Guide de sélection des matériaux de noyau en ferrite pour SMPS

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Dans cet article, nous apprenons à sélectionner le matériau du noyau en ferrite avec les spécifications correctes pour assurer une compatibilité appropriée avec une conception de circuit SMPS donnée

Pourquoi le noyau de ferrite

La ferrite est une substance de base merveilleuse pour transformateurs , onduleurs et inductances dans le spectre de fréquences de 20 kHz à 3 MHz, en raison des avantages d'une réduction des dépenses de cœur et des pertes de cœur minimales.



La ferrite est un matériau efficace pour les alimentations à onduleur haute fréquence (20 kHz à 3 MHz).

Les ferrites doivent être utilisés dans l'approche saturante pour un fonctionnement à faible puissance et à basse fréquence (<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.



Le modèle à 2 transformateurs offre une efficacité extraordinaire, une durabilité de fréquence fantastique et des abaissements de commutation minimaux.

Les noyaux de ferrite sont couramment utilisés dans les versions de transformateur fly-back , qui offrent un coût de base minimal, des dépenses de circuit réduites et une efficacité de tension maximale. Les noyaux en poudre (MPP, High Flux, Kool Mμ®) produisent une saturation plus douce, un Bmax supérieur et une constance de température plus avantageuse et sont souvent l'option préférée dans un certain nombre d'utilisations ou d'inducteurs de retour.

Les alimentations haute fréquence, qu'il s'agisse d'onduleurs ou de convertisseurs, proposent des prix moins chers, un poids et une structure réduits par rapport aux options d'alimentation traditionnelles de 60 hertz et 400 hertz.

Plusieurs noyaux dans ce segment spécifique sont des conceptions typiques fréquemment utilisées dans la profession.

MATÉRIAUX DE BASE

Les matériaux F, P et R, facilitant les inconvénients minimaux du noyau et la densité de flux de saturation maximale, sont recommandés pour une fonctionnalité haute puissance / haute température. Les déficits du cœur en matériau P diminuent lorsque la température atteint 70 ° C. Les pertes de matière R diminuent jusqu'à 100 ° C.

Les matériaux J et W vous offrent une impédance supérieure pour les transformateurs larges, ce qui les rend également recommandés pour les transformateurs de puissance de bas niveau.

GÉOMÉTRIES DE BASE

1) PEUT COULEURS

Les noyaux de pot sont fabriqués pour encercler à peu près la bobine bobinée. Cela facilite la protection de la bobine contre le prélèvement des EMI à partir d'alternatives extérieures.

Les proportions du noyau du pot sont pratiquement toutes conformes aux spécifications CEI pour garantir qu'il existe une interchangeabilité entre les entreprises. Les bobines de circuits simples et imprimés sont
sur le marché, tout comme le matériel de montage et d'assemblage.

En raison de sa disposition, le noyau du pot est généralement un noyau plus cher que différents formats de taille analogue. Les noyaux de pot à des fins d'alimentation substantielles ne sont pas facilement accessibles.

2) DOUBLE DALLE ET NOYAUX RM

Les noyaux de poteaux centraux pleins à côté de la dalle sont similaires aux noyaux de pot, mais possèdent néanmoins un segment minimisé sur l'une ou l'autre partie de la jupe. Des entrées importantes permettent de loger des fils plus gros et contribuent à éliminer la chaleur de l'installation.

Couleurs RM sont similaires aux noyaux de pot, mais sont conçus pour réduire la surface des circuits imprimés, fournissant un minimum de 40% de réduction de l'espace d'installation.

Des circuits imprimés ou des bobines simples peuvent être obtenus. Les pinces simples à 1 unité permettent une construction sans tracas. Le contour inférieur est réalisable.

La pièce centrale robuste offre moins de perte de noyau, ce qui élimine l'accumulation de chaleur.

3) NOYAUX EP

Les noyaux EP sont des conceptions cubiques à poteau central circulaire qui entourent complètement la bobine à l'exception des bornes de la carte de circuit imprimé. L'aspect spécifique élimine l'influence des crevasses d'écoulement d'air établies au niveau des parois d'accouplement dans la piste magnétique et vous donne un rapport de volume plus significatif à la surface absolue utilisée. La protection contre les RF est plutôt excellente.

4) COULEURS PQ

Les cœurs PQ sont spécifiquement destinés aux alimentations à découpage. La disposition permet un rapport maximal entre le volume et la région et la surface d'enroulement.

Par conséquent, une inductance et une surface d'enroulement optimales sont réalisables avec la dimension minimale absolue du noyau.

En conséquence, les noyaux offrent une puissance de sortie optimale avec la masse et la dimension du transformateur les moins assemblées, tout en occupant un minimum d'espace sur la carte de circuit imprimé.

L'installation avec des bobines de circuits imprimés et des pinces à embout est simplifiée. Ce modèle économique garantit une section transversale beaucoup plus homogène, par conséquent les noyaux fonctionnent souvent avec une plus petite quantité de positions chaudes par rapport à des dispositions différentes.

5) ET COULEURS

Les noyaux E sont moins chers que les noyaux en pot, tout en ayant les aspects d'un bobinage de bobine simple et d'un assemblage simple. Un enroulement groupé est réalisable pour les bobines mises en service à l'aide de ces noyaux.

Les noyaux E ne présentent jamais, tout de même, un auto-blindage. Les dispositions de laminage de taille E sont conçues pour accueillir des bobines commercialement accessibles dans le passé destinées à conformer les estampages de bande des mesures de laminage habituelles.

Métrique et Tailles DIN peuvent également être trouvés. Les noyaux E sont généralement incorporés à diverses consistance, fournissant une variété de zones de section transversale. Les bobines pour ces différentes zones de section transversale ont tendance à être accessibles commercialement.

Les noyaux E sont généralement installés dans des orientations uniques, au cas où vous préférez, accordez un profil bas.
Des bobines de circuits imprimés peuvent être trouvées pour une fixation à profil bas.

Les noyaux E sont des conceptions bien connues en raison de leur tarif plus abordable, de leur commodité d'assemblage et d'enroulement et de la prédominance organisée d'un assortiment de matériel.

6) PLANAIRE ET COULEURS

Les noyaux planaires E peuvent être trouvés dans pratiquement toutes les mesures conventionnelles CEI, ainsi que dans plusieurs capacités supplémentaires.

Le matériau Magnetics R est parfaitement adapté aux formes planes en raison de ses pertes de noyau AC réduites et de ses pertes minimales à 100 ° C.

Les dispositions planaires ont dans la plupart des cas un faible nombre de tours et une dissipation thermique agréable par rapport aux transformateurs en ferrite standard, et pour cette raison, les conceptions idéales pour l'espace et l'efficacité conduisent à des densités de flux accrues. Dans ces variations, l'avantage de performance globale du matériau R est principalement assez notable.

L'envergure des pieds et l'élévation de la fenêtre (proportions B et D) sont flexibles à des fins individuelles sans nouvel outillage. Cela permet au développeur d'ajuster avec précision les spécifications de noyau finalisées pour s'adapter précisément à l'élévation de la pile de conducteurs planaires, sans espace dépensé.

Des clips et des emplacements de clip sont proposés dans de nombreux cas, ce qui pourrait être particulièrement efficace pour le prototypage. Les cœurs en I sont en outre proposés en standard, ce qui permet encore plus d'adaptabilité dans la mise en page.

Les modèles planaires E-I sont utiles pour permettre un mélange de faces efficace dans la production en vrac élevé, ainsi que pour créer des noyaux d'inductance espacés, les abaissements de franges devant être soigneusement pris en compte en raison de la structure plane.

7) NOYAUX EC, ETD, EER ET ER

Ces types de motifs sont un mélange entre les noyaux E et les noyaux de pot. Comme les noyaux E, ils créent un énorme écart des deux côtés. Cela permet un espace satisfaisant pour les fils de plus grande taille nécessaires pour des alimentations en mode commuté à tension de sortie réduite.

En plus de cela, il garantit une circulation d'air qui maintient la construction plus froide.

La pièce centrale est circulaire, très similaire à celle du noyau du pot. L'un des aspects positifs du pilier central circulaire est que le bobinage porte une période de course plus petite autour de lui (11% plus rapide) par rapport au fil autour d'un pilier central de type carré avec une section transversale très identique.

Cela réduit les pertes des enroulements de 11% et permet également au noyau de faire face à une capacité de sortie améliorée. Le pilier central circulaire minimise en outre le pli à pointes dans le cuivre qui transpire avec l'enroulement sur un pilier central de type carré.

8) TOROÏDES

Les tores sont rentables à produire par conséquent, ceux-ci sont les moins chers de la plupart des conceptions de noyau pertinentes. Puisqu'aucune canette n'est nécessaire, les frais d'accessoires et d'installation sont négligeables.

L'enroulement est terminé sur l'équipement d'enroulement toroïdal. L'attribut de blindage est assez solide.

Aperçu

Les géométries de ferrite vous offrent un vaste choix de tailles et de styles. Lors de la sélection d'un noyau pour les utilisations de l'alimentation électrique, les spécifications affichées dans le tableau 1 doivent être évaluées.

SÉLECTION DE LA TAILLE DU NOYAU DU TRANSFORMATEUR

La capacité de traitement de puissance sur un noyau de transformateur dépend généralement de son produit WaAc, dans lequel Wa est l'espace de fenêtre de noyau offert, et Ac est l'espace de section transversale utile du noyau.

Alors que l'équation ci-dessus permet de modifier WaAc en fonction de la géométrie particulière du noyau, la technique Pressman tire parti de la topologie comme facteur fondamental et permet au fabricant de désigner la densité de courant.

INFORMATIONS GÉNÉRALES

Un transformateur parfait n'est que celui qui promet une diminution minimale du noyau tout en exigeant le moindre volume de pièce.

La perte de cœur dans un cœur particulier est spécifiquement affectée par la densité du flux ainsi que par la fréquence. La fréquence est le facteur crucial concernant un transformateur. La loi de Faraday indique que lorsque la fréquence s'accélère, la densité de flux diminue en conséquence.

Les trades perdants de cœur réduisent beaucoup plus au cas où la densité de flux diminue par rapport à l'augmentation de la fréquence. A titre d'illustration, lorsqu'un transformateur fonctionne à 250 kHz et 2 kG sur un matériau R à 100 ° C, les défaillances du cœur seraient probablement de l'ordre de 400 mW / cm3.

Si la fréquence était faite deux fois et la plupart des autres limitations indemnes, du fait de la loi de Faraday, la densité de flux s'avérerait probablement être de 1 kg et les abaissements de cœur qui en résulteraient seraient d'environ 300 mW / cm3.

Les transformateurs de puissance en ferrite standard sont limités en termes de perte de noyau allant de 50 à 200 mW / cm3. Les modèles planaires pourraient être utilisés avec beaucoup plus d'assurance, jusqu'à 600 mW / cm3, en raison d'une dissipation de puissance plus avantageuse et d'une quantité nettement inférieure de cuivre dans les enroulements.

Catégories de CIRCUIT

Un certain nombre de rétroaction de base sur les différents circuits sont: Le circuit push-pull est efficace car le dispositif provoque une utilisation bidirectionnelle d'un noyau de transformateur, présentant une sortie avec une ondulation réduite. Malgré cela, les circuits sont extrêmement sophistiqués et la saturation du noyau du transformateur peut entraîner une panne de transistor lorsque les transistors de puissance ont des propriétés de commutation inégales.

Les circuits d'alimentation directe sont moins chers, n'utilisant qu'un seul transistor. L'ondulation est minimale en raison du fait que le courant d'état apparemment stable circule dans le transformateur, que le transistor soit activé ou désactivé. Le circuit flyback est simple et abordable. De plus, les problèmes EMI sont considérablement moindres. Malgré cela, le transformateur est plus gros et l'ondulation est plus importante.

CIRCUIT PUSH-PULL

Un circuit push-pull classique est présenté sur la figure 2A. La tension d'alimentation est la sortie d'un réseau IC, ou horloge, qui fait osciller les transistors alternativement ON et OFF. Les ondes carrées haute fréquence sur la sortie du transistor sont finalement raffinées, générant du courant continu.

NOYAU EN CIRCUIT PUSH-PULL

Pour les transformateurs en ferrite, à 20 kHz, il est généralement bien connu d'utiliser l'équation (4) avec un niveau de densité de flux (B) de ± 2 kG max.

Cela peut être dessiné par la section colorée de la boucle d'hystérésis sur la figure 2B. Ce degré B est choisi principalement parce que l'aspect restrictif de la sélection d'un noyau avec cette fréquence est la perte de noyau.

A 20 kHz, si le transformateur est idéal pour une densité de flux autour de la saturation (comme cela est fait pour des schémas de fréquence plus petits), le cœur va acquérir une surtension incontrôlée.

Pour cette raison, la plus petite densité de flux de fonctionnement de 2 kG limitera dans la plupart des cas les pertes du cœur, contribuant ainsi à une augmentation abordable de la température du cœur.

Au-dessus de 20 kHz, les pertes de cœur sont maximisées. Pour exécuter le SPS à des fréquences élevées, il est important d'exécuter les débits du cœur inférieurs à ± 2 kg. La figure 3 montre la baisse des niveaux de flux pour le matériau de ferrite MAGNETICS «P» essentiel pour contribuer à des pertes de cœur constantes de 100 mW / cm3 à de nombreuses fréquences, avec une augmentation de température optimale de 25 ° C.

Dans le circuit d'alimentation directe présenté sur la figure 4A, le transformateur s'exécute dans le 1er quadrant de la boucle d'hystérésis. (Fig 4B).

Les impulsions unipolaires mises en œuvre sur le dispositif à semi-conducteur amènent le noyau du transformateur à être alimenté à partir de sa valeur BR proche de la saturation. Lorsque les impulsions sont réduites à zéro, le noyau revient à sa fréquence BR.

Pour être en mesure de maintenir une efficacité supérieure, l'inductance primaire est maintenue élevée pour aider à réduire le courant de magnétisation et à diminuer les rabattements de fil. Cela implique que le noyau doit avoir une ouverture de flux d'air nulle ou minimale.




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