Korkean induktanssin Sendust Core Sendust Block Core Korkea läpäisevyys

Sendust on magneettinen metallijauhe, jonka Hakaru Masumoto keksi Tohoku Imperial Universityssä Sendaissa, Japanissa, noin 1936 vaihtoehtona permalloylle puhelinverkkojen induktorisovelluksissa.Senpölyn koostumus on tyypillisesti 85 % rautaa, 9 % piitä ja 6 % alumiinia.Jauhe sintrataan ytimiin induktorien valmistamiseksi.Sendust-ytimillä on korkea magneettinen permeabiliteetti (jopa 140 000), pieni häviö, alhainen koersitiivisuus (5 A/m), hyvä lämpötilan stabiilisuus ja kyllästysvuon tiheys jopa 1 T asti.
Kemiallisen koostumuksensa ja kristallografisen rakenteensa vuoksi Sendustilla on samanaikaisesti nolla magnetostriktiota ja nollamagnetokiteinen anisotropiavakio K1.
Sendust on kovempaa kuin permalloy, joten se on hyödyllinen hankaavissa kulutussovelluksissa, kuten magneettisissa tallennuspäissä.

Kuinka valita, minkä tyyppisiä jauheytimiä, joissa on hajautetut ilmavälit, käytetään tehoinduktorien ja kuristimien suunnittelussa

Johdanto

Tämä sovellusopas sisältää yleisiä ohjeita jauheydinmateriaalien (MPP, Sendust, Kool Mu®, High Flux tai Iron Powder) optimaaliselle valinnalle induktorien, kuristimen ja suodattimen suunnitteluvaatimuksia varten.Yhden materiaalityypin valinta toiseen verrattuna riippuu usein seuraavista seikoista:
1) DC Bias -virta kelan läpi
2) Ympäristön käyttölämpötila ja hyväksyttävä lämpötilan nousu.Yli 100 asteen lämpötila on nykyään melko yleinen.
3) Kokorajoitus ja asennustavat (reiän läpi tai pinta-asennus)
4) Kustannukset: rautajauhe on halvin ja MPP, laajin.
5) Sydämen sähköinen stabiilisuus lämpötilan muutoksilla
6) Ydinmateriaalin saatavuus.Esimerkiksi Micrometals #26 ja #52 ovat pääasiassa saatavilla varastosta.Yleisimmin saatavilla olevat MPP-ytimet ovat 125-läpäisevyysmateriaalit jne.

Ferromagneettisen tekniikan viimeaikaisen kehityksen ansiosta on nyt saatavilla suurempi valikoima ydinmateriaaleja suunnittelun optimointiin.Hakkuriteholähteille (SMPS), induktoreille, kuristimille ja suodattimille tyypillisiä materiaaleja ovat MPP (molypermalloy pulveri), High Flux , Sendust ja Iron Powder -ytimet.Jokaisella yllä mainitulla tehosydänmateriaalilla on yksilölliset ominaisuudet, jotka sopivat erilaisiin sovelluksiin.
Yllä olevien jauheytimien yleiset valmistajat ovat:
1) Mikrometallit rautajauheytimille.Vain Micrometals-ytimet testataan lämpöstabiilisuuden suhteen, ja CWS käyttää vain Micrometals-ytimiä kaikissa malleissaan.
2) Magnetics Inc, Arnold Engineering, CSC ja T/T Electronics MPP-, Sendust- (Kool Mu®) ja High Flux -ytimille
3) TDK, Tokin, Toho Sendust Coresille

Jauheytimillä korkean läpäisevyyden materiaali jauhetaan tai sumutetaan jauheeksi.Sydämien läpäisevyys riippuu erittäin läpäisevien materiaalien hiukkaskoosta ja tiheydestä.Tämän materiaalin hiukkaskoon ja tiheyden säätäminen johtaa ytimien erilaiseen läpäisevyyteen.Mitä pienempi hiukkaskoko, sitä pienempi läpäisevyys ja paremmat DC-esijänniteominaisuudet, mutta korkeammalla hinnalla.Yksittäiset jauhehiukkaset on eristetty toisistaan, jolloin ytimillä on luonnostaan ​​jakautuneet ilmaraot energian varastointia varten induktorissa.

Tämä hajautettu ilmaväliominaisuus varmistaa, että energia varastoituu tasaisesti sydämen läpi.Tämä tekee ytimestä paremman lämpötilan stabiilisuuden.Rakoiset tai rakoiset ferriitit varastoivat energian paikalliseen ilmaväliin, mutta vuodon vuotomäärä on paljon suurempi, mikä aiheuttaa paikallista rakohäviötä ja häiriöitä.Joissakin tapauksissa tämä paikallisesta aukosta johtuva menetys voi ylittää itse ydinhäviön.Rakoisen ferriittiytimen ilmaraon paikallisesta luonteesta johtuen se ei osoita hyvää lämpötilan stabiilisuutta.

Optimaalinen ydinvalinta on valita paras materiaali minimaalisella kompromissilla ja samalla saavuttaa kaikki suunnittelutavoitteet.Jos hinta on ensisijainen tekijä, rautajauhe on valinta.Jos lämpötilan pysyvyys on ensisijainen huolenaihe, MPP on ensimmäinen vaihtoehto.Kunkin materiaalityypin ominaisuuksia käsitellään lyhyesti.
Kaikkia kolmea jauheytintyyppiä voi ostaa verkosta pieninä määrinä varastosta (välitön toimitus) seuraavalta verkkosivustolta: www.cwsbytemark.com.Lisää teknisiä tietoja näistä materiaaleista löytyy osoitteesta www.bytemark.com

MPP (Molypermalloy Powder Cores)
Koostumus: Mo-Ni-Fe

MPP-ytimillä on pienin ydinhäviö ja paras lämpötilan stabiilisuus.Tyypillisesti induktanssin varianssi on alle 1 % 140 celsiusasteeseen asti. MPP-ytimiä on saatavana alkuperäisillä läpäisevillä (µi) 26, 60, 125, 160, 173, 200 ja 550. MPP tarjoaa korkean resistiivisyyden, alhaisen hystereesin ja pyörrevirran häviöt ja erittäin hyvä induktanssin stabiilisuus DC-bias- ja AC-olosuhteissa.Vaihtovirtaherätyksessä induktanssin muutos on alle 2 % (erittäin stabiili) µi = 125 ytimillä yli 2000 gaussin AC-vuon tiheydellä.Se ei kyllästy helposti korkealla DC-magnetisaatiolla tai DC-bias-olosuhteilla. MPP-ytimen kyllästysvuon tiheys on noin 8000 gaussia (800 mT)

Muihin materiaaleihin verrattuna MPP-ytimet ovat kalleimpia, mutta laadukkaimpia ydinhäviön ja stabiilisuuden kannalta.Käytä seuraavia ohjeita sovelluksissa, joissa on DC-esijännite.Alle 20 %:n lasku alkuperäisessä läpäisevyydessä DC-esijännityksen olosuhteissa: - Jos µi = 60 sydäntä, max.DC bias < 50 oersted;µi = 125, max.DC bias < 30 oersted;µi = 160, max.DC-bias <20 oersted.

Ainutlaatuiset ominaisuudet

1. Pienin ydinhäviö kaikista jauhemateriaaleista.Pieni hysteristinen häviö, mikä johtaa alhaiseen signaalin vääristymiseen ja pieneen jäännöshäviöön.
2. Paras lämpötilan vakaus.Alle 1 %.
3.Saturaatiovuon maksimitiheys on 8000 gaussia (0,8 teslaa)
4. Induktanssitoleranssi: + - 8%.(3 % 500 Hz - 200 Khz)
5. Yleisimmin käytetty ilmailu-, sotilas-, lääketieteessä ja korkean lämpötilan sovelluksissa.
6. Helposti saatavilla verrattuna korkeaan virtaukseen ja pölyyn.
Sovellukset :
High Q -suodattimet, latauskelat, resonanssipiirit, RFI-suodattimet alle 300 kHz:n taajuuksille, muuntajat, kuristimet, differentiaalimoodisuodattimet ja DC-esijännitesuotimet.

High Flux -ytimet
Koostumus: Ni-Fe

High Flux -ytimet koostuvat tiivistetystä 50 % nikkelistä ja 50 % rautaseosjauheesta.Pohjamateriaali on samanlainen kuin tavallinen nikkelirautalaminointi teippikierretyissä ytimissä.High Flux -ytimillä on paremmat energian varastointiominaisuudet ja suurempi saturaatiovuon tiheys.Niiden kyllästysvuon tiheys on noin 15 000 gaussia (1500 mT), mikä on suunnilleen sama kuin rautajauheytimien.High Flux -ytimet tarjoavat hieman pienemmän ydinhäviön kuin Sendust.High Fluxin ydinhäviö on kuitenkin hieman suurempi kuin MPP-ytimien.High Flux -ytimiä käytetään yleisimmin sovelluksissa, joissa DC-esijännitevirta on korkea.Se ei kuitenkaan ole yhtä helposti saatavilla kuin MPP tai Sendust, ja sen läpäisevyys- tai kokovalinnat ovat rajalliset.
Sovellukset :

1) Line Noise -suodattimissa, joissa kelan on tuettava suuria AC-jännitteitä ilman kyllästystä.

2) Switching Regulators Induktorit käsittelemään suurta määrää DC-esijännitevirtaa

3) Pulssimuuntajat ja Flyback-muuntajat, koska sen jäännösvuon tiheys on lähellä nollaa gaussia.15K gaussin kyllästysvuon tiheydellä käyttökelpoinen vuotiheys (nollasta 15K gaussiin) soveltuu ihanteellisesti unipolaarisiin käyttösovelluksiin, kuten pulssimuuntajiin ja flyback-muuntajiin.

Kool Mu® / SENDUST
Koostumus: Al-Si-Fe

Sendust-ytimet tunnetaan myös nimellä Kool Mu® Magnetics Inc:ltä. Sendust-materiaalia käytettiin ensimmäisen kerran Japanissa Sendai-nimisellä alueella, ja sitä kutsuttiin "pölyytimeksi" ja siten nimellä Sendust.Yleensä sendust-ytimillä on huomattavasti pienemmät häviöt kuin rautajauheytimillä, mutta niillä on suurempi ydinhäviö kuin MPP-ytimillä.Rautajauheeseen verrattuna sen pölyn ydinhävikki voi olla niinkin alhainen kuin 40–50 % rautajauheen ydinhäviöstä.Sendust-ytimillä on myös erittäin alhainen magnetostriktiokerroin, joten se soveltuu sovelluksiin, joissa vaaditaan alhaista äänikohinaa.Sendust-ytimien kyllästysvuon tiheys on 10 000 gaussia, mikä on pienempi kuin rautajauhe.Sendust tarjoaa kuitenkin paremman energian varastoinnin kuin MPP- tai rakoferriitit.

Sendust-ytimet ovat saatavilla alkupermeabiliteetilla (Ui) 60 ja 125. Sendust-ytimet tarjoavat minimaalisen muutoksen permeabiliteetissa tai induktanssissa (alle 3 %, kun ui=125) AC-virityksen aikana.Lämpötilan vakaus on erittäin hyvä korkealla tasolla.Induktanssin muutos on alle 3 % ympäristön lämpötilasta 125 °C:seen. Kuitenkin lämpötilan laskeessa 65 °C:seen sen induktanssi pienenee noin 15 %, kun µi=125.Huomaa myös, että lämpötilan noustessa pölyn induktanssi pienenee verrattuna kaikkien muiden jauhemateriaalien induktanssiin.Tämä voisi olla hyvä valinta lämpötilan kompensointiin, kun sitä käytetään muiden materiaalien kanssa komposiittiydinrakenteessa.

Sendust-ytimet maksavat vähemmän kuin MPP:t tai korkeat virtaukset, mutta hieman kalliimpia kuin rautajauheytimet.Käytä seuraavia ohjeita sovelluksissa, joissa on DC-bias-olosuhteet.Alkuperäisen läpäisevyyden pieneneminen alle 20 % tasavirtabias-olosuhteissa:

Jos µi = 60 ydintä, max.DC bias < 40 oersted;µi = 125, max.DC bias < 15 oersted.

Ainutlaatuiset ominaisuudet

1. Pienempi ydinhäviö kuin rautajauheessa.
2.Matala magnetostriktiokerroin, alhainen äänikohina.
3. Hyvä lämpötilan vakaus.Alle 4 % -15 'C:sta 125 'C:seen
4. Suurin vuontiheys: 10 000 gaussia (1,0 tesla)
5. Induktanssitoleranssi: ±8%.
Sovellukset:
1. Kytkentäsäätimet tai tehoinduktorit SMPS:ssä
2. Paluu- ja pulssimuuntajat (kelat)
3. In-Line melusuodattimet
4.Kääntökuristimet
5. Vaiheenohjauspiirit (alhainen äänikohina) valonsäätimet, moottorin nopeudensäätölaitteet.
Rautajauhe
Koostumus: Fe

Rautajauhe on kaikista jauheytimistä kustannustehokkain.Se tarjoaa kustannustehokkaan suunnitteluvaihtoehdon MPP-, High Flux- tai Sendust-ytimille.Sen suurempi ydinhäviö kaikista jauhemateriaaleista voidaan kompensoida käyttämällä suurempikokoisia ytimiä.Monissa sovelluksissa, joissa tila ja korkeampi lämpötilan nousu rautajauheytimissä ovat merkityksettömiä verrattuna kustannussäästöihin, rautajauheytimet tarjoavat parhaan ratkaisun.Iron Powder -ytimiä on saatavana 2 luokkaan: karbonyylirauta ja vedyllä pelkistetty rauta.Karbonyyliraudalla on pienemmät ydinhäviöt ja korkea Q RF-sovelluksissa.

Iron Powder -ytimiä on saatavana läpäisevyyden välillä 1-100. Suosittuja materiaaleja SMPS-sovelluksissa ovat #26 (µi=75), #8/90 (µi=35), #52 (µi=75) ja #18 (µi=). 55).Rautajauheytimien kyllästysvuon tiheys on 10 000 - 15 000 gaussia.Rautajauheytimet ovat melko vakaita lämpötilassa.Materiaalin #26 lämpötilastabiilius on 825 ppm/C (induktanssin muutos noin 9 % lämpötilan muutoksella 125 asteeseen asti). Materiaalin #52 lämpötila on 650 PPM/C (7 %).Materiaali #18 on 385 PPM/C (4 %) ja #8/90 materiaali on 255 PPM/C (3 %).

Rautajauheytimet ovat ihanteellisia matalataajuisiin sovelluksiin.Koska niiden hystereesi ja pyörrevirtasydänhäviöt ovat korkeammat, käyttölämpötila tulee rajoittaa alle 125 asteeseen.

Sovelluksissa, joihin liittyy DC-bias-olosuhteita, suositellaan seuraavia ohjeita.Alkuperäisen läpäisevyyden pieneneminen alle 20 % tasavirtabias-olosuhteissa:

Materiaalille #26, max DC-esijännite < 20 oersteds;
Materiaalille #52, max DC-esijännite < 25 oersteds;
Materiaalille #18, max DC-esijännite < 40 oersteds;
Materiaalille #8/90, max DC-esijännite < 80 oersteds.

Ainutlaatuiset ominaisuudet

1. Alhaisimmat kustannukset.
2.Soveltuu matalataajuisiin sovelluksiin (<10OKHz).
3. Suuri maksimivuon tiheys: 15 000 gaussia
4. Induktanssitoleranssi ± 10 %
Sovellukset:
1.Energiavarastoinduktori
2.Matalataajuiset DC-lähtökuristimet
3,60 Hz differentiaalitila EMI Line -kuristimet
4. Valon himmentimet Rikastimet
5. Tehotekijän korjauskuristimet.
6. Resonanssikelat.
7. Pulssi- ​​ja Fly-back-muuntajat
8. In-line melusuodattimet.Kestää suurta AC-linjavirtaa ilman kyllästystä.
DC Biased Induktoritoiminta.
20 %:n läpäisyrajat

Tasavirtamagnetointiolosuhteissa kaikkien jauhemateriaalien läpäisevyys heikkenee kaavioiden osoittamalla tavalla.Yllä olevat tiedot olettavat 20 gaussin vaihtovirtatiheyden.Käyttökohteita, kuten lähtökuristimia, joissa induktorit ovat DC-esijännitettyjä, magnetointivoima (H=0,4*PHI*N*l/l) on laskettava ja kierrosten lukumäärää on lisättävä läpäisevyyden heikkenemisen huomioon ottamiseksi.Jos laskettu magnetointivoima (H) on yllä olevien DC-esijännityksen enimmäisrajojen sisällä, suunnittelijan tarvitsee vain lisätä kierroksia enintään 20 %.

Suhteellisten kustannusten vertailutaulukko
Kunkin materiaalin suhteelliset kustannukset perustuvat vallitseviin tuotteiden hinnoitteluun ja raaka-ainekustannuksiin.Näitä numeroita tulee käyttää vain ohjeellisina.Yleisesti ottaen Micrometalin Iron Powder #26 on kustannustehokkain, ja MPP:t ovat kalleimpia materiaaleja.
Rautajauheen ytimien valmistajia ja maahantuojia on monia, ja useimmat niistä eivät täytä Micrometalsin tarjoamaa laatutasoa.