Yüksek Endüktanslı Sendust Çekirdeği Sendust Blok Çekirdeği Yüksek Geçirgenlik

Sendust, Japonya'nın Sendai kentindeki Tohoku Imperial Üniversitesi'nde Hakaru Masumoto tarafından telefon ağları için indüktör uygulamalarında permalloy'a bir alternatif olarak yaklaşık 1936'da icat edilen manyetik bir metal tozudur.Sendust bileşimi tipik olarak %85 ​​demir, %9 silikon ve %6 alüminyumdur.Toz, indüktörleri üretmek için çekirdekler halinde sinterlenir.Sendust çekirdekleri, yüksek manyetik geçirgenliğe (140 000'e kadar), düşük kayba, düşük koersiviteye (5 A/m), iyi sıcaklık kararlılığına ve 1 T'ye kadar doygunluk akı yoğunluğuna sahiptir.
Sendust, kimyasal bileşimi ve kristalografik yapısı nedeniyle aynı anda sıfır manyetostriksiyon ve sıfır manyetokristal anizotropi sabiti K1 sergiler.
Sendust, permalloydan daha serttir ve bu nedenle manyetik kayıt kafaları gibi aşındırıcı aşınma uygulamalarında kullanışlıdır.

Güç indüktörleri ve şok bobinlerinin tasarımında kullanılacak dağıtılmış hava boşluklarına sahip ne tür toz çekirdekler nasıl seçilir?

giriiş

Bu uygulama kılavuzu, farklı indüktör, bobin ve filtre tasarım gereksinimleri için optimum toz çekirdek malzemeleri (MPP, Sendust, Kool Mu®, High Flux veya Iron Powder ) seçimi için bazı genel yönergeler sunar.Bir malzeme türünün diğerine göre seçimi genellikle aşağıdakilere bağlıdır:
1) İndüktör üzerinden DC Önyargı Akımı
2) Ortam Çalışma Sıcaklığı ve kabul edilebilir sıcaklık artışı.100 derece C'nin üzerindeki ortam sıcaklığı artık oldukça yaygın.
3) Boyut kısıtlaması ve montaj yöntemleri (delikten veya yüzeye montaj)
4) Maliyetler: demir Tozu en ucuz ve MPP, en geniş olanıdır.
5) Sıcaklık değişiklikleri ile çekirdeğin elektriksel kararlılığı
6) Çekirdek malzemenin mevcudiyeti.Örneğin, Micrometals #26 ve #52 çoğunlukla stoktan temin edilebilir.En yaygın olarak bulunan MPP çekirdekleri, 125 geçirgenlik malzemeleri vb.

Ferromanyetik teknolojideki son gelişmelerin bir sonucu olarak, tasarım optimizasyonu için artık daha fazla çekirdek malzeme seçeneği mevcuttur.Anahtarlamalı mod güç kaynakları (SMPS), indüktörler, bobinler ve filtreler için tipik malzemeler MPP (molypermalloy tozu), High Flux , Sendust ve Demir Tozu çekirdekleridir.Yukarıdaki güç çekirdeği malzemelerinin her biri, farklı uygulamalar için uygun bireysel özelliklere sahiptir.
Yukarıdaki toz maçaların ortak üreticileri şunlardır:
1) Demir tozu çekirdekleri için mikro metaller.Termal kararlılık için yalnızca Micrometals çekirdekler test edilir ve CWS tüm tasarımlarında yalnızca Micrometals çekirdekler kullanır.
2) MPP, Sendust (Kool Mu®) ve High Flux çekirdekleri için Magnetics Inc, Arnold Engineering, CSC ve T/T Electronics
3) Sendust Çekirdekleri için TDK, Tokin, Toho

Toz maçalarda, yüksek geçirgenliğe sahip malzeme öğütülür veya toz halinde atomize edilir.Çekirdeklerin geçirgenliği, yüksek geçirgenliğe sahip malzemelerin parçacık boyutuna ve yoğunluğuna bağlı olacaktır.Bu malzemenin parçacık boyutunun ve yoğunluğunun ayarlanması, çekirdeklerin farklı geçirgenliğine yol açar.Parçacık boyutu ne kadar küçük olursa, geçirgenlik o kadar düşük ve DC öngerilim özellikleri o kadar iyi olur, ancak daha yüksek bir maliyetle.Bireysel toz partikülleri birbirinden yalıtılmıştır ve çekirdeklerin bir indüktörde enerji depolaması için doğası gereği dağılmış hava boşluklarına sahip olmasına izin verir.

Bu dağıtılmış hava boşluğu özelliği, enerjinin çekirdek boyunca eşit şekilde depolanmasını sağlar.Bu, çekirdeğin daha iyi bir sıcaklık kararlılığına sahip olmasını sağlar.Boşluklu veya yarıklı ferritler, enerjiyi yerel hava aralığında depolar, ancak çok daha fazla akı sızıntısı yerel boşluk kaybına ve parazite neden olur.Bazı durumlarda, yerel boşluktan kaynaklanan bu kayıp, çekirdek kaybının kendisini aşabilir.Boşluklu bir ferrit çekirdekteki hava boşluğunun yerel doğası nedeniyle, iyi bir sıcaklık stabilitesi göstermez.

Optimum çekirdek seçimi, tüm tasarım hedeflerini karşılarken en az tavizle en iyi malzemeyi seçmektir.Maliyet birincil faktörse, seçim demir tozudur.Sıcaklık stabilitesi birincil endişe ise, MPP ilk seçenek olacaktır.Her bir malzeme türünün özellikleri kısaca ele alınmıştır.
3 tip toz maça, aşağıdaki web sitesinde stoktan (hemen teslim) çevrimiçi olarak küçük miktarlarda satın alınabilir: www.cwsbytemark.com.Bu malzemelerle ilgili daha fazla teknik veri www.bytemark.com adresinde bulunabilir.

MPP (Molipermalloy Toz Çekirdekler)
Kompozisyon: Mo-Ni-Fe

MPP çekirdekleri, en düşük toplam çekirdek kaybına ve en iyi sıcaklık kararlılığına sahiptir.Tipik olarak endüktans varyansı 140°C'ye kadar %1'in altındadır. MPP çekirdekleri 26, 60, 125, 160, 173, 200 ve 550 başlangıç ​​geçirgenliklerinde (µi) mevcuttur. MPP yüksek direnç, düşük histerezis ve girdap akımı sunar DC bias ve AC koşulları altında kayıplar ve çok iyi endüktans kararlılığı.AC uyarımı altında, 2000 gauss'un üzerindeki AC akı yoğunluğunda µi=125 çekirdek için endüktans değişimi %2'nin altındadır (çok kararlı).Yüksek DC manyetizasyon veya DC öngerilim durumunda kolayca doymaz. MPP çekirdeğinin doygunluk akı yoğunluğu yaklaşık 8000 gauss'tur (800 mT)

Diğer malzemelerle karşılaştırıldığında, MPP çekirdekleri, çekirdek kaybı ve kararlılık açısından en pahalı, ancak en kaliteli olanıdır.DC bias koşulunu içeren uygulama için aşağıdaki yönergeleri kullanın.DC öngerilim koşulu altında ilk geçirgenlikte %20'den daha az azalma elde etmek için:- µi= 60 çekirdek için, maks.DC bias < 50 oersted;µi=125, maks.DC bias < 30 oersted;µi=160, maks.DC bias <20 oersted.

Benzersiz özellikler

1. Tüm toz malzemeler arasında en düşük çekirdek kaybı.Düşük sinyal bozulması ve düşük artık kayıpla sonuçlanan düşük histeristik kayıp.
2. En iyi sıcaklık kararlılığı.%1'in altında.
3. Maksimum doygunluk akı yoğunluğu 8000 gauss'tur (0,8 tesla)
4. Endüktans toleransı: + - %8.(500 Hz'den 200 Khz'ye %3)
5. En yaygın olarak havacılık, askeri, tıbbi ve yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır.
6. Yüksek akış ve toz ile karşılaştırıldığı gibi en kolay şekilde bulunur.
Uygulamalar:
Yüksek Q filtreleri, yükleme bobinleri, rezonans devreleri, 300 kHz'in altındaki frekanslar için RFI filtreleri, transformatörler, bobinler, diferansiyel mod filtreleri ve DC taraflı çıkış filtreleri.

Yüksek Akışlı Çekirdekler
Kompozisyon: Ni-Fe

High Flux çekirdekler sıkıştırılmış %50 nikel ve %50 demir alaşım tozundan oluşur.Temel malzeme, şerit sarılı göbeklerdeki normal nikel demir laminasyonuna benzer.Yüksek Akı çekirdekleri, daha yüksek enerji depolama özelliklerine ve daha yüksek doygunluk akı yoğunluğuna sahiptir.Doygunluk akı yoğunluğu yaklaşık 15.000 gauss'tur (1500 mT), demir tozu çekirdekleriyle hemen hemen aynıdır.High Flux çekirdekler, Sendust'tan biraz daha düşük çekirdek kaybı sunar.Ancak High Flux'ın çekirdek kaybı, MPP çekirdeklerinden biraz daha fazladır.Yüksek Akı çekirdekleri, en çok DC öngerilim akımının yüksek olduğu uygulamalarda kullanılır.Ancak, MPP veya Sendust kadar hazır değildir ve geçirgenlik seçenekleri veya boyut seçimleri sınırlıdır.
Uygulamalar:

1) İndüktörün doygunluk olmadan büyük AC voltajlarını desteklemesi gereken In Line Noise filtreleri.

2) Büyük miktarda DC önyargı akımını işlemek için Regülatör İndüktörlerini Anahtarlama

3) Artık akı yoğunluğu sıfır gaussa yakın olduğu için Darbe Transformatörleri ve Geri Dönüş Transformatörleri.15K gauss'luk doygunluk akı yoğunluğu ile kullanılabilir akı yoğunluğu (sıfırdan 15K gauss'a), darbe transformatörü ve geri dönüş transformatörleri gibi tek kutuplu sürücü uygulamaları için idealdir.

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

Sendust çekirdekleri Magnetics Inc.'den Kool Mu® olarak da bilinir, Sendust malzemesi ilk olarak Japonya'da Sendai denen bir bölgede kullanılmış ve buna 'toz' çekirdek adı verilmiş ve bu nedenle Sendust adı verilmiştir.Genel olarak, sendust çekirdekleri, demir tozu çekirdeklerinden önemli ölçüde daha düşük kayıplara sahiptir, ancak MPP çekirdeklerinden daha yüksek çekirdek kayıplarına sahiptir.Demir tozu ile karşılaştırıldığında, sendust çekirdek kaybı, Demir tozu çekirdek kaybının %40 ila %50'si kadar düşük olabilir.Sendust çekirdekleri ayrıca çok düşük manyetostriksiyon katsayısı sergiler ve bu nedenle düşük duyulabilir gürültü gerektiren uygulamalar için uygundur.Sendust çekirdekleri, Demir tozundan daha düşük olan 10.000 gauss doygunluk akı yoğunluğuna sahiptir.Bununla birlikte, sendust, MPP'den veya boşluklu ferritlerden daha yüksek enerji depolaması sunar.

Sendust çekirdekleri, 60 ve 125 başlangıç ​​geçirgenliklerinde (Ui) mevcuttur. Sendust çekirdeği, AC uyarımı altında geçirgenlik veya endüktansta (ui=125 için %3'ün altında) minimum değişiklik sunar.Sıcaklık stabilitesi yüksek uçta çok iyidir.Endüktans değişimi ortam sıcaklığından 125°C'ye %3'ten azdır. Ancak sıcaklık 65°C'ye düştükçe endüktansı µi=125 için yaklaşık %15 azalır.Ayrıca, sıcaklık arttıkça, sendust'un diğer tüm toz malzemeler için endüktansta bir artışa karşılık endüktansta bir düşüş gösterdiğine dikkat edin.Bu, kompozit bir çekirdek yapısındaki diğer malzemelerle birlikte kullanıldığında sıcaklık kompanzasyonu için iyi bir seçim olabilir.

Sendust çekirdekleri, MPP'lerden veya yüksek akışlardan daha ucuza mal olur, ancak demir tozu çekirdeklerinden biraz daha pahalıdır.DC bias koşullarını içeren uygulama için aşağıdaki yönergeleri kullanın.DC öngerilim koşulu altında ilk geçirgenlikte %20'nin altına düşmek için:

µi= 60 damar için, maks.DC bias < 40 oersted;µi=125, maks.DC bias < 15 oersted.

Benzersiz özellikler

1. Demir Tozu'ndan daha düşük çekirdek kaybı.
2. Düşük manyetostriksiyon katsayısı, düşük sesli gürültü.
3. İyi sıcaklık kararlılığı.-15'C'den 125'C'ye kadar %4'ün altında
4.Maksimum akı yoğunluğu: 10.000 gauss (1.0 tesla)
5. Endüktans toleransı: ±8%.
Uygulamalar:
1. SMPS'de anahtarlama regülatörleri veya Güç İndüktörleri
2.Fly-back ve Darbe transformatörleri (indüktörler)
3. Hat içi gürültü filtreleri
4. Salıncak bobinleri
5.Faz kontrol devreleri (düşük sesli gürültü) ışık kısıcılar, motor hız kontrol cihazları.
Demir tozu
Kompozisyon: Fe

Demir tozu, tüm toz çekirdekler arasında en uygun maliyetli olanıdır.MPP, High Flux veya Sendust çekirdeklerine uygun maliyetli bir tasarım alternatifi sunar.Tüm toz malzemeler arasında daha yüksek olan çekirdek kaybı, daha büyük boyutlu çekirdekler kullanılarak telafi edilebilir.Demir tozu maçalarındaki alan ve daha yüksek sıcaklık artışının maliyet tasarrufuna kıyasla önemsiz olduğu birçok uygulamada, demir tozu maçaları en iyi çözümü sunar.Demir Tozu çekirdekleri 2 sınıfta mevcuttur: karbonil demir ve hidrojenle indirgenmiş demir.Karbonil demir, daha düşük çekirdek kayıplarına sahiptir ve RF uygulamaları için yüksek Q sergiler.

Demir Tozu maçaları 1'den 100'e kadar olan geçirgenliklerde mevcuttur. SMPS uygulamaları için popüler malzemeler #26 (µi=75), #8/90 (µi=35), #52 (µi= 75) ve #18'dir (µi= 55).Demir tozu çekirdekleri, 10.000 ila 15.000 gauss doygunluk akı yoğunluğuna sahiptir.Demir tozu çekirdekleri sıcaklıkla oldukça kararlıdır.#26 malzemesinin sıcaklık kararlılığı 825 ppm/C'dir (125 °C'ye kadar sıcaklık değişikliği ile yaklaşık %9 endüktans değişimi).#52 malzemesi 650 PPM/C'dir (%7).#18 malzemesi 385 PPM/C (%4) ve #8/90 malzemesi 255 PPM/C (%3)'tür.

Demir tozu çekirdekleri, düşük frekanslı uygulamalarda idealdir.Histerezis ve girdap akımı çekirdek kaybı daha yüksek olduğundan, çalışma sıcaklığı 125 °C'nin altında sınırlandırılmalıdır.

DC bias koşullarını içeren uygulama için aşağıdaki yönergeler önerilir.DC öngerilim koşulu altında ilk geçirgenlikte %20'nin altına düşmek için:

Malzeme #26 için, maksimum DC sapması < 20 oersted;
Malzeme #52 için, maksimum DC sapması < 25 oersted;
Malzeme #18 için, maksimum DC sapması < 40 oersted;
Malzeme #8/90 için, maksimum DC sapması < 80 oersteds.

Benzersiz özellikler

1. En düşük maliyetler.
2.Düşük frekans uygulaması için iyi (<10OKhz).
3. Yüksek maksimum akı yoğunluğu: 15.000 gauss
4. Endüktans toleransı ± %10
Uygulamalar:
1.Enerji depolama indüktörü
2.Düşük frekanslı DC çıkış bobinleri
3,60 Hz diferansiyel mod EMI Hat Bobinleri
4.Light Dimmerler Şoklar
5. Güç Faktörü düzeltme Bobinleri.
6. Rezonant İndüktörler.
7.Pulse ve Fly-backTransformerler
8. Hat içi gürültü filtreleri.Doygunluk olmadan büyük AC hat akımına dayanabilir.
DC Eğilimli İndüktör Çalışması.
%20 Geçirgenlik Limitleri

DC mıknatıslama koşulları altında, tüm toz malzemeler, çizelgelerde gösterildiği gibi geçirgenlikte bir azalma sergiler.Yukarıdaki veriler, 20 gauss'luk bir AC akı yoğunluğunu varsayar.İndüktörlerin DC kutuplu olduğu çıkış bobinleri gibi uygulamalar için mıknatıslanma kuvvetinin (H=0,4*PHI*N*l/l) hesaplanması ve geçirgenlikteki azalmayı hesaba katmak için sarım sayısının artırılması gerekir.Hesaplanan manyetizasyon kuvveti (H), yukarıdaki maksimum DC taraflı limitler dahilindeyse, tasarımcının dönüşleri yalnızca maksimum %20 oranında artırması gerekir.

Göreli Maliyet Karşılaştırma Tablosu
Her bir malzemenin nispi maliyetleri, geçerli ürün fiyatlandırmasına ve ham madde maliyetlerine bağlıdır.Bu sayılar yalnızca kılavuz olarak kullanılmalıdır.Genel olarak Micrometal'in Demir Tozu #26 en uygun maliyetlidir ve MPP'ler en pahalı malzemelerdir.
Pek çok demir tozu çekirdeği üreticisi ve ithalatçısı vardır ve bunların çoğu Micrometals tarafından sunulan kalite seviyesini göstermez.