Οδηγός επιλογής υλικού Ferrite Core για SMPS

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε πώς να επιλέγουμε υλικό πυρήνα φερρίτη με τις σωστές προδιαγραφές για να διασφαλίσουμε τη σωστή συμβατότητα με ένα δεδομένο σχεδιασμό κυκλώματος SMPS

Γιατί Ferrite Core

Ο φερρίτης είναι μια υπέροχη ουσία πυρήνα για μετασχηματιστές , μετατροπείς και επαγωγείς στο φάσμα συχνοτήτων 20 kHz έως 3 MHz, λόγω των πλεονεκτημάτων της μειωμένης δαπάνης πυρήνα και των ελάχιστων απωλειών πυρήνα.



Το Ferrite είναι ένα αποτελεσματικό υλικό για τροφοδοτικά μετατροπέα υψηλής συχνότητας (20 kHz έως 3 MHz).

Οι φερρίτες θα πρέπει να χρησιμοποιούνται στην προσέγγιση κορεσμού για λειτουργία χαμηλής ισχύος και χαμηλής συχνότητας (<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.



Το μοντέλο 2 μετασχηματιστών παρέχει εξαιρετική απόδοση, φανταστική ανθεκτικότητα συχνότητας και ελάχιστες ελλείψεις εναλλαγής.

Οι πυρήνες φερρίτη χρησιμοποιούνται συνήθως σε εκδόσεις μετασχηματιστή fly-back , που παρέχουν ελάχιστο βασικό κόστος, μειωμένο κόστος κυκλώματος και κορυφαία απόδοση τάσης. Οι πυρήνες σε σκόνη (MPP, High Flux, Kool Mμ®) παράγουν μαλακότερο κορεσμό, μεγαλύτερη Bmax και πιο πλεονεκτική σταθερότητα θερμοκρασίας και είναι συχνά η προτιμώμενη επιλογή σε πολλές χρήσεις ή επαγωγείς flyback.

Τα τροφοδοτικά υψηλής συχνότητας, είτε μετατροπείς όσο και μετατροπείς, προτείνουν φθηνότερη τιμή και μειωμένο βάρος και δομή σε σύγκριση με τις παραδοσιακές επιλογές ισχύος 60 hertz και 400 hertz.

Πολλοί πυρήνες σε αυτό το συγκεκριμένο τμήμα είναι τυπικά σχέδια που χρησιμοποιούνται συχνά στο επάγγελμα.

ΒΑΣΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

Συνιστώνται υλικά F, P και R, που διευκολύνουν τα ελάχιστα βασικά μειονεκτήματα και τη μέγιστη πυκνότητα ροής κορεσμού, για λειτουργικότητα υψηλής ισχύος / υψηλής θερμοκρασίας. Τα ελλείμματα πυρήνα υλικού P μειώνονται με θερμοκρασία έως 70 ° C Οι απώλειες υλικών R μειώνονται στους 100 ° C.

Τα υλικά J και W σάς παρέχουν ανώτερη αντίσταση για μεγάλους μετασχηματιστές, γεγονός που τα καθιστά επίσης προτεινόμενα για μετασχηματιστές ισχύος χαμηλού επιπέδου.

ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΚΥΡΙΟΥ

1) ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΧΡΩΜΑΤΑ

Τα Pot Cores, είναι κατασκευασμένα για να περικυκλώνουν το μπομπίνα πληγών. Αυτό διευκολύνει την προστασία του πηνίου από την επιλογή EMI από εξωτερικές εναλλακτικές λύσεις.

Οι αναλογίες του βασικού πυρήνα σχεδόν πάντοτε ακολουθούν τις προδιαγραφές IEC για να διασφαλίσουν ότι υπάρχει εναλλαξιμότητα μεταξύ των εταιρειών. Τόσο τα απλά όσο και τα τυπωμένα μασούρια κυκλώματος είναι
στην αγορά, όπως και το υλικό συναρμολόγησης και συναρμολόγησης.

Λόγω της διάταξής του, ο πυρήνας του ποτ είναι συνήθως ένας πυρήνας με υψηλότερες τιμές σε σύγκριση με διαφορετικές μορφές ανάλογου μεγέθους. Οι πυρήνες των δοχείων για ουσιαστικούς σκοπούς δεν είναι εύκολα προσβάσιμοι.

2) ΔΙΠΛΗ ΠΛΑΚΑ ΚΑΙ RM CORES

Οι συμπαγείς κεντρικοί πυρήνες με πλευρική πλάκα είναι παρόμοιοι με τους πυρήνες των δοχείων, αλλά έχουν όμως ένα τμήμα ελαχιστοποίησης σε οποιοδήποτε μέρος της φούστας. Ουσιαστικές εισόδους καθιστούν δυνατή την τοποθέτηση μεγαλύτερων καλωδίων και συμβάλλει στην εξάλειψη της θερμότητας από την εγκατάσταση.

RM χρώματα είναι παρόμοια με τους πυρήνες των δοχείων, ωστόσο έχουν σχεδιαστεί για να περιορίσουν την περιοχή των pcb, παρέχοντας τουλάχιστον 40% μειώσεις στον χώρο εγκατάστασης.

Διατίθεται τυπωμένο κύκλωμα ή απλά μασούρια. Οι απλοί σφιγκτήρες 1 μονάδας επιτρέπουν την κατασκευή χωρίς προβλήματα. Κάτω περίγραμμα είναι εφικτή.

Το ανθεκτικό μεσαίο κομμάτι αποδίδει λιγότερη απώλεια πυρήνα η οποία με τη σειρά της εξαλείφει τη συσσώρευση θερμότητας.

3) CORES EP

Τα EP Cores είναι κυκλικά κυλινδρικά κυκλικά σχέδια που περιβάλλουν πλήρως το πηνίο με εξαίρεση τους ακροδέκτες της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος. Η συγκεκριμένη εμφάνιση εξαλείφει την επίδραση των ρωγμών ροής αέρα που δημιουργούνται στα τοιχώματα ζευγαρώματος στο μαγνητικό ίχνος και σας δίνει μια πιο σημαντική αναλογία όγκου προς την απόλυτη περιοχή που χρησιμοποιείται. Η προστασία από τα RF είναι πολύ καλή.

4) ΧΡΩΜΑΤΑ PQ

Οι πυρήνες PQ προορίζονται ξεχωριστά για τροφοδοτικά εναλλαγής. Η διάταξη επιτρέπει μια μεγιστοποιημένη αναλογία χύδην προς περιοχή περιελίξεως και επιφάνεια.

Επομένως, τόσο η βέλτιστη επαγωγικότητα όσο και η επιφάνεια περιέλιξης μπορούν να επιτευχθούν με την απόλυτη ελάχιστη διάσταση του πυρήνα.

Οι πυρήνες ως αποτέλεσμα παρέχουν τη βέλτιστη ισχύ ισχύος με την ελάχιστα συναρμολογημένη μάζα και διάσταση μετασχηματιστή, καθώς και καταλαμβάνοντας ένα γυμνό ελάχιστο επίπεδο χώρου στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος.

Η εγκατάσταση με μπομπίνας τυπωμένου κυκλώματος και σφιγκτήρες ενός bit γίνεται εύκολη. Αυτό το οικονομικό μοντέλο διασφαλίζει πολύ πιο ομοιογενή τομή διατομής, συνεπώς οι πυρήνες συχνά λειτουργούν με μικρότερη ποσότητα θερμών θέσεων σε σύγκριση με διαφορετικές διατάξεις.

5) ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ

Οι πυρήνες E είναι φθηνότεροι από τους πυρήνες δοχείων, ενώ έχουν τις πτυχές της απλής περιέλιξης μπομπίνας και της απλής συναρμολόγησης. Η τύλιξη των συμμοριών είναι εφικτή για τα μασούρια που χρησιμοποιούνται με χρήση αυτών των πυρήνων.

Οι πυρήνες δεν παρουσιάζουν ποτέ, το ίδιο, αυτοπροστατευτικό. Οι διατάξεις μεγέθους Ε πλαστικοποίησης έχουν σχεδιαστεί για να φιλοξενούν εμπορικά προσβάσιμες μπομπίνες στο παρελθόν και προορίζονται να συμμορφώνονται με τις σφραγίδες των συνηθισμένων μετρήσεων ελασματοποίησης.

Μετρικό και Μεγέθη DIN μπορεί επίσης να βρεθεί. Οι πυρήνες E είναι συνήθως ενσωματωμένοι σε διάφορες συνέπειες, παρέχοντας μια ποικιλία περιοχών διατομής. Μασούρια για αυτές τις διάφορες περιοχές διατομής τείνουν να είναι προσβάσιμα στο εμπόριο.

Οι ηλεκτρονικοί πυρήνες συνήθως εγκαθίστανται σε μοναδικούς προσανατολισμούς, σε περίπτωση που προτιμάται, παρέχουν χαμηλό προφίλ.
Μπορούν να βρεθούν μασούρια τυπωμένου κυκλώματος για στερέωση χαμηλού προφίλ.

Οι ηλεκτρονικοί πυρήνες είναι γνωστά σχέδια λόγω της πιο προσιτής τιμής, της ευκολίας συναρμολόγησης και της περιέλιξης, και της οργανωμένης επικράτησης μιας ποικιλίας υλικού.

6) ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ

Οι πυρηνικοί πυρήνες Ε βρίσκονται σχεδόν σε όλες τις συμβατικές μετρήσεις IEC, μαζί με αρκετές συμπληρωματικές χωρητικότητες.

Το υλικό Magnetics R ταιριάζει άψογα με τα επίπεδα σχήματα λόγω των μειωμένων απωλειών του πυρήνα AC και των ελάχιστων απωλειών στους 100 ° C.

Οι επίπεδες διατάξεις στις περισσότερες περιπτώσεις έχουν χαμηλούς αριθμούς στροφής και ευχάριστο θερμικό διασκεδασμό σε αντίθεση με τους τυπικούς μετασχηματιστές φερρίτη και για το λόγο αυτό τα ιδανικά σχέδια για χώρο και αποτελεσματικότητα οδηγούν σε αυξημένη πυκνότητα ροής. Σε αυτές τις παραλλαγές, το συνολικό πλεονέκτημα απόδοσης του υλικού R είναι κυρίως αρκετά αξιοσημείωτο.

Το ύψος των ποδιών και το ύψος των παραθύρων (αναλογίες B και D) είναι εύκαμπτα για μεμονωμένους σκοπούς χωρίς νέα εργαλεία. Αυτό καθιστά δυνατό για τον προγραμματιστή να τελειοποιήσει τις τελικές προδιαγραφές πυρήνα ώστε να ταιριάζει με ακρίβεια με την ανύψωση της στοίβας του αγωγού, χωρίς έλλειψη χώρου.

Τα κλιπ και οι κουλοχέρηδες κλιπ προσφέρονται σε πολλές περιπτώσεις, οι οποίες θα μπορούσαν να είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές για το πρωτότυπο. Επιπλέον, οι I-core προτείνονται ως πρότυπο, το οποίο επιτρέπει ακόμη μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα στη διάταξη.

Τα επίπεδα σχέδια E-I είναι χρήσιμα για να επιτρέψουν την αποτελεσματική ανάμειξη προσώπων στην παραγωγή μεγάλου όγκου, καθώς και για τη δημιουργία πυρήνων επαγωγικού πτερυγίου, όπου οι ελικοειδείς απολήξεις πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη λόγω της επίπεδης δομής.

7) ΕΚ, ETD, EER ΚΑΙ ER CORES

Αυτοί οι τύποι προτύπων είναι ένας συνδυασμός μεταξύ πυρήνων Ε και πυρήνων δοχείων. Όπως και οι πυρήνες του Ε, προσφέρουν ένα τεράστιο κενό και στις δύο πλευρές. Αυτό επιτρέπει ικανοποιητικό χώρο για τα καλώδια μεγαλύτερου μεγέθους που είναι απαραίτητα για τροφοδοτικά μειωμένης τάσης εξόδου.

Εκτός από αυτό εγγυάται την κυκλοφορία του αέρα που διατηρεί την κατασκευή πιο κρύα.

Το μεσαίο κομμάτι είναι κυκλικό, πολύ παρόμοιο με αυτό του πυρήνα του δοχείου. Μία από τις θετικές πτυχές του κυκλικού κεντρικού πυλώνα είναι ότι η περιέλιξη φέρει μια μικρότερη περίοδο πορείας γύρω της (11% γρηγορότερα) σε σύγκριση με το σύρμα γύρω από έναν κεντρικό πυλώνα τετραγωνικού τύπου με μια πολύ ίδια περιοχή διατομής.

Αυτό μειώνει τις απώλειες των περιελίξεων κατά 11% και επιτρέπει επίσης στον πυρήνα να αντιμετωπίσει μια βελτιωμένη ικανότητα εξόδου. Ο κυκλικός κεντρικός στύλος ελαχιστοποιεί επιπλέον την αιχμηρή αναδίπλωση στο χαλκό που εμφανίζεται με περιέλιξη σε έναν κεντρικό πυλώνα τετραγωνικού τύπου.

8) ΤΟΡΕΙΔΙΑ

Τα τοροειδή είναι οικονομικά αποδοτικά για την παραγωγή, συνεπώς, αυτά είναι τα λιγότερο ακριβά από τα πιο σχετικά βασικά σχέδια. Επειδή δεν χρειάζεται καθόλου μπομπίνα, αξεσουάρ και ρύθμιση φορτίων είναι αμελητέα.

Η περιέλιξη ολοκληρώνεται με τοροειδές εξοπλισμό περιέλιξης. Το χαρακτηριστικό Shielding είναι πολύ καλό.

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ

Οι γεωμετρίες Ferrite σας προσφέρουν μια τεράστια επιλογή σε μεγέθη και στυλ. Κατά την επιλογή ενός πυρήνα για χρήση ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να αξιολογούνται οι προδιαγραφές που εμφανίζονται στον Πίνακα 1.

ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΓΕΘΟΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ

Η ικανότητα επεξεργασίας ισχύος σε έναν πυρήνα μετασχηματιστή εξαρτάται συνήθως από το προϊόν WaAc, στο οποίο το Wa είναι ο προσφερόμενος κεντρικός χώρος παραθύρου και το Ac είναι ο χρήσιμος χώρος διατομής πυρήνα.

Ενώ η παραπάνω εξίσωση επιτρέπει στο WaAc να τροποποιηθεί ανάλογα με τη συγκεκριμένη γεωμετρία του πυρήνα, η τεχνική Pressman εκμεταλλεύεται την τοπολογία ως τον θεμελιώδη παράγοντα και επιτρέπει στον κατασκευαστή να ορίσει την τρέχουσα πυκνότητα.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ

Ένας τέλειος μετασχηματιστής είναι μόνο ένας που υπόσχεται ελάχιστη πτώση του πυρήνα ενώ απαιτεί τον ελάχιστο όγκο δωματίου.

Η απώλεια πυρήνα σε έναν συγκεκριμένο πυρήνα επηρεάζεται ειδικά από την πυκνότητα ροής μαζί με τη συχνότητα. Η συχνότητα είναι ο κρίσιμος παράγοντας για έναν μετασχηματιστή. Ο νόμος του Faraday δείχνει ότι όσο αυξάνεται η συχνότητα, η πυκνότητα ροής μειώνεται αντίστοιχα.

Οι απώλειες πυρήνα μειώνουν πολύ περισσότερα σε περίπτωση πτώσης της πυκνότητας ροής σε σύγκριση με την αύξηση της συχνότητας. Ως παράδειγμα, όταν ένας μετασχηματιστής λειτουργεί στα 250 kHz και 2 kG σε υλικό R στους 100 ° C, οι αστοχίες πυρήνα πιθανότατα θα είναι περίπου 400 mW / cm3.

Εάν η συχνότητα έγινε δύο φορές και οι περισσότεροι άλλοι περιορισμοί δεν είχαν πληγεί, ως αποτέλεσμα του νόμου του Faraday, η πυκνότητα ροής πιθανότατα θα αποδειχθεί 1kG και οι απορρίψεις πυρήνα που προκύπτουν θα είναι περίπου 300mW / cm3.

Οι τυπικοί μετασχηματιστές φερρίτη περιορίζονται στην απώλεια πυρήνα που κυμαίνεται από 50- 200mW / cm3. Τα επίπεδα μοντέλα θα μπορούσαν να λειτουργήσουν πολύ πιο επιθετικά, έως 600 mW / cm3, λόγω της πιο πλεονεκτικής απόδοσης ισχύος και σημαντικά λιγότερο χαλκού στις περιελίξεις.

Κατηγορίες ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ

Ένας αριθμός βασικών ανατροφοδοτήσεων για τα διάφορα κυκλώματα είναι: Το κύκλωμα ώθησης-έλξης είναι αποτελεσματικό, καθώς η συσκευή προκαλεί αμφίδρομη χρήση ενός πυρήνα μετασχηματιστή, παρουσιάζοντας μια έξοδο με μειωμένη κυματισμό. Παρ 'όλα αυτά, το κύκλωμα είναι εξαιρετικά εξελιγμένο και ο κορεσμός του πυρήνα του μετασχηματιστή μπορεί να οδηγήσει σε διακοπή τρανζίστορ όταν τα τρανζίστορ ισχύος έχουν άνισες ιδιότητες μεταγωγής.

Τα κυκλώματα προώθησης τροφοδοσίας είναι φθηνότερα στο κόστος, εφαρμόζοντας μόνο ένα τρανζίστορ. Το Ripple είναι ελάχιστο λόγω του γεγονότος ότι τα ρεύματα φαινομενικά σταθερού ρεύματος ρέουν στον μετασχηματιστή, ανεξάρτητα από το αν το τρανζίστορ είναι ON ή OFF. Το κύκλωμα flyback είναι απλό και προσιτό. Επιπλέον, τα ζητήματα EMI είναι σημαντικά λιγότερα. Παρ 'όλα αυτά, ο μετασχηματιστής είναι μεγαλύτερος και ο κυματισμός είναι πιο σημαντικός.

ΚΥΚΛΩΜΑ PUSH-PULL

Ένα συμβατικό κύκλωμα ώθησης-έλξης παρουσιάζεται στο Σχήμα 2Α. Η τάση τροφοδοσίας είναι η έξοδος ενός δικτύου IC ή ενός ρολογιού, το οποίο ταλαντεύεται τα τρανζίστορ εναλλακτικά ON και OFF. Τα τετραγωνικά κύματα υψηλής συχνότητας στην έξοδο τρανζίστορ τελικά τελειοποιούνται, δημιουργώντας dc.

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ ΣΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΠΛΑΣΤΙΚΟΥ

Για μετασχηματιστές φερρίτη, στα 20 kHz, είναι συνήθως πολύ γνωστή διαδικασία η χρήση εξίσωσης (4) με επίπεδο πυκνότητας ροής (B) ± 2 kG max.

Αυτό μπορεί να σχεδιαστεί από το έγχρωμο τμήμα του βρόχου υστέρησης στο σχήμα 2Β. Αυτός ο βαθμός Β επιλέγεται κυρίως επειδή η περιοριστική πτυχή της επιλογής ενός πυρήνα με αυτή τη συχνότητα είναι η απώλεια πυρήνα.

Στα 20 kHz, εάν ο μετασχηματιστής είναι ιδανικός για πυκνότητα ροής γύρω από τον κορεσμό (όπως πραγματοποιείται για διατάξεις μικρότερης συχνότητας), ο πυρήνας πρόκειται να αποκτήσει μια ανεξέλεγκτη αύξηση θερμοκρασίας.

Για το λόγο αυτό, η μικρότερη πυκνότητα ροής λειτουργίας 2 kG στις περισσότερες περιπτώσεις θα περιορίσει τις απώλειες πυρήνα, βοηθώντας κατά συνέπεια μια προσιτή αύξηση της θερμοκρασίας στον πυρήνα.

Πάνω από 20 kHz, οι απώλειες πυρήνα μεγιστοποιούνται. Για να εκτελέσετε το SPS σε αυξημένες συχνότητες, είναι σημαντικό να εκτελέσετε τους ρυθμούς ροής πυρήνα μικρότερους από ± 2 kg. Το Σχήμα 3 δείχνει την πτώση των επιπέδων ροής για το υλικό φερρίτη MAGNETICS 'P' ζωτικής σημασίας για τη συμβολή σταθερών απωλειών πυρήνα 100mW / cm3 σε πολλές συχνότητες, με βέλτιστη αύξηση θερμοκρασίας 25 ° C.

Στο κύκλωμα προώθησης τροφοδοσίας που φαίνεται στο Σχήμα 4Α, ο μετασχηματιστής εκτελείται στο 1ο τεταρτημόριο του βρόχου υστέρησης. (Εικ. 4Β).

Οι μονοπολικοί παλμοί που εφαρμόζονται στη συσκευή ημιαγωγών φέρνουν τον πυρήνα του μετασχηματιστή να τροφοδοτείται από την τιμή BR κοντά στον κορεσμό. Καθώς οι παλμοί μειώνονται στο μηδέν, ο πυρήνας επανέρχεται στον ρυθμό BR.

Για να διατηρηθεί μια ανώτερη απόδοση, η πρωταρχική αυτεπαγωγή διατηρείται υψηλή για να βοηθήσει στη μείωση του ρεύματος μαγνητισμού και στη μείωση των συρμάτων. Αυτό σημαίνει ότι ο πυρήνας πρέπει να έχει μηδέν ή γυμνό ελάχιστο άνοιγμα ροής αέρα.




Προηγούμενο: Ρυθμιζόμενο κύκλωμα τροφοδοσίας 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 15V Επόμενο: Προσθήκη PWM Multi-spark στο Automobile Ignition Circuit