Visoko induktivno jedro Sendust Block Core Visoka prepustnost

Sendust je magnetni kovinski prah, ki ga je okoli leta 1936 izumil Hakaru Masumoto na cesarski univerzi Tohoku v Sendaju na Japonskem kot alternativo permaloju v aplikacijah induktorjev za telefonska omrežja.Sestava Sendusta je običajno 85 % železa, 9 % silicija in 6 % aluminija.Prah se sintra v jedra za izdelavo induktorjev.Jedra Sendusta imajo visoko magnetno prepustnost (do 140 000), nizke izgube, nizko koercitivnost (5 A/m), dobro temperaturno stabilnost in gostoto pretoka nasičenja do 1 T.
Zaradi svoje kemične sestave in kristalografske strukture ima Sendust istočasno ničelno magnetostrikcijsko in ničelno konstanto magnetokristalne anizotropije K1.
Sendust je trši od permaloja in je zato uporaben pri aplikacijah, ki se obrabljajo z abrazivno snovjo, kot so magnetne snemalne glave.

Kako izbrati, katere vrste praškastih jeder s porazdeljenimi zračnimi režami uporabiti pri načrtovanju močnostnih induktorjev in dušilk

Uvod

Ta priročnik za uporabo predstavlja nekaj splošnih smernic za optimalno izbiro praškastih materialov jedra (MPP, Sendust, Kool Mu®, High Flux ali železov prah) za različne zahteve glede oblikovanja induktorjev, dušilk in filtrov.Izbira ene vrste materiala pred drugo je pogosto odvisna od naslednjega:
1) DC prednapetostni tok skozi induktor
2) Delovna temperatura okolja in sprejemljivo povišanje temperature.Temperatura okolja nad 100 stopinj C je zdaj precej pogosta.
3) Omejitev velikosti in načini namestitve (skozi luknjo ali površinska montaža)
4) Stroški: železo v prahu je najcenejše, MPP pa najcenejši.
5) Električna stabilnost jedra pri temperaturnih spremembah
6) Razpoložljivost osnovnega materiala.Na primer, Micrometals #26 in #52 sta večinoma na voljo na zalogi.Najpogosteje dostopna MPP jedra so materiali prepustnosti 125 itd.

Zaradi nedavnega napredka v feromagnetni tehnologiji je zdaj na voljo večja izbira jedrnih materialov za optimizacijo zasnove.Za stikalne napajalnike (SMPS), induktorje, dušilke in filtre so tipični materiali MPP (molipermaloj v prahu), jedra visokega pretoka, sendusta in železovega prahu.Vsak od zgornjih materialov močnostnega jedra ima individualne značilnosti, primerne za različne aplikacije.
Običajni proizvajalci zgornjih praškastih jeder so:
1) Mikrokovine za jedra iz železovega prahu.Samo jedra Micrometals so testirana glede toplotne stabilnosti in CWS uporablja samo jedra Micrometals v vseh svojih oblikah.
2) Magnetics Inc, Arnold Engineering, CSC in T/T Electronics za jedra MPP, Sendust (Kool Mu®) in High Flux
3) TDK, Tokin, Toho za jedra Sendust

Pri praškastih jedrih se material z visoko prepustnostjo zmelje ali razprši v prah.Prepustnost jeder bo odvisna od velikosti delcev in gostote materialov z visoko prepustnostjo.Prilagoditev velikosti delcev in gostote tega materiala vodi do različne prepustnosti jeder.Manjša kot je velikost delcev, nižja je prepustnost in boljše karakteristike DC prednapetosti, vendar z višjimi stroški.Posamezni praškasti delci so izolirani drug od drugega, kar omogoča, da imajo jedra inherentno porazdeljene zračne reže za shranjevanje energije v induktorju.

Ta lastnost porazdeljene zračne reže zagotavlja enakomerno shranjevanje energije skozi jedro.Zaradi tega ima jedro boljšo temperaturno stabilnost.Feriti z režo ali režami shranjujejo energijo v lokalizirani zračni reži, vendar z veliko večjim uhajanjem toka, ki povzroča lokalizirano izgubo reže in motnje.V nekaterih primerih lahko ta izguba zaradi lokalizirane vrzeli preseže samo izgubo jedra.Zaradi lokalizirane narave zračne reže v feritnem jedru z vrzeljo ne kaže dobre temperaturne stabilnosti.

Optimalna izbira jedra je izbira najboljšega materiala z minimalnim kompromisom ob izpolnjevanju vseh ciljev oblikovanja.Če je glavni dejavnik cena, je izbira železov prah.Če je glavna skrb temperaturna stabilnost, bo MPP prva možnost.Na kratko so obravnavane lastnosti vsake vrste materiala.
Vse 3 vrste praškastih jeder je mogoče kupiti na spletu v majhni količini iz zaloge (takojšnja dostava) na naslednji spletni strani: www.cwsbytemark.com.Več tehničnih podatkov o teh materialih je na voljo na www.bytemark.com

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

Jedra MPP imajo najnižjo skupno izgubo jedra in najboljšo temperaturno stabilnost.Običajno je varianca induktivnosti pod 1 % do 140 °C. Jedra MPP so na voljo z začetnimi prepustnostmi (µi) 26, 60, 125, 160, 173, 200 in 550. MPP ponuja visoko upornost, nizko histerezo in vrtinčne tokove izgube in zelo dobro stabilnost induktivnosti v pogojih DC prednapetosti in AC.Pri vzbujanju z izmeničnim tokom je sprememba induktivnosti pod 2 % (zelo stabilna) za jedra µi=125 pri gostoti pretoka izmeničnega toka nad 2000 Gaussov.Pri visoki enosmerni magnetizaciji ali enosmerni prednapetosti se ne nasiči zlahka. Gostota pretoka nasičenosti jedra MPP je približno 8000 gausov (800 mT)

V primerjavi z drugimi materiali so MPP jedra najdražja, a najkakovostnejša v smislu izgube jedra in stabilnosti.Za aplikacijo, ki vključuje stanje prednapetosti enosmernega toka, uporabite naslednje smernice.Za manj kot 20-odstotno zmanjšanje začetne prepustnosti pri enosmernih prednapetostnih pogojih: - Za µi= 60 jeder, maks.DC prednapetost < 50 oerstedov;µi=125, maks.DC prednapetost < 30 oerstedov;µi=160, maks.DC prednapetost <20 oersted.

Edinstvene lastnosti

1.Najmanjša izguba jedra med vsemi praškastimi materiali.Nizka histeristična izguba, ki ima za posledico nizko popačenje signala in nizko preostalo izgubo.
2. Najboljša temperaturna stabilnost.Pod 1 %
3. Največja gostota pretoka nasičenja je 8000 gausov (0,8 tesla)
4. Toleranca induktivnosti: + - 8 %.(3 % od 500 Hz do 200 KHz)
5. Najpogosteje se uporablja v vesoljski, vojaški, medicinski in visokotemperaturni uporabi.
6. Najlažje na voljo kot kompapred za visoko pretočnost in sendust.
Aplikacije:
Filtri z visokim Q, nakladalne tuljave, resonančna vezja, filtri RFI za frekvence pod 300 kHz, transformatorji, dušilke, filtri diferencialnih načinov in DC prednapetostni izhodni filtri.

Jedra z visokim pretokom
Sestava: Ni-Fe

Jedra High Flux so sestavljena iz stisnjenega prahu iz 50 % niklja in 50 % železove zlitine.Osnovni material je podoben običajni laminaciji iz niklja in železa v jedrih, navitih s trakom.Jedra High Flux imajo večjo zmogljivost shranjevanja energije in večjo gostoto toka nasičenosti.Njihova gostota pretoka nasičenja je okoli 15.000 gaussov (1500 mT), približno enako kot jedra iz železovega prahu.Jedra High Flux nudijo nekoliko manjšo izgubo jedra kot Sendust.Vendar je izguba jedra High Fluxa precej višja kot pri jedrih MPP.Jedra z visokim pretokom se najpogosteje uporabljajo v aplikacijah, kjer je enosmerni prednapetostni tok visok.Vendar pa ni tako lahko dostopen kot MPP ali Sendust in je omejen pri izbiri prepustnosti ali velikosti.
Aplikacije:

1) V filtrih za hrup v liniji, kjer mora induktor podpirati visoke izmenične napetosti brez nasičenja.

2) Preklopni regulatorji Induktorji za obvladovanje velike količine enosmernega prednapetostnega toka

3) Impulzni transformatorji in povratni transformatorji, saj je njegova rezidualna gostota pretoka blizu nič Gaussa.Z gostoto pretoka nasičenja 15K Gauss je uporabna gostota pretoka (od nič do 15K Gauss) idealna za aplikacije unipolarnega pogona, kot so impulzni transformatorji in povratni transformatorji.

Kool Mu® / SENDUST
Sestava: Al-Si-Fe

Jedra Sendust so znana tudi kot Kool Mu® podjetja Magnetics Inc., material Sendust je bil prvič uporabljen na Japonskem na območju, imenovanem Sendai, in se je imenoval "prašno" jedro, zato tudi ime Sendust.Na splošno imajo jedra sendust znatno nižje izgube kot jedra iz železovega prahu, vendar imajo večje izgube jeder kot jedra MPP.V primerjavi z železovim prahom lahko izguba jedra iz sendusta znaša le 40 % do 50 % izgube jedra železovega prahu.Jedra Sendust imajo tudi zelo nizek magnetostrikcijski koeficient in so zato primerna za aplikacije, ki zahtevajo nizek zvočni šum.Jedra Sendust imajo gostoto pretoka nasičenja 10.000 gausov, kar je nižje od železovega prahu.Vendar pa sendust ponuja večjo zalogo energije kot MPP ali ferit z vrzeljo.

Jedra Sendust so na voljo z začetnimi prepustnostmi (Ui) 60 in 125. Jedra Sendust nudijo minimalno spremembo prepustnosti ali induktivnosti (pod 3 % za ui=125) pri vzbujanju z izmeničnim tokom.Temperaturna stabilnost je na visoki ravni zelo dobra.Sprememba induktivnosti je manjša od 3 % od okolja do 125 °C. Ko pa se temperatura zniža na 65 °C, se njegova induktivnost zmanjša za približno 15 % za µi=125.Upoštevajte tudi, da ko se temperatura poveča, ima sendust zmanjšanje induktivnosti v primerjavi s povečanjem induktivnosti za vse druge praškaste materiale.To bi lahko bila dobra izbira za temperaturno kompenzacijo, če se uporablja z drugimi materiali v strukturi sestavljenega jedra.

Jedra Sendust stanejo manj kot MPP ali visoki tokovi, vendar nekoliko dražja od jeder iz železovega prahu.Za uporabo, ki vključuje pogoje enosmerne prednapetosti, uporabite naslednje smernice.Za manj kot 20-odstotno zmanjšanje začetne prepustnosti v pogojih enosmerne prednapetosti:

Za µi= 60 jeder, maks.DC prednapetost < 40 oersted;µi=125, maks.DC prednapetost < 15 oersted.

Edinstvene lastnosti

1. Manjša izguba jedra kot železov prah.
2. Nizek magnetostrikcijski koeficient, nizek zvočni hrup.
3. Dobra temperaturna stabilnost.Pod 4 % od -15 °C do 125 °C
4. Največja gostota pretoka: 10.000 gausov (1,0 tesla)
5. Toleranca induktivnosti: ±8 %.
Aplikacije:
1. Preklopni regulatorji ali močnostni induktorji v SMPS
2. Povratni in impulzni transformatorji (induktorji)
3.In-Line filtri hrupa
4. Nihajne dušilke
5. Krmilna vezja faz (nizek zvočni hrup), zatemnitve luči, naprave za krmiljenje hitrosti motorja.
Železo v prahu
Sestava: Fe

Železov prah je stroškovno najučinkovitejši od vseh praškastih jeder.Ponuja stroškovno učinkovito alternativo jedrom MPP, High Flux ali Sendust.Njegovo večjo izgubo jedra med vsemi praškastimi materiali je mogoče nadomestiti z uporabo večjih jeder.V številnih aplikacijah, kjer sta prostor in višji dvig temperature v jedrih iz železovega prahu nepomembna v primerjavi s prihranki pri stroških, ponujajo jedra iz železovega prahu najboljšo rešitev.Jedra iz železovega prahu so na voljo v dveh razredih: karbonilno železo in železo z zmanjšano vsebnostjo vodika.Karbonilno železo ima nižje izgube v jedru in kaže visok Q za aplikacije RF.

Jedra iz železovega prahu so na voljo v prepustnostih od 1 do 100. Priljubljeni materiali za aplikacije SMPS so #26 (µi=75), #8/90 (µi=35), #52 (µi= 75) in #18 (µi= 55).Jedra iz železovega prahu imajo gostoto pretoka nasičenja od 10.000 do 15.000 gausov.Jedra iz železovega prahu so precej stabilna glede na temperaturo.Material #26 ima temperaturno stabilnost 825 ppm/C (sprememba induktivnosti približno 9 % s spremembo temperature do 125 °C). Material #52 je 650 ppm/C (7 %).Material #18 je 385 PPM/C (4%), material #8/90 pa 255 PPM/C (3%).

Jedra iz železovega prahu so idealna za uporabo pri nižjih frekvencah.Ker sta njihova histereza in izguba jedra zaradi vrtinčnih tokov višja, mora biti delovna temperatura omejena na manj kot 125 °C.

Za uporabo, ki vključuje pogoje enosmerne prednapetosti, priporočamo naslednje smernice.Za manj kot 20-odstotno zmanjšanje začetne prepustnosti v pogojih enosmerne prednapetosti:

Za material št. 26 največja enosmerna napetost < 20 oerstedov;
Za material št. 52 največja enosmerna napetost < 25 oerstedov;
Za material št. 18 največja enosmerna napetost < 40 oerstedov;
Za material št. 8/90 največja enosmerna napetost < 80 oerstedov.

Edinstvene lastnosti

1. Najnižji stroški.
2.Dobro za nizkofrekvenčno uporabo (<10OKhz).
3. Visoka največja gostota pretoka: 15.000 gausov
4. Toleranca induktivnosti ± 10%
Aplikacije:
1. Induktor za shranjevanje energije
2. Nizkofrekvenčne enosmerne izhodne dušilke
3,60 Hz diferencialni način EMI linijske dušilke
4. Dušilke za zatemnitev svetlobe
5. Dušilke za korekcijo faktorja moči.
6. Resonančni induktorji.
7. Impulzni in povratni transformatorji
8. Vgrajeni protišumni filtri.Sposoben prenesti velik AC omrežni tok brez nasičenja.
Delovanje DC prednapetega induktorja.
20% meje prepustnosti

V pogojih magnetiziranja z enosmernim tokom vsi praškasti materiali kažejo zmanjšanje prepustnosti, kot je prikazano v diagramih.Zgornji podatki predvidevajo gostoto izmeničnega toka 20 gausov.Za aplikacije, kot so izhodne dušilke, kjer so induktorji enosmerno pristranski, je treba izračunati silo magnetizacije (H=0,4*PHI*N*l/l) in povečati število ovojev, da se upošteva zmanjšanje prepustnosti.Če je izračunana magnetna sila (H) znotraj zgornjih največjih meja enosmernega prednapetja, mora načrtovalec samo povečati zavoje za največ 20 %.

Primerjalna tabela relativnih stroškov
Relativni stroški vsakega materiala temeljijo na prevladujočih cenah izdelkov in stroških surovin.Te številke je treba uporabiti samo kot vodilo.Na splošno je Micrometal Iron Powder #26 najbolj stroškovno učinkovit, MPP pa so najdražji materiali.
Obstaja veliko proizvajalcev in uvoznikov jeder iz železovega prahu in večina od njih ne izkazuje ravni kakovosti, kot jo ponuja Micrometals.