Ghid de selecție a materialului cu bază de ferită pentru SMPS

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





În acest post vom învăța cum să selectăm materialul de miez de ferită cu specificațiile corecte pentru a asigura compatibilitatea corectă cu un anumit proiect de circuit SMPS

De ce miez de ferită

Ferita este o substanță de bază minunată pentru transformatoare , invertoare și inductoare în spectrul de frecvențe de la 20 kHz la 3 MHz, datorită beneficiilor reducerii cheltuielilor de bază și a pierderilor minime de bază.



Ferita este un produs eficient pentru sursele de alimentare cu invertor de înaltă frecvență (20 kHz la 3 MHz).

Feritele ar trebui utilizate în abordarea de saturare pentru o funcționare de joasă putere, cu frecvență joasă (<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.



Modelul cu 2 transformatoare oferă o eficiență extraordinară durabilitate fantastică a frecvenței și reduceri minime de comutare.

Miezurile de ferită sunt utilizate în mod obișnuit în versiunile de transformare fly-back , care asigură un cost minim de bază, cheltuieli reduse ale circuitului și eficiență de tensiune maximă Miezurile de pulbere (MPP, High Flux, Kool Mμ®) produc o saturație mai moale, o Bmax mai mare și o constanță de temperatură mai avantajoasă și este adesea opțiunea preferată într-o serie de utilizări sau inductori flyback.

Sursele de energie de înaltă frecvență, fie invertoare, cât și convertoare, propun un preț mai ieftin și o greutate și o structură reduse în comparație cu opțiunile tradiționale de putere de 60 Hz și 400 Hz.

Mai multe nuclee din acest segment specific sunt modele tipice utilizate frecvent în profesie.

MATERIALE MIELE

Materialele F, P și R, care facilitează dezavantajele minime ale miezului și densitatea maximă a fluxului de saturație, sunt recomandate pentru funcționalitate cu putere ridicată / temperatură ridicată. Deficiențele de bază ale materialului P scad cu o temperatură de până la 70 ° C Pierderile de materiale R scad până la 100 ° C.

Materialele J și W vă oferă o impedanță superioară pentru transformatoarele largi, ceea ce le face recomandate și pentru transformatoarele de putere de nivel scăzut.

GEOMETRII MIELE

1) POATE CULORI

Pot Cores, sunt fabricate pentru a înconjura destul de mult bobina înfășurată. Acest lucru facilitează protejarea bobinei de preluarea EMI din alternative externe.

Proporțiile miezului potului se mențin aproape în totalitate la specificațiile IEC pentru a se asigura că există interschimbabilitate între companii. Atât bobinele simple, cât și cele cu circuit imprimat sunt
pe piață, la fel și hardware-ul de montare și asamblare.

Datorită aspectului său, nucleul potului este de obicei un nucleu cu preț mai ridicat în comparație cu diferite formate de o dimensiune analogă. Miezurile de pot pentru scopuri de putere substanțiale nu sunt ușor accesibile.

2) PLĂCĂ DUBLĂ ȘI MIEZI RM

Miezurile stâlpilor centrali solizi laterali sunt similari cu miezurile de ghiveci, dar totuși au un segment minim pe ambele părți ale fustei. Intrările substanțiale fac posibilă depunerea unor fire mai mari și contribuie la eliminarea căldurii din instalație.

Culori RM sunt similare cu nucleele de pot, totuși sunt concepute pentru a reduce zona PCB, oferind o reducere de minimum 40% a spațiului de instalare.

Se pot obține circuite imprimate sau bobine simple. Clemele simple de 1 unitate permit construirea fără probleme. Se poate realiza un contur inferior.

Piesa mijlocie robustă oferă mai puține pierderi de miez, care la rândul lor elimină acumularea de căldură.

3) MIELE EP

Nucleele EP sunt modele cubice circulare cu post central, care înconjoară serios bobina, cu excepția bornelor plăcii de circuite imprimate. Aspectul specific elimină influența crăpăturilor de flux de aer stabilite la pereții de împerechere din pista magnetică și vă oferă un raport de volum mai semnificativ față de aria absolută utilizată. Protejarea împotriva RF este destul de mare.

4) CULORI PQ

Miezurile PQ sunt destinate în mod distinct surselor de alimentare cu comutare. Aspectul permite un raport maximizat între volumul și zona de înfășurare și suprafața.

Prin urmare, atât inductanța optimă, cât și suprafața de înfășurare sunt realizabile cu dimensiunea minimă absolută a miezului.

În consecință, miezurile oferă o putere de ieșire optimă cu masa și dimensiunea transformatorului cel mai puțin asamblate, împreună cu ocuparea unui nivel minim de spațiu pe placa de circuit imprimat.

Configurarea cu bobine cu circuit imprimat și cleme de un bit este ușoară. Acest model economic asigură o secțiune transversală mult mai omogenă, prin urmare miezurile funcționează adesea cu o cantitate mai mică de poziții fierbinți în comparație cu diferite planuri.

5) ȘI CULORI

Miezurile E sunt mai ieftine decât miezurile de pot, având în același timp aspectele legate de bobinarea simplă a bobinei și asamblarea necomplicată. Înfășurarea în bandă este realizabilă pentru bobinele folosite folosind aceste miezuri.

Miezurile E nu prezintă niciodată, cu toate acestea, auto-ecranare. Planurile de mărime a laminării E sunt concepute pentru a găzdui bobine accesibile comercial în vremuri trecute menite să conformeze ștampilele în bandă ale măsurătorilor de laminare obișnuite.

Metric și Dimensiuni DIN poate fi, de asemenea, găsit. Miezurile E sunt de obicei încorporate în diverse consistențe, oferind o varietate de secțiuni transversale. Bobinele pentru aceste diferite secțiuni transversale tind să fie accesibile comercial.

Miezurile E sunt de obicei instalate în orientări unice, dacă este preferat, acordă un profil redus.
Bobinele cu circuite imprimate pot fi găsite pentru fixarea cu profil redus.

Miezurile E sunt modele binecunoscute datorită ratei lor mai accesibile, comodității de asamblare și înfășurare și prevalenței organizate a unui sortiment de hardware.

6) PLANARE ȘI CULORI

Miezurile planare E pot fi găsite în practic toate măsurătorile convenționale IEC, împreună cu mai multe capacități suplimentare.

Materialul Magnetics R se potrivește perfect cu formele plane datorită pierderilor reduse ale miezului de curent alternativ și pierderilor minime la 100 ° C.

Dispunerile plane în majoritatea cazurilor au un număr redus de viraje și o disipare termică agreabilă spre deosebire de transformatoarele standard de ferită și, din acest motiv, proiectările ideale pentru spațiu și eficacitate duc la creșterea densității fluxului. În aceste variații, avantajul general al performanței materialului R este în principal destul de notabil.

Extinderea piciorului și înălțimea ferestrei (proporțiile B și D) sunt flexibile pentru scopuri individuale, fără scule noi. Acest lucru face posibil ca dezvoltatorul să regleze cu precizie specificațiile de bază finalizate pentru a se potrivi cu precizie cu elevația stivei de conductori planari, lipsită de spațiu cheltuit.

Clipurile și sloturile pentru clipuri sunt oferite în numeroase cazuri, care ar putea fi eficiente în mod specific pentru prototipare. I-core-urile sunt în plus standarde propuse, care permit o adaptabilitate și mai mare în aspect.

Modelele planare E-I sunt la îndemână pentru a permite amestecarea eficientă a feței în producția în vrac ridicată, precum și pentru crearea de miezuri inductoare deschise, prin care tragerile de frânare trebuie să fie considerate cu atenție din cauza structurii plane.

7) MIEZELE CE, ETD, EER ȘI ER

Aceste tipuri de modele sunt un amestec între nucleele E și nucleele pot. La fel ca nucleele E, ele oferă un decalaj enorm pe ambele părți. Acest lucru permite o cameră satisfăcătoare pentru firele de dimensiuni mai mari necesare pentru alimentarea cu tensiune redusă în modul comutat.

În afară de aceasta, garantează o circulație a aerului care menține construcția mai rece.

Piesa din mijloc este circulară, foarte asemănătoare cu cea a miezului ghiveciului. Unul dintre aspectele pozitive ale stâlpului central circular este că înfășurarea poartă o perioadă mai mică de parcurs în jurul său (cu 11% mai rapid) în comparație cu firul din jurul unui stâlp central de tip pătrat cu aceeași zonă a secțiunii transversale.

Acest lucru reduce pierderile înfășurărilor cu 11% și, de asemenea, face posibil ca nucleul să facă față unei capacități de ieșire îmbunătățite. Stâlpul central circular minimizează în plus faldul cu țepi din cupru care transpare cu înfășurare pe un stâlp central de tip pătrat.

8) TOROIDE

Toroizii sunt rentabili pentru a produce în consecință, acestea fiind cel mai puțin costisitoare dintre cele mai relevante modele de bază. Deoarece nu devine necesară bobina, accesoriile și taxele de instalare sunt neglijabile.

Înfășurarea este finalizată pe echipamentele de înfășurare toroidală. Atributul de ecranare este destul de sunet.

Prezentare generală

Geometriile de ferită vă oferă o gamă largă de mărimi și stiluri. Atunci când alegeți un miez pentru utilizările sursei de alimentare, specificațiile afișate în tabelul 1 ar trebui evaluate.

SELECȚIA MĂRIMII MIEZILOR TRANSFORMATORULUI

Capacitatea de procesare a puterii pe un miez de transformator depinde de obicei de produsul său WaAc, în care Wa este spațiul de fereastră oferit, iar Ac este spațiul util pentru secțiunea transversală a miezului.

În timp ce ecuația de mai sus permite WaAc să fie modificat în funcție de geometria miezului particular, tehnica Pressman profită de topologie ca factor fundamental și permite producătorului să desemneze densitatea de curent.

INFORMAȚII GENERALE

Un transformator perfect este doar unul care promite un declin minim al miezului în timp ce solicită cel mai mic volum de cameră.

Pierderea nucleului într-un anumit nucleu este afectată în mod specific de densitatea fluxului împreună cu frecvența. Frecvența este factorul crucial în ceea ce privește un transformator. Legea lui Faraday indică faptul că, pe măsură ce frecvența se accelerează, densitatea fluxului se reduce în mod corespunzător.

Tranzacțiile cu pierderi de bază reduc mult mai mult în cazul în care densitatea fluxului scade în comparație cu când crește frecvența. Ca o ilustrație, atunci când un transformator funcționează la 250 kHz și 2 kG pe materialul R la 100 ° C, defecțiunile miezului ar fi probabil în jur de 400 mW / cm3.

Dacă frecvența a fost făcută de două ori și majoritatea celorlalte limitări nevătămate, ca urmare a legii lui Faraday, densitatea fluxului s-ar dovedi probabil a fi de 1kG și reducerile rezultate ale miezului ar fi aproximativ 300mW / cm3.

Transformatoarele standard de putere din ferită sunt limitate la pierderi de miez, variind de la 50 la 200mW / cm3. Modelele plane ar putea fi operate mult mai asertiv, până la 600 mW / cm3, datorită disipării mai avantajoase a puterii și semnificativ mai puțin cupru în înfășurări.

Categorii CIRCUIT

Un număr de feedback de bază asupra mai multor circuite sunt: ​​Circuitul push-pull este eficient, deoarece dispozitivul provoacă utilizarea bidirecțională a unui miez de transformator, prezentând o ieșire cu o ondulație redusă. În ciuda acestui fapt, circuitele sunt extrem de sofisticate, iar saturația miezului transformatorului poate duce la defectarea tranzistorului atunci când tranzistoarele de putere au proprietăți de comutare inegale.

Circuitele de alimentare directă au un cost mai mic, aplicând doar un tranzistor. Ripple-ul este minim datorită faptului că curenții de stare aparent stabili se transformă în transformator, indiferent dacă tranzistorul este PORNIT sau OPRIT. Circuitul flyback este simplu și accesibil. În plus, problemele EMI sunt considerabil mai mici. În ciuda acestui fapt, transformatorul este mai mare și ondularea este mai semnificativă.

CIRCUIT PUSH-PULL

Un circuit convențional push-pull este prezentat în Figura 2A. Tensiunea de alimentare este ieșirea unei rețele IC sau a unui ceas, care oscilează tranzistorii alternativ ON și OFF. Undele pătrate de înaltă frecvență pe ieșirea tranzistorului sunt în cele din urmă rafinate, generând curent continuu.

MIEZUL CIRCUITULUI PUSH-PULL

Pentru transformatoarele de ferită, la 20 kHz, este de obicei proces bine cunoscut să se utilizeze ecuația (4) cu un nivel al densității fluxului (B) de ± 2 kG max.

Acest lucru poate fi trasat de secțiunea colorată a buclei de histerezis din figura 2B. Acest grad B este selectat în principal deoarece aspectul restrictiv al selectării unui nucleu cu această frecvență este pierderea nucleului.

La 20 kHz, dacă transformatorul este ideal pentru o densitate a fluxului în jurul saturației (așa cum se realizează pentru schemele de frecvență mai mici), miezul va dobândi o creștere de temperatură necontrolată.

Din acest motiv, densitatea fluxului de funcționare mai mică de 2 kG va limita în majoritatea cazurilor pierderile de miez, contribuind, în consecință, la o creștere accesibilă a temperaturii în miez.

Peste 20 kHz, pierderile de bază se maximizează. Pentru a executa SPS la frecvențe ridicate, este important să se execute rate de flux de bază mai mici de ± 2 kg. Figura 3 prezintă scăderea nivelurilor de flux pentru materialul de ferită MAGNETICS „P” vital pentru a contribui la pierderi constante de miez de 100mW / cm3 la numeroase frecvențe, cu o creștere optimă a temperaturii de 25 ° C.

În circuitul de alimentare înainte prezentat în figura 4A, transformatorul se execută în primul cadran al buclei de histerezis. (Fig. 4B).

Impulsurile unipolare implementate pe dispozitivul semiconductor determină miezul transformatorului să fie alimentat de la valoarea sa BR aproape de saturație. Pe măsură ce impulsurile sunt reduse la zero, nucleul revine la rata sa BR.

Pentru a putea menține o eficiență superioară, inductanța primară este menținută ridicată pentru a ajuta la reducerea curentului de magnetizare și la diminuarea tragerilor de sârmă. Aceasta implică necesitatea ca nucleul să aibă o deschidere a fluxului de aer zero sau minim.




Precedent: Circuit dublu de alimentare reglabil 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 15V În continuare: Adăugarea unui PWM Multi-spark la circuitul de aprindere a automobilului