Vejledning til valg af ferritkernemateriale til SMPS

Vejledning til valg af ferritkernemateriale til SMPS

I dette indlæg lærer vi, hvordan man vælger ferritkernemateriale med de korrekte specifikationer for at sikre korrekt kompatibilitet med et givet SMPS-kredsløbsdesign



Hvorfor ferritkerne

Ferrit er et vidunderligt kernestof til transformere , invertere og induktorer i frekvensspektret 20 kHz til 3 MHz på grund af fordelene ved reduceret kernekostnad og minimale kernetab.

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





Ferrit skal anvendes i den mættende tilgang til lav effekt, lavfrekvent 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-transformermodellen giver ekstraordinær effektivitet, fantastisk frekvensholdbarhed og minimale skiftefordele.



Ferritkerner bruges almindeligvis i fly-back transformerversioner , der giver minimale kerneomkostninger, reducerede kredsløbsudgifter og topspændingseffektivitet. Pulverkerner (MPP, High Flux, Kool Mμ®) producerer blødere mætning, større Bmax og mere fordelagtig temperaturbestandighed og er ofte den foretrukne mulighed i en række tilbagesendelsesanvendelser eller induktorer.

Højfrekvente strømforsyninger, enten invertere og konvertere, foreslår en billigere pris og reduceret vægt og struktur sammenlignet med traditionelle 60 hertz og 400 hertz power optioner.

Flere kerner i dette specifikke segment er typiske designs, der ofte bruges i erhvervet.

KERNEMATERIALER

F-, P- og R-materialer, der letter de minimale kernefordele og maksimal mætningsfluxdensitet, anbefales til funktionalitet med høj effekt / høj temperatur. Underskud af P-materialekerne falder med temperatur op til 70 ° C R materialetab falder til så meget som 100 ° C.

J- og W-materialer giver dig overlegen impedans til brede transformere, hvilket gør dem også anbefalet til lavt niveau effekttransformatorer.

KERNE GEOMETRIER

1) KAN FARVER

Potkerner er fremstillet til stort set at omslutte sårspolen. Dette letter beskyttelsen af ​​spolen fra plukning af EMI fra eksterne alternativer.

Pot-kerneproportionerne holder stort set alle IEC-specifikationerne for at sikre, at der findes udskiftelighed mellem virksomheder. Både de almindelige og trykte kredsløbsspoler er
på markedet, ligesom monterings- og monteringshardware.

På grund af dets layout er pottenkernen normalt en mere dyre priskerne sammenlignet med forskellige formater af en analog størrelse. Potkerner til betydelige strømformål er ikke let tilgængelige.

2) DOBBELT PLADE OG RM-KERNER

Pladesidede faste midterste kerner svarer til potkerner, men har alligevel et segment, der minimerer på begge dele af nederdelen. Væsentlige indgange gør det muligt for større ledninger at blive sat ind og bidrager til at eliminere varme fra opsætningen.

RM farver ligner potterkerne, men er formet til at begrænse pcb-området, hvilket giver mindst 40% reduktion i installationsrummet.

Trykt kredsløb eller almindelige spoler kan fås. Lette 1 enhedsklemmer muliggør problemfri konstruktion. Lavere disposition er opnåelig.

Det robuste mellemstykke leverer mindre kernetab, hvilket igen eliminerer varmeakkumulering.

3) EP-KERNER

EP-kerner er cirkulære kubiske mønstre, der omgiver spolen grundigt med undtagelse af printkortterminalerne. Det specifikke udseende eliminerer indflydelsen fra luftstrømssprækker, der er etableret ved parring af vægge i det magnetiske spor, og giver dig et mere signifikant volumenforhold til det anvendte absolutte område. Beskyttelse mod RF'er er stort set fantastisk.

4) PQ FARVER

PQ-kerner er beregnet særligt til strømforsyninger i switch-mode. Layoutet giver mulighed for et maksimeret forhold mellem bulk og snoede områder og overfladeareal.

Derfor opnås både optimal induktans og viklingsoverflade med den absolutte minimale kernedimension.

Kerne giver som et resultat optimal ydelse med den mindst samlede transformermasse og dimension sammen med at optage et minimumsniveau på plads på printkortet.

Opsætning med trykte kredsløbsspoler og en-bit klemmer er let. Denne økonomiske model sikrer meget mere homogen tværsnitssektion, derfor arbejder kerner ofte med en mindre mængde varme positioner sammenlignet med forskellige layouts.

5) OG FARVER

E-kerner er billigere end pot-kerner, mens de har aspekterne af ligefrem spolevikling og ukompliceret samling. Gangvikling kan opnås for spolerne, der tages i brug ved hjælp af disse kerner.

E-kerner præsenterer aldrig, selv, afskærmning. Lamineringsstørrelse E-layout er designet til at rumme kommercielt tilgængelige spoler i tidligere tider, der er beregnet til at tilpasse stribestemplingen ved sædvanlige lamineringsmålinger.

Metrisk og DIN størrelser kan også findes. E-kerner er typisk indlejret i forskellige konsistenser og indretter en række tværsnitsarealer. Spoler til disse forskellige tværsnitsområder har tendens til at være tilgængelige kommercielt.

E-kerner installeres typisk i unikke retninger, hvis det foretrækkes, giver en lavprofil.
Spoler til trykte kredsløb kan findes til fastgørelse med lav profil.

E-kerner er velkendte designs på grund af deres mere overkommelige pris, nem montering og opvikling og den organiserede udbredelse af et sortiment af hardware.

6) PLANAR OG FARVER

Planar E-kerner findes i stort set alle IEC-konventionelle målinger sammen med flere supplerende kapaciteter.

Magnetics R-materiale matches perfekt til plane former på grund af dets reducerede AC-kernetab og minimale tab ved 100 ° C.

Planlayouter har i de fleste tilfælde lave svingantal og behagelig termisk spredning i modsætning til standardferrittransformatorer, og derfor fører de ideelle designs til plads og effektivitet til øgede fluxdensiteter. I disse variationer er den samlede ydelsesfordel ved R-materiale principielt ret bemærkelsesværdig.

Benets spændvidde og vindueshøjde (B- og D-forhold) er fleksible til individuelle formål uden nyt værktøj. Dette gør det muligt for udvikleren at finjustere de færdige kernespecifikationer, så de passer nøjagtigt med den plane lederstabelhøjde og mangler plads.

Klip og klipspalter tilbydes i adskillige tilfælde, der kan være specifikt effektive til prototyper. I-kerner er desuden foreslået standard, hvilket muliggør endnu mere tilpasningsevne i layout.

E-I plane mønstre er nyttige for at muliggøre effektiv ansigtsblanding i høj bulkproduktion såvel som til at skabe gabede induktorkerner, hvorved frynsede træk skal overvejes grundigt på grund af den plane struktur.

7) EC, ETD, EER AND ER CORES

Disse typer mønstre er en blanding mellem E-kerner og pot-kerner. Ligesom E-kerner leverer de et enormt hul på begge sider. Dette giver tilfredsstillende plads til de større ledninger, der er nødvendige for strømforsyninger med reduceret udgangsspænding.

Bortset fra at det garanterer en luftcirkulation, der fastholder konstruktionen koldere.

Mellemstykket er cirkulært, meget lig pottekernens. Et af de positive aspekter ved den cirkulære centrale søjle er, at viklingen bærer en mindre løbeperiode omkring sig (11% hurtigere) sammenlignet med ledningen omkring en firkantet central søjle med det samme tværsnitsareal.

Dette reducerer tabet af viklingerne med 11% og gør det også muligt for kernen at klare en forbedret outputevne. Den cirkulære midterste søjle minimerer desuden den spidsede fold i kobberet, der transpirerer med vikling på en firkantet central søjle.

8) TOROIDER

Toroider er omkostningseffektive at producere, det er billigste af de mest relevante kerneudformninger. Fordi ingen spole bliver nødvendig, er tilbehør og opsætningsafgifter ubetydelige.

Opvikling er afsluttet på toroidformet viklingsudstyr. Afskærmningsattribut er ret sund.

Oversigt

Ferritgeometrier giver dig et stort valg i størrelser og stilarter. Når man vælger en kerne til strømforsyningsudnyttelse, skal specifikationerne vist i tabel 1 vurderes.

VALG AF TRANSFORMER KERNESTØRRELSE

Effektbehandlingsfunktionen på en transformerkerne er normalt betinget af dens WaAc-produkt, hvor Wa er det tilbudte kernevinduerum, og Ac er det nyttige kernetværsnit.

Mens ligningen ovenfor gør det muligt at ændre WaAc afhængigt af en bestemt kernegeometri, udnytter Pressman-teknikken topologi som den grundlæggende faktor og gør det muligt for producenten at udpege strømtæthed.

GENEREL INFORMATION

En perfekt transformer er kun en, der lover minimalt kernefald, mens den kræver det mindste rumvolumen.

Kernetabet i en bestemt kerne påvirkes specifikt af flux-tætheden sammen med frekvensen. Frekvens er den afgørende faktor for en transformer. Faradays lov indikerer, at når frekvensen øges, reduceres fluxdensiteten tilsvarende.

Kernetabende handler reducerer meget mere, hvis fluxdensiteten falder sammenlignet med når frekvensen stiger. Som en illustration ville kernefejlene sandsynligvis være omkring 400 mW / cm3, når en transformator drives ved 250 kHz og 2 kG på R-materiale ved 100 ° C.

Hvis frekvensen blev foretaget to gange, og de fleste andre begrænsninger blev uskadet som følge af Faradays lov, ville fluxdensiteten sandsynligvis vise sig at være 1 kg, og de resulterende kerneforbrug ville være omtrent 300 mW / cm3.

Standardferrit-transformere er kernetab begrænset fra 50 til 200 mW / cm3. Planmodeller kunne betjenes meget mere assertivt, op til 600 mW / cm3 på grund af mere fordelagtig strømafledning og betydeligt mindre kobber i viklingerne.

CIRCUIT Kategorier

En række grundlæggende tilbagemeldinger på de forskellige kredsløb er: Push-pull-kredsløbet er effektivt, da enheden forårsager tovejs anvendelse af en transformerkerne, der præsenterer et output med reduceret rippel. På trods af dette er kredsløb ekstra sofistikeret, og transformatorens kernemætning kan resultere i transistornedbrydning, når effekttransistorer har ulige skifteegenskaber.

Fremadgående kredsløb har billigere omkostninger og anvender kun en transistor. Ripple er minimal på grund af det faktum, at tilsyneladende stabil tilstandsstrøm strømmer i transformeren, uanset om transistoren er TIL eller FRA. Flyback-kredsløbet er ligetil og overkommelig. Derudover er EMI-problemer betydeligt mindre. På trods af dette er transformatoren større, og krusning er mere signifikant.

PUSH-PULL CIRCUIT

Et konventionelt push-pull kredsløb er vist i figur 2A. Fødespændingen er output fra et IC-netværk eller ur, der oscillerer transistorer skiftevis TIL og FRA. Højfrekvente firkantbølger på transistoroutputtet raffineres til sidst og genererer jævnstrøm.

KERNE I PUSH-PULL CIRCUIT

For ferrittransformatorer ved 20 kHz er det normalt velkendt fremgangsmåde at anvende ligning (4) med et fluxdensitetsniveau (B) på ± 2 kG max.

Dette kan tegnes af det farvede afsnit af Hysteresis Loop i figur 2B. Denne B-grad vælges hovedsageligt fordi det begrænsende aspekt ved valg af en kerne med denne frekvens er kernetab.

Ved 20 kHz, hvis transformeren er ideel til en fluxdensitet omkring mætning (som udført for mindre frekvenslayouter), vil kernen erhverve en ukontrolleret temperaturstigning.

Af den grund vil den mindre driftstæthed på 2 kG i de fleste tilfælde begrænse kernetabene og dermed hjælpe en overkommelig temperaturstigning i kernen.

Over 20 kHz maksimeres kernetab. For at udføre SPS ved hævede frekvenser er det vigtigt at udføre kernefluxhastigheder mindre end ± 2 kg. Figur 3 viser faldet i fluxniveauer for MAGNETICS 'P' ferritmateriale, der er afgørende for at bidrage med konstante 100mW / cm3 kernetab ved adskillige frekvenser med en optimal temperaturstigning på 25 ° C.

I fremføringskredsløbet, der er beskrevet i figur 4A, udføres transformeren i 1. kvadrant af Hysteresis-sløjfen. (Fig. 4B).

Unipolære impulser, der er implementeret i halvlederindretningen, får transformatorkernen til at blive drevet fra dens BR-værdi nær mætning. Da impulser er reduceret til nul, vender kernen tilbage til dens BR-hastighed.

For at være i stand til at opretholde en overlegen effektivitet opretholdes den primære induktans høj for at hjælpe med at reducere magnetiseringsstrømmen og mindske ledningsforstyrrelser. Dette indebærer, at kernen skal have et nul eller et minimum af luftstrømsåbning.




Forrige: Justerbar 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 15V dobbelt strømforsyningskredsløb Næste: Tilføjelse af en PWM Multi-gnist til biltændingskredsløb