Феррит или железо-порошковый тороид для понижающих преобразователей?

Меня интересует разница между маленьким ферритом (внешний диаметр 13 мм) и тороидами из порошка желто-белого железа. Будут ли ферритовые тороиды насыщаться при токе 5 А?

Я планирую использовать ядра для понижающих преобразователей (в основном 3 А при частоте ниже 200 кГц).

Вот те, на которые я смотрю:

Феррит: https://www.ebay.com/itm/Metal-Core-Power-Inductor-Ferrite-Rings-Toroid-Cord-25x10x15mm/310980203521 (также доступен с внешним диаметром 13 мм)

Железный порошок: https://www.ebay.com/itm/7mm-Inner-Diameter-Ferrite-Ring-Iron-Toroid-Cores-Yellow-White-50PCS-LW/181834403242

Кажется, что большинство преобразователей доллара используют тороиды порошка желтого белого железа, например: https://www.ebay.com/itm/5Pcs-Toroid-Core-Inductors-Wire-Wind-Wound-mah-100uH-6A- Coil-DIY / 221981982278 .

По результатам поиска в Интернете желто-белые тороиды, по-видимому, имеют проницаемость 75, а ферриты - 2300 или около того. Это важно для насыщения?

У меня есть несколько тороидов и измеритель LCR, а ферритовому тороиду требуется всего несколько витков провода, чтобы получить индуктивность 1 мГн, по сравнению со многими другими витками для сердечника из железного порошка. Будет ли это иметь значение, если пиковый ток через индуктор ограничен?

Я предполагаю, что ферритовые тороиды хороши при низких токах (0-100 мА) и низких частотах (<100 кГц, так как я могу получить большую индуктивность за меньшее количество витков). Но они также хороши для более высоких токов (например, 5-6 А пика)?

(PS: Еще одна причина, по которой я спрашиваю, заключается в том, что у меня ферритовые сердечники стоят вдвое дешевле железных порошковых сердечников.)

— Indraneel
источник

Я пытался понять это не так давно. В итоге я выбрал сердечники силового индуктора из железного порошка (желтый и белый), но я узнал, что они имеют функциональный предел ~ 1 МГц из-за потерь на переключение полюсов или чего-то подобного, поэтому мне было интересно, что это за индуктор используется в высокочастотных преобразователях мощности.

— KH

Если у вас много времени на исследования и разработки и измерительное оборудование для создания собственных силовых индукторов, это нормально. Но если вам нужны работающие преобразователи, я бы порекомендовал приобретать полностью охарактеризованные катушки индуктивности у профессионалов Coilcraft, TDK, Murata, KEMET и т. Д. И получать компоненты, рекомендованные производителями микросхем в своих спецификациях.

— Ale..chenski

@ Ale..chenski Это не поможет мне научиться чему-либо. Кроме того, я не строю что-то, чтобы пройти правила. Кроме того, цена на ядра здесь составляет около 6 центов каждая, вероятно, в сто раз дешевле, чем получить их с таблицами данных.

— Indraneel

@Indraneel Для прерывистой работы, если вам нужно спланировать ее, вы можете выяснить детали из

\frac{A_{c} \cdot l_{m}}{μ_{r}} = \frac{μ_{0} V_{peak} I_{max} t_{on}}{B_{max}^{2}}

$\frac{A_c\cdot\, l_m}{\mu_r}=\frac{\mu_0\:V_\text{peak}\:I_\text{max}\:t_\text{on}}{B_\text{max}^{\,2}}$ , (

t_{on} = \frac{D}{f}

$t_\text{on}=\frac{D}{f}$ ,

D

$D$ это рабочий цикл и

f

$f$ это частота.) Для непрерывной работы это

\frac{A_{c} \cdot l_{m}}{μ_{r}} = \frac{μ_{0} L I_{max}^{2}}{2 B_{max}^{2}}

$\frac{A_c\cdot \,l_m}{\mu_r}=\frac{\mu_0\:L\:I_\text{max}^{2}}{2\:B_\text{max}^{\,2}}$ ,

A_{c}

$A_c$ это поперечное сечение ядра,

l_{m}

$l_m$ длина магнитного пути, и

μ_{r}

$\mu_r$ а также

B_{m a x}

$B_{max}$ зависит от материала ядра. Материал сердечника должен поддерживать

f

$f$ , тоже.

— Йонк

@jonk Так что если

I_{m a x}

$I_{max}$ должен увеличиваться, то либо

A_{c}

$A_c$ или

l_{m}

$l_m$ должен увеличиваться. Но

μ_{r}

$\mu_r$ очень высок для ферритов. Поэтому железный порошок используется? Или щелевой ферритовый сердечник?

B_{m a x}

$B_{max}$ 0,4 тесла для ферритов, верно?

— Indraneel

Ответы:

Существует цветовой стандарт для окрашенных тороидов, а желтый означает, что он имеет гистерезис для предотвращения насыщения и предназначен для катушек индуктивности фильтра. Но побочным эффектом является то, что он имеет очень низкую проницаемость. Черный феррит обычно является хорошим выбором для трансформаторов. Синий - дорогой пермаллой, более эффективный, чем феррит. Зеленый - это низкочастотные фильтры, изготовленные из силиконовой стальной ленты, обмотанной для образования тороида.

Эта диаграмма является общей, так как она не включает мелкие детали, такие как проницаемость, и не указывает, является ли железо, сталь, феррит или пермаллой, который является никель-железным сплавом.

Блоки питания ПК могут выдавать более 1000 Вт, и они используют E-сердечники, поскольку их легко наматывать на машине, и могут иметь поперечное сечение, достаточно большое, чтобы выдерживать до 10 ампер / витков, а крошечный воздушный зазор в 10 мил помогает много. Крупные тороиды требуют дорогих головок намоточных машин, поэтому тороиды лучше использовать при низких напряжениях, где число обмоток мало, например, в источниках питания автомобильной стереосистемы.

ПРИМЕЧАНИЕ: Иногда практические причины определяют, какой материал и форма трансформатора используются, что не всегда является лучшим выбором. Стоимость и размер конкурируют с эффективностью. Мнения о разработке, маркетинге и продажах не совпадают, и кто выигрывает, определяет, что используется. «Достаточно хорошо» побеждает большую часть времени.

Гистерезис - это промежуток, в котором железный или ферритовый сердечник нуждается в более интенсивном магнитном поле для намагничивания, сохраняя немного поля после того, как ток был удален. Для изменения магнитного поля сердечника требуется более сильный ток обратной полярности. Как правило, измеритель LCR, который работает с малыми токами возбуждения, покажет, что сердечник с гистерезисом, встроенным в его материал, имеет гораздо меньшую индуктивность, чем сердечник с теми же витками провода и такого же поперечного сечения, но изготовленный из феррита или пермаллоя.

Чтобы охватить все варианты сердечников, изготовленные многими производителями, вам понадобится книга, полная диаграмм, специфичных для каждого материала сердцевины. Для любого данного сердечника любой формы вам необходима таблица или диаграмма производителей для этого сердечника, чтобы получить представление о проницаемости и любых факторах гистерезиса и пиковых значениях тока в зависимости от ширины импульса. Цитирую комментарий Али..ченского:

Ферромагнитные материалы характеризуются более чем одним параметром: формой (и угловыми значениями) его петли гистерезиса, полем насыщения, потерями на различных частотах и т. Д. Вы не можете отобразить это многомерное параметрическое пространство в одну линейку с цветовой кодировкой, каждый материал обладает разнообразными свойствами, и существуют сотни конкретных композиций материалов, предназначенных для различных целей. Без таблиц ядро может быть чем угодно.

Связь с магнитным гистерезисом

— Sparky256
источник

А как насчет неокрашенных черных ферритов? Это самый дешевый у меня дома. Их также можно увидеть внутри ламп КЛЛ. Я уже знаю, что они отлично работают при низких токах с MC34063, а также как вор драгоценного камня. Но как насчет 3А бак преобразователя с LM2596?

— Indraneel

Для данной конструкции, основанной на ШИМ-микросхеме, при изготовлении часто указывается основной материал или номер детали, по которым можно выполнить поиск. По всему миру производится много тороидов.

— Sparky256

Ну, в техническом описании LM2596 написано, что ферритовый сердечник E или ферритовая катушка или порошкообразный железный тороид. Итак, это потому, что пиковый ток уже слишком высок для ферритовых сердечников без воздушного зазора?

— Indraneel

Я добавил еще немного к своему ответу.

— Sparky256

Да, я видел этот график раньше. Это для железных порошковых сердечников. Есть и другие похожие с желтым / белым цветовым кодом (Mu = 75).

— Indraneel

Порошковое железо является дешевым и более щадящим, когда дело доходит до насыщения из-за более постепенных кривых ЧД. Есть недостаток, когда для доллара и большинства других DC / DC преобразователей.

Пульсирующий ток индуктора вызовет больше потерь в сердечнике в порошковом железе, чем в большинстве ферритов. Вполне нормально, что переменный ток пульсации составляет около 33% от максимального тока нагрузки постоянного тока. Таким образом, в традиционном жестком режиме переключения режима пикового тока, для которого проще всего купить микросхемы, указано, что вы получите более низкую эффективность на порошковом железе.

Когда я запускаю порошковое железо, я настраиваюсь на очень низкие пульсации тока, чтобы сделать потери в сердечнике очень низкими.

— аутистический
источник

Сердечники из порошкового железа должны подвергаться тщательному термообработке, чтобы предотвратить старение, связанное с температурой (что приводит к более высоким потерям, более высоким температурам и возможному разрушительному тепловому износу). Ферритовый и MPP материал не имеют этой проблемы.

— Адам Лоуренс

@ Адам Лоуренс. Очень хороший комментарий. Не покупайте порошковое железо у странных людей. В прошлой жизни я понял это нелегким путем.

— аутистическое

Даже ядра от известных производителей (таких как Micrometals) должны наблюдаться.

— Адам Лоуренс