Průvodce výběrem materiálu feritového jádra pro SMPS

Průvodce výběrem materiálu feritového jádra pro SMPS

V tomto příspěvku se učíme, jak vybrat materiál feritového jádra se správnými specifikacemi pro zajištění správné kompatibility s daným designem obvodu SMPS

Proč feritové jádro

Ferit je úžasná základní látka pro transformátory , měniče a induktory ve frekvenčním spektru 20 kHz až 3 MHz, díky výhodám snížených nákladů na jádro a minimálních ztrát jádra.



Ferit je účinná látka pro vysokofrekvenční (20 kHz až 3 MHz) napájecí zdroje střídače.

Ferity by měly být použity v nasycení pro nízkoenergetický a nízkofrekvenční provoz (<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 transformátorový model poskytuje mimořádnou účinnost, fantastickou trvanlivost kmitočtů a minimální čerpání.



Feritová jádra se běžně používají ve verzích transformátorů s zpětným chodem , které poskytují minimální náklady na jádro, snížené náklady na obvod a nejvyšší účinnost napětí. Prášková jádra (MPP, High Flux, Kool Mμ®) produkují měkčí nasycení, vyšší Bmax a výhodnější teplotní stálost a jsou často preferovanou možností v řadě zpětných použití nebo induktorů.

Vysokofrekvenční napájecí zdroje, buď invertory a převaděče, nabízejí levnější cenu a sníženou hmotnost a strukturu ve srovnání s tradičními možnostmi napájení 60 Hz a 400 Hz.

Několik jader v tomto konkrétním segmentu je typickým designem, který se v profesi často používá.



HLAVNÍ MATERIÁLY

Materiály F, P a R, které usnadňují minimální nevýhody jádra a maximální hustotu toku nasycení, se doporučují pro funkci vysokého výkonu / vysoké teploty. Deficity jádra P materiálu klesají s teplotou až 70 ° C R ztráty materiálu klesají až na 100 ° C.

Materiály J a W vám poskytují vynikající impedanci pro široké transformátory, díky čemuž jsou také doporučovány pro nízkoúrovňové výkonové transformátory.

ZÁKLADNÍ GEOMETRIE

1) MŮŽE BARVY

Jádra hrnců jsou vyrobena tak, aby do značné míry obepínala navinutou cívku. To usnadňuje ochranu cívky před výběrem EMI z vnějších alternativ.

Všechny základní proporce se téměř shodují se specifikacemi IEC, aby byla zajištěna vzájemná zaměnitelnost mezi společnostmi. Cívky s plochým i plošným spojem jsou
na trhu, stejně jako montážní a montážní hardware.

Díky svému rozložení je jádro hrnce obvykle dražší jádro ve srovnání s různými formáty analogické velikosti. Jádra hrnců pro podstatné energetické účely nejsou snadno přístupná.

2) DVOJITÁ DLAŽBA A JÁDRA RM

Desková oboustranná jádra se středovým sloupkem jsou podobná jádrům, ale přesto mají segment minimalizovaný na kterékoli části sukně. Významné vstupy umožňují uložení větších drátů a přispívají k eliminaci tepla z instalace.

RM barvy jsou podobné jádrům hrnců, ale jsou vyrobeny tak, aby omezovaly plochu desek plošných spojů a poskytovaly minimálně 40% snížení instalačního prostoru.

Lze získat plošný spoj nebo jednoduché cívky. Jednoduché svorky pro 1 jednotku umožňují bezproblémovou konstrukci. Dolní obrys je dosažitelný.

Robustní střední díl přináší menší ztráty jádra, což zase eliminuje akumulaci tepla.

3) EP CORES

EP Cores jsou kruhové krychlové vzory se středovými sloupky, které s výjimkou svorek na desce s plošnými spoji důkladně obklopují cívku. Specifický vzhled eliminuje vliv štěrbin proudění vzduchu vytvořených na protilehlých stěnách v magnetické dráze a poskytuje významnější poměr objemu k použité absolutní ploše. Zabezpečení před RF je docela skvělé.

4) PQ BARVY

Jádra PQ jsou určena zejména pro spínané napájecí zdroje. Uspořádání umožňuje maximalizovat poměr objemu k oblasti vinutí a povrchu.

Proto je optimální indukčnost i povrch vinutí dosažitelný s absolutním minimálním rozměrem jádra.

Výsledkem je, že jádra poskytují optimální výstupní výkon s minimálně sestavenou hmotou a rozměry transformátoru spolu s minimální úrovní prostoru na desce s plošnými spoji.

Nastavení pomocí cívek s plošnými spoji a svorek s jedním bitem je snadné. Tento ekonomický model zajišťuje mnohem homogennější průřez, proto jádra často pracují s menším množstvím horkých poloh ve srovnání s různými rozloženími.

5) A BARVY

Jádra E jsou levnější než jádra hrnců, přičemž mají aspekty přímého navíjení cívky a nekomplikované montáže. Vinutí gangu je dosažitelné pro cívky, které se používají pomocí těchto jader.

E jádra nikdy, stejná, nepředstavují vlastní štít. Rozvržení laminace velikosti E jsou navržena pro umístění komerčně dostupných cívek v minulých dobách určených k přizpůsobení páskových výlisků obvyklých měření laminace.

Metrické a Velikosti DIN lze také najít. Elektrická jádra jsou typicky vložena do různé konzistence a zajišťují tak různé průřezové plochy. Cívky pro tyto různé průřezové oblasti mají tendenci být komerčně dostupné.

Elektrická jádra se obvykle instalují v jedinečných orientacích, v případě potřeby udělte nízkoprofilový profil.
Cívky s plošnými spoji lze nalézt pro nízkoprofilové upevnění.

Jádra E jsou dobře známé designy z důvodu jejich dostupnější rychlosti, pohodlí montáže a vinutí a organizované prevalence sortimentu hardwaru.

6) PLANÁŘ A BARVY

Jádra rovinného E lze nalézt prakticky ve všech konvenčních měřeních IEC spolu s několika doplňkovými kapacitami.

Materiál Magnetics R je bezchybně přizpůsoben rovinným tvarům díky sníženým ztrátám AC jádra a minimálním ztrátám při 100 ° C.

Rovinné rozložení má ve většině případů na rozdíl od standardních feritových transformátorů nízký počet závitů a příjemný tepelný rozptyl, a proto ideální design prostoru a účinnosti vede ke zvýšení hustoty toku. V těchto variantách je celková výkonová výhoda materiálu R v zásadě pozoruhodná.

Rozpětí nohou a výška okna (proporce B a D) jsou flexibilní pro individuální účely bez nového nářadí. Díky tomu může vývojář doladit dokončené specifikace jádra tak, aby přesně odpovídaly výšce rovinného svazku vodičů, aniž by postrádal jakýkoli vynaložený prostor.

V mnoha případech jsou nabízeny klipy a svorky pro klip, které by mohly být zvláště účinné pro prototypování. I-jádra jsou dále navrhována jako standard, který umožňuje ještě větší přizpůsobivost v uspořádání.

Planární vzory E-I se hodí k tomu, aby umožnily efektivní prolínání tváří ve velkoobjemové produkci, stejně jako pro vytváření indukčních jader s mezerami, přičemž je nutné důkladně zohlednit okrajové čerpání z důvodu rovinné struktury.

7) EC, ETD, EER A ER CORES

Tyto typy vzorů jsou kombinací mezi E jádry a hrncovými jádry. Stejně jako E jádra vytvářejí na obou stranách obrovskou mezeru. To umožňuje uspokojivý prostor pro vodiče větších rozměrů, které jsou nezbytné pro spínané napájecí zdroje se sníženým výstupním napětím.

Kromě toho zaručuje cirkulaci vzduchu, která udržuje konstrukci chladnější.

Prostřední díl je kruhový, velmi podobný jádru hrnce. Jedním z pozitivních aspektů kruhového středového pilíře je to, že vinutí nese kolem sebe menší dobu průběhu (o 11% rychlejší) ve srovnání s drátem kolem centrálního pilíře čtvercového typu se stejnou průřezovou plochou.

To snižuje ztráty vinutí o 11% a také umožňuje jádru vyrovnat se se zlepšenou výstupní schopností. Kruhový centrální sloupek navíc minimalizuje špičatý záhyb mědi, který se při navíjení projevuje na středním sloupku čtvercového typu.

8) TOROIDY

Toroidy jsou z hlediska výroby efektivní z hlediska nákladů, jedná se tedy o nejlevnější z nejdůležitějších návrhů jádra. Protože není nutná žádná cívka, příslušenství a nastavení poplatků jsou zanedbatelné.

Navíjení je dokončeno na toroidním navíjecím zařízení. Atribut stínění je docela dobrý.

Přehled

Feritové geometrie vám poskytují obrovský výběr velikostí a stylů. Při výběru jádra pro využití napájení je třeba posoudit specifikace uvedené v tabulce 1.

VÝBĚR VELIKOSTI JÁDRA TRANSFORMÁTORU

Schopnost zpracování energie na jádře transformátoru je obvykle závislá na jeho produktu WaAc, ve kterém Wa je nabízený prostor okna jádra a Ac je užitečný prostor průřezu jádra.

Zatímco výše uvedená rovnice umožňuje upravit WaAc v závislosti na konkrétní geometrii jádra, technika Pressman využívá topologii jako základní faktor a umožňuje výrobci určit hustotu proudu.

OBECNÁ INFORMACE

Dokonalý transformátor je ten, který slibuje minimální pokles jádra při náročném minimálním objemu místnosti.

Ztráta jádra v konkrétním jádru je specificky ovlivněna hustotou toku spolu s frekvencí. Frekvence je rozhodujícím faktorem týkajícím se transformátoru. Faradayův zákon naznačuje, že s rostoucí frekvencí se odpovídajícím způsobem snižuje hustota toku.

Obchody se ztrátou jádra se mnohem více snižují v případě, že hustota toku poklesne ve srovnání se zvýšením frekvence. Pro ilustraci, pokud je transformátor provozován na 250 kHz a 2 kG na R materiálu při 100 ° C, poruchy jádra by pravděpodobně byly kolem 400 mW / cm3.

Pokud by byla frekvence provedena dvakrát a většina ostatních omezení nepoškozena, v důsledku Faradayova zákona by se hustota toku pravděpodobně ukázala být 1kG a výsledné čerpání jádra by bylo zhruba 300mW / cm3.

Standardní feritové výkonové transformátory jsou omezeny ztrátou jádra v rozmezí od 50 do 200 mW / cm3. Planární modely mohly být provozovány mnohem asertivněji, až do 600 mW / cm3, kvůli výhodnějšímu rozptylu energie a podstatně méně mědi ve vinutí.

Kategorie OKRUHŮ

Řada základních zpětných vazeb na několik obvodů je: Obvod push-pull je účinný, protože zařízení způsobuje obousměrné použití jádra transformátoru a představuje výstup se sníženým zvlněním. Přesto jsou obvody mimořádně sofistikované a nasycení jádra transformátoru může mít za následek poruchu tranzistoru, když výkonové tranzistory nesou nerovné spínací vlastnosti.

Dopředné obvody jsou levnější a používají pouze jeden tranzistor. Zvlnění je minimální z důvodu skutečnosti, že v transformátoru proudí zjevně stabilní stav proudu bez ohledu na to, zda je tranzistor zapnutý nebo vypnutý. Okruh zpětného letu je přímý a cenově dostupný. Problémy s EMI jsou navíc podstatně menší. Přesto je transformátor větší a zvlnění je významnější.

ZATLAČTE OBVOD

Konvenční push-pull obvod je uveden na obrázku 2A. Napájecí napětí je výstup z IC sítě nebo hodin, které kmitají tranzistory střídavě ZAPNUTO a VYPNUTO. Vysokofrekvenční čtvercové vlny na výstupu tranzistoru jsou nakonec vylepšeny a generují stejnosměrný proud.

JÁDRO V OBVODU PUSH-PULL

U feritových transformátorů při 20 kHz je obvykle známým procesem použití rovnice (4) s úrovní hustoty toku (B) max. ± 2 kG.

To lze nakreslit barevnou částí hysterezní smyčky na obrázku 2B. Tento stupeň B je vybrán hlavně proto, že omezujícím aspektem výběru jádra s touto frekvencí je ztráta jádra.

Pokud je při 20 kHz ideální transformátor pro hustotu toku kolem sytosti (jak se provádí u menších frekvenčních rozvržení), jádro získá nekontrolovaný teplotní ráz.

Z tohoto důvodu bude menší hustota provozního toku 2 kG ve většině případů omezovat ztráty jádra, což následně pomůže dostupnému zvýšení teploty v jádře.

Nad 20 kHz se ztráty jádra maximalizují. Chcete-li provést SPS při zvýšených frekvencích, je důležité provést rychlosti toku jádra menší než ± 2 kg. Obrázek 3 ukazuje pokles úrovní toku pro MAGNETICKÝ feritový materiál „P“ zásadní pro přispívání stálých ztrát jádra 100 mW / cm3 při četných frekvencích s optimálním teplotním nárůstem 25 ° C.

V dopředném obvodu podle obrázku 4A se transformátor provádí v 1. kvadrantu hysterezní smyčky. (Obr. 4B).

Unipolární pulsy implementované do polovodičového zařízení způsobují, že jádro transformátoru bude napájeno z jeho hodnoty BR blízko saturace. Jelikož jsou impulsy zmenšeny na nulu, jádro se vrátí ke své rychlosti BR.

Aby bylo možné udržet vynikající účinnost, je primární indukčnost udržována na vysoké úrovni, což pomáhá snižovat magnetizační proud a snižovat odběr vodičů. To znamená, že jádro musí mít nulové nebo úplné minimum otvoru pro proudění vzduchu.




Předchozí: Nastavitelný 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 15V duální napájecí obvod Další: Přidání PWM multi-spark do automobilového zapalovacího obvodu