kernkosten, lagere circuitkosten en topspanningsefficiëntie bieden. Poederkernen (MPP, High Flux, Kool Mμ®) produceren een zachtere verzadiging, een grotere Bmax en een gunstiger temperatuurconstante en hebben vaak de voorkeur bij een aantal flyback-toepassingen of inductoren.

Hoogfrequente voedingen, zowel omvormers als omvormers, bieden een goedkopere prijs en een lager gewicht en structuur in vergelijking met traditionele 60 hertz en 400 hertz stroomopties.

Verschillende kernen in dit specifieke segment zijn typische ontwerpen die veel in het vak worden gebruikt.

KERNMATERIALEN

F-, P- en R-materialen, die de minimale kernnadelen en maximale verzadigingsfluxdichtheid vergemakkelijken, worden aanbevolen voor functionaliteit met hoog vermogen / hoge temperatuur. P-materiaalkerntekorten dalen met temperatuur tot 70 ° C R-materiaalverliezen dalen tot wel 100 ° C.

J- en W-materialen bieden u een superieure impedantie voor brede transformatoren, waardoor ze ook worden aanbevolen voor laag-niveau vermogenstransformatoren.

KERNGEOMETRIEËN

1) KAN KLEUREN

Potkernen zijn vervaardigd om de opgewonden spoel vrijwel te omcirkelen. Dit vergemakkelijkt het beschermen van de spoel tegen het oppikken van EMI van externe alternatieven.

De verhoudingen van de potkern voldoen vrijwel allemaal aan de IEC-specificaties om ervoor te zorgen dat er uitwisselbaarheid tussen bedrijven bestaat. Zowel de gewone als de printklossen zijn
op de markt, evenals montage- en montagehardware.

Vanwege zijn lay-out is de potkern meestal een duurdere kern in vergelijking met verschillende formaten van een vergelijkbare grootte. Potkernen voor substantiële stroomdoeleinden zijn niet gemakkelijk toegankelijk.

2) DUBBELE PLAAT EN RM KERNEN

Massieve middenstijlkernen met plaatzijde zijn vergelijkbaar met potkernen, maar hebben toch een segment dat minimaal is aan beide delen van de rok. Aanzienlijke ingangen maken het mogelijk grotere draden vast te houden en dragen bij aan het verwijderen van warmte uit de opstelling.

RM kleuren zijn vergelijkbaar met potkernen, maar zijn ontworpen om het printoppervlak te verkleinen, waardoor er minimaal 40% minder installatieruimte is.

Gedrukte schakelingen of gewone klossen zijn verkrijgbaar. Eenvoudige klemmen uit één stuk zorgen voor een probleemloze constructie. Een lager overzicht is haalbaar.

Het stevige middenstuk zorgt voor minder kernverlies, wat op zijn beurt warmteaccumulatie elimineert.

3) EP KERNEN

EP-kernen zijn cirkelvormige kubusvormige ontwerpen in het midden die de spoel grondig omringen, met uitzondering van de printplaataansluitingen. Het specifieke uiterlijk elimineert de invloed van luchtstroomopeningen die zijn ontstaan ​​bij tegen elkaar passende wanden in de magnetische baan en geeft u een grotere volumeverhouding ten opzichte van het absolute gebruikte oppervlak. Bescherming tegen RF's is vrijwel geweldig.

4) PQ KLEUREN

PQ-kernen zijn specifiek bedoeld voor geschakelde voedingen. De lay-out zorgt voor een maximale verhouding van bulk tot wikkelgebied en oppervlak.

Daarom zijn zowel een optimale inductie als een wikkeloppervlak haalbaar met de absoluut minimale kernafmeting.

De kernen bieden daardoor een optimaal uitgangsvermogen met de minste gemonteerde transformatormassa en -afmetingen, en nemen een absoluut minimum aan ruimte in op de printplaat.

Het opzetten met klossen van gedrukte schakelingen en een bitklemmen is eenvoudig gemaakt. Dit economische model verzekert een veel homogenere doorsnede, waardoor kernen vaak werken met een kleiner aantal hete posities in vergelijking met verschillende lay-outs.

5) EN KLEUREN

E-kernen zijn goedkoper dan potkernen, terwijl ze de aspecten hebben van een ongecompliceerde spoelwikkeling en ongecompliceerde montage. Gangwikkeling is haalbaar voor de klossen die met deze kernen worden gebruikt.

E-kernen vertonen echter nooit zelfbescherming. Laminaatformaat E-lay-outs zijn ontworpen voor commercieel toegankelijke spoelen in vroegere tijden, bedoeld om te voldoen aan de stripstempels van gebruikelijke lamineermetingen.

Metrisch en DIN maten kan ook worden gevonden. E-kernen zijn typisch ingebed tot verschillende consistenties, waardoor een verscheidenheid aan dwarsdoorsneden wordt verkregen. Klossen voor deze verschillende dwarsdoorsneden zijn meestal commercieel toegankelijk.

E-kernen worden meestal in unieke oriëntaties geïnstalleerd, voor het geval dat de voorkeur heeft, een laag profiel geven.
Spoelen met printplaten zijn te vinden voor bevestiging met een laag profiel.

E-kernen zijn bekende ontwerpen vanwege hun meer betaalbare prijs, gemak van montage en wikkeling, en de georganiseerde prevalentie van een assortiment hardware.

6) PLANAR EN KLEUREN

Planar E-kernen zijn te vinden in vrijwel alle conventionele IEC-metingen, samen met verschillende aanvullende capaciteiten.

Magnetics R-materiaal is perfect afgestemd op vlakke vormen dankzij de verminderde AC-kernverliezen en minimale verliezen bij 100 ° C.

Vlakke lay-outs hebben in de meeste gevallen een laag aantal omwentelingen en een aangename thermische dissipatie in tegenstelling tot standaard ferriettransformatoren, en om die reden leiden de ideale ontwerpen voor ruimte en effectiviteit tot verhoogde fluxdichtheden. In die variaties is het algehele prestatievoordeel van R-materiaal in principe behoorlijk opmerkelijk.

De beenspanwijdte en raamhoogte (B- en D-verhoudingen) zijn flexibel voor individuele doeleinden zonder nieuw gereedschap. Dit maakt het voor de ontwikkelaar mogelijk om de voltooide kernspecificaties nauwkeurig af te stemmen om nauwkeurig te passen bij de vlakke geleiderstapelhoogte, zonder enige gebruikte ruimte.

Clips en clipslots worden in tal van gevallen aangeboden, die specifiek effectief kunnen zijn voor prototyping. I-cores zijn bovendien een voorgestelde standaard, wat nog meer aanpasbaarheid in lay-out mogelijk maakt.

Vlakke E-I-patronen zijn handig om effectief vlakmengen mogelijk te maken bij hoge bulkproductie, evenals voor het creëren van gespleten inductorkernen waarbij fringing-verlagingen grondig moeten worden beschouwd vanwege de vlakke structuur.

7) EC, ETD, EER EN ER CORES

Dit soort patronen is een mix tussen E-kernen en potkernen. Net als E-kernen zorgen ze voor een enorme opening aan beide kanten. Dit biedt voldoende ruimte voor de grotere draadafmetingen die nodig zijn voor geschakelde voedingen met verminderde uitgangsspanning.

Daarnaast garandeert het een luchtcirculatie waardoor de constructie kouder blijft.

Het middenstuk is rond, vergelijkbaar met dat van de potkern. Een van de positieve aspecten van de ronde centrale pilaar is dat de wikkeling er een kleinere loopperiode omheen draagt ​​(11% sneller) in vergelijking met de draad rond een vierkante centrale pilaar met eenzelfde dwarsdoorsnede.

Dit vermindert de verliezen van de wikkelingen met 11% en maakt het ook mogelijk dat de kern kan omgaan met een verbeterd outputvermogen. De ronde centrale pilaar minimaliseert bovendien de puntige plooi in het koper die bij het oprollen op een vierkante centrale pilaar ontstaat.

8) TOROIDS

Toroïden zijn dus kosteneffectief om te produceren, deze zijn de minst dure van de meeste relevante kernontwerpen. Omdat er geen spoel nodig is, zijn accessoire- en opstellingsladingen verwaarloosbaar.

Het wikkelen is voltooid op ringkernwikkelapparatuur. Afschermingsattribuut is behoorlijk gezond.

Overzicht

Ferrietgeometrieën bieden u een enorme keuze in maten en stijlen. Bij het kiezen van een kern voor het gebruik van de stroomvoorziening, moeten de specificaties in tabel 1 worden beoordeeld.

SELECTIE VAN DE KERNMAAT VAN DE TRANSFORMATOR

De vermogensverwerkingscapaciteit op een transformatorkern is meestal afhankelijk van het WaAc-product, waarin Wa de aangeboden kernvensterruimte is en Ac de bruikbare kerndoorsnede-ruimte.

Hoewel de bovenstaande vergelijking het mogelijk maakt WaAc te wijzigen afhankelijk van de specifieke kerngeometrie, maakt de Pressman-techniek gebruik van topologie als fundamentele factor en stelt de maker in staat om de stroomdichtheid aan te duiden.

ALGEMENE INFORMATIE

Een perfecte transformator is er maar een die een minimale kernafname belooft en tegelijkertijd het minste ruimte vraagt.

Het kernverlies in een bepaalde kern wordt specifiek beïnvloed door de fluxdichtheid samen met de frequentie. Frequentie is de cruciale factor bij een transformator. De wet van Faraday geeft aan dat naarmate de frequentie versnelt, de fluxdichtheid dienovereenkomstig afneemt.

Kernverliezende transacties verminderen veel meer in het geval de fluxdichtheid daalt in vergelijking met wanneer de frequentie toeneemt. Ter illustratie: wanneer een transformator wordt gebruikt bij 250 kHz en 2 kg op R-materiaal bij 100 ° C, zouden de kernstoringen waarschijnlijk ongeveer 400 mW / cm3 bedragen.

Als de frequentie twee keer zou worden gemaakt en de meeste andere beperkingen ongeschonden zouden zijn, als gevolg van de wet van Faraday, zou de fluxdichtheid waarschijnlijk 1 kg blijken te zijn en de resulterende kernonttrekkingen zouden ongeveer 300 mW / cm3 zijn.

Standaard ferriet-vermogenstransformatoren zijn beperkt in het kernverlies, variërend van 50-200 mW / cm3. Planaire modellen konden veel assertiever worden bediend, tot 600 mW / cm3, vanwege een gunstiger vermogensdissipatie en aanzienlijk minder koper in de wikkelingen.

CIRCUIT Categorieën

Een aantal basisterugkoppelingen op de verschillende circuits zijn: Het push-pull-circuit is effectief omdat het apparaat bidirectioneel gebruik van een transformatorkern veroorzaakt, waardoor een uitgang met verminderde rimpel wordt weergegeven. Desondanks zijn de schakelingen extra geavanceerd en kan de verzadiging van de transformatorkern resulteren in uitval van de transistor wanneer vermogenstransistors ongelijke schakeleigenschappen hebben.

Feed-forward-circuits zijn goedkoper, omdat er slechts één transistor wordt toegepast. Rimpel is minimaal vanwege het feit dat schijnbaar stabiele toestandsstroom in de transformator stroomt, ongeacht of de transistor AAN of UIT is. Het flyback-circuit is eenvoudig en betaalbaar. Bovendien zijn de EMI-problemen aanzienlijk minder. Desondanks is de transformator groter en is de rimpel groter.

PUSH-PULL-CIRCUIT

Een conventioneel push-pull-circuit wordt weergegeven in figuur 2A. De voedingsspanning is de output van een IC-netwerk, of klok, die de transistors afwisselend AAN en UIT oscilleert. Hoogfrequente blokgolven op de transistoruitgang worden uiteindelijk verfijnd en genereren gelijkstroom.

CORE IN PUSH-PULL CIRCUIT

Voor ferriettransformatoren is het bij 20 kHz meestal een bekend proces om vergelijking (4) te gebruiken met een fluxdichtheidsniveau (B) van ± 2 kg max.

Dit kan worden weergegeven aan de hand van het gekleurde gedeelte van de hysteresislus in afbeelding 2B. Deze B-graad wordt voornamelijk geselecteerd omdat het beperkende aspect van het selecteren van een kern met deze frequentie kernverlies is.

Als de transformator bij 20 kHz ideaal is voor een fluxdichtheid rond verzadiging (zoals uitgevoerd voor kleinere frequentie-indelingen), zal de kern een ongecontroleerde temperatuurstijging krijgen.

Om die reden zal de kleinere bedrijfsfluxdichtheid van 2 kG in de meeste gevallen de kernverliezen beperken, waardoor een betaalbare temperatuurstijging in de kern wordt bevorderd.

Boven 20 kHz maximaliseren de kernverliezen. Om de SPS bij verhoogde frequenties uit te voeren, is het belangrijk om de kernfluxsnelheden van minder dan ± 2 kg uit te voeren. Figuur 3 toont de afname van de fluxniveaus voor MAGNETICS “P” ferrietmateriaal dat essentieel is voor het bijdragen aan constante kernverliezen van 100 mW / cm3 bij talrijke frequenties, met een optimale temperatuurstijging van 25 ° C.

In het feed-forward-circuit dat is weergegeven in figuur 4A, wordt de transformator uitgevoerd in het eerste kwadrant van de hysteresislus. (Afb. 4B).

Unipolaire pulsen geïmplementeerd op het halfgeleiderapparaat zorgen ervoor dat de transformatorkern wordt gevoed vanuit zijn BR-waarde bijna verzadigd. Als de pulsen worden verkleind tot nul, keert de kern terug naar de BR-snelheid.

Om een ​​superieur rendement te kunnen behouden, wordt de primaire inductantie hoog gehouden om de magnetisatiestroom te helpen verminderen en het trekken van draden te verminderen. Dit houdt in dat de kern een nul of een absoluut minimum aan luchtstroomopening moet hebben.