سلف ، اجزای اساسی در تقریباً در تمام مدارهای الکترونیکی ، با ذخیره انرژی در یک میدان مغناطیسی کار می کنند. کارایی و عملکرد یک سلف به شدت تحت تأثیر مواد مورد استفاده برای هسته آن قرار دارد. ماده اصلی خواصی مانند القاء ، خصوصیات اشباع ، پاسخ فرکانس و تلفات اصلی را تعیین می کند و انتخاب آن را به یک مورد طراحی مهم تبدیل می کند.
چرا مواد اصلی اهمیت دارند
ماده اصلی یک سلف برای تمرکز شار مغناطیسی و در نتیجه افزایش القاء آن در مقایسه با یک معادل هسته هوا افزایش می یابد. مواد مختلف خصوصیات مغناطیسی منحصر به فردی را ارائه می دهند که باعث می شود آنها برای برنامه های خاص مناسب باشند. پارامترهای کلیدی که باید هنگام انتخاب یک ماده اصلی در نظر بگیرید عبارتند از:
-
نفوذپذیری ( ) : اندازه گیری از اینکه چگونه یک ماده به راحتی می تواند از تشکیل یک میدان مغناطیسی در درون خود پشتیبانی کند. نفوذپذیری بالاتر به طور کلی منجر به القاء بالاتر برای تعداد معینی از چرخش ها می شود.
-
تراکم شار اشباع ( ) : حداکثر چگالی شار مغناطیسی یک ماده می تواند قبل از توانایی آن در حمل شار بیشتر به طور قابل توجهی کاهش یابد. کار بالاتر از اشباع منجر به افت شدید القاء و افزایش اعوجاج می شود.
-
ضررهای اصلی : انرژی به عنوان گرما در هسته ، در درجه اول به دلیل هیسترزیس و جریانهای گرداب از بین می رود. تلفات هسته پایین تر برای کارآیی ، به ویژه در فرکانس های بالاتر بسیار مهم است.
-
پاسخ فراوانی : چگونگی تغییر خصوصیات مواد (مانند نفوذپذیری و تلفات) با فرکانس.
بیایید برخی از رایج ترین مواد اصلی سلف را بررسی کنیم:
1. هسته های هوا
در حالی که به معنای سنتی "ماده" نیست ، هسته های هوا (یا هسته های خلاء) به عنوان یک پایه اصلی عمل می کنند.
-
خصوصیات : آنها دارای نفوذپذیری 1 هستند ، هیچ اشباع مغناطیسی را نشان نمی دهند و تقریباً هیچ تلفات هسته ای ندارند.
-
برنامه : ایده آل برای برنامه های با فرکانس بالا (مدارهای RF ، آنتن ها) که در آن ثبات و خطی مهم است ، و جایی که القاء نسبتاً کم در هر نوبت قابل قبول است. آنها همچنین در صورت تمایل حداقل تداخل مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند.
-
محدودیت ها : القاء بسیار کم برای اندازه معین ، و آنها را برای الزامات با فرکانس پایین و با الزامات بالا غیر عملی می کند.
2 فریتس
فریت ترکیبات سرامیکی ساخته شده از اکسید آهن مخلوط با سایر عناصر فلزی (مانند نیکل ، روی ، منگنز) هستند. آنها با مقاومت الکتریکی بالای آنها متمایز می شوند ، که به طور قابل توجهی تلفات جریان گرداب را کاهش می دهد.
-
خصوصیات : نفوذپذیری بالا (اعم از صدها تا ده ها هزار) ، تلفات جریان کم مصرف به دلیل مقاومت بالا و عملکرد با فرکانس بالا. چگالی شار اشباع آنها به طور کلی پایین تر از آلیاژهای آهن است.
-
انواع :
-
فریت های منگنز-روی (MNZN) : به طور معمول برای فرکانس ها تا چند مگاهرتز استفاده می شود. آنها نفوذپذیری بالایی را ارائه می دهند و در برنامه های برق (به عنوان مثال ، منبع تغذیه حالت سوئیچ ، ترانسفورماتورها) متداول هستند.
-
نیکل زینک (Nizn) فریت : مناسب برای فرکانس های بالاتر ، که اغلب در صدها مگااهرتز یا حتی گیگاهرتز گسترش می یابد. آنها نفوذپذیری کمتری نسبت به فریت های MNZN دارند اما خواص خود را در فرکانس های بالاتر بهتر حفظ می کنند. فیلترهای EMI در چوک های RF استفاده می شود.
-
-
برنامه : به طور گسترده ای در منبع تغذیه سوئیچینگ ، سرکوب EMI/RFI ، سلف های RF و ترانسفورماتورها استفاده می شود.
-
محدودیت ها : می تواند در جریان های DC پایین تر در مقایسه با آهن پودر یا فولاد سیلیکون اشباع شود.
3 آهن پودر شده
هسته های آهنی پودری با فشرده سازی ذرات آهن ریز ریز ساخته شده اند که هر یک از همسایگان خود عایق بندی شده اند. این عایق به طور چشمگیری جریانهای ادبی را کاهش می دهد.
-
خصوصیات : شکاف هوای توزیع شده (به دلیل عایق بین ذرات) که یک ویژگی اشباع "نرم" را فراهم می کند (به معنای القاء به تدریج به جای ناگهانی کاهش می یابد) ، ثبات دمای خوب و هزینه نسبتاً کم. نفوذپذیری آنها پایین تر از اکثر فریت ها است (به طور معمول ده ها تا صدها نفر).
-
برنامه : به دلیل توانایی آنها در رسیدگی به تعصب قابل توجه DC بدون اشباع ناگهانی ، از نظر تصحیح فاکتور قدرت (PFC) ، مبدل های Buck/Boost و فیلترهای خروجی در منبع تغذیه حالت سوئیچ محبوب است. همچنین در برنامه های RF که در آن شکاف هوای توزیع شده مفید است استفاده می شود.
-
محدودیت ها : تلفات هسته بالاتر از فریت ها در فرکانس های بالاتر ، به طور کلی برای برنامه های با فرکانس بسیار بالا به دلیل افزایش تلفات AC مناسب نیست.
4. فولاد لمینت (فولاد سیلیکون)
هسته های فولادی ، به طور خاص فولاد ، از ورق های نازک (لمینت) فولادی آلیاژ شده با سیلیکون تشکیل شده است که در کنار هم جمع شده اند. لمینت ها از یکدیگر عایق بندی می شوند تا ضررهای جریان گرداب را به حداقل برسانند ، که در یک بلوک جامد از فولاد بسیار زیاد خواهد بود.
-
خصوصیات : چگالی شار اشباع بالا ، نفوذپذیری بالا (هزاران نفر) و هزینه نسبتاً کم.
-
برنامه : عمدتاً در برنامه های با فرکانس پایین و با قدرت بالا مانند ترانسفورماتورهای برق ، سلف های بزرگ در منبع تغذیه و خفاش ها برای فیلتر فرکانس خط (50/60 هرتز) استفاده می شود.
-
محدودیت ها : تلفات جریان بالا در فرکانس های بالاتر به دلیل ماهیت فلزی ، و آنها را برای برنامه های با فرکانس بالا نامناسب می کند. حجیم و سنگین در مقایسه با هسته های آهن فریت یا پودری برای مقادیر القایی مشابه.
5. آلیاژهای آمورف و نانوکریستالی
اینها کلاسهای جدیدی از مواد به دلیل عملکرد برتر در مناطق خاص هستند.
-
آلیاژهای آمورف : برای جلوگیری از تبلور ، با خنک کننده سریع فلز مذاب تشکیل می شود و در نتیجه یک ساختار غیر کریستالی (شیشه ای) ایجاد می شود.
-
خصوصیات : تلفات هسته ای بسیار کم ، نفوذپذیری بالا و چگالی شار اشباع بالا.
-
برنامه : برنامه های قدرت با فرکانس بالا ، با راندمان بالا ، به ویژه در مواردی که اندازه جمع و جور و تلفات کم بسیار مهم است (به عنوان مثال ، ترانسفورماتورهای با فرکانس بالا ، خفاش های حالت مشترک).
-
-
آلیاژهای نانوکریستالی : ایجاد شده توسط تبلور کنترل شده آلیاژهای آمورف ، و در نتیجه ریزساختار با دانه های بسیار ریز ایجاد می شود.
-
خصوصیات : حتی تلفات هسته پایین تر از آلیاژهای آمورف ، نفوذپذیری بسیار بالا و چگالی شار اشباع بالا.
-
برنامه : برنامه های قدرت با فرکانس بالا حق بیمه ، ترانسفورماتورهای فعلی دقیق و خفاش های حالت مشترک با کارایی بالا.
-
-
محدودیت ها : به طور کلی گران تر از مواد سنتی است.
پایان
انتخاب یک ماده اصلی سلف یک تصمیم مهندسی ظریف است که نیازهای عملکرد الکتریکی (القاء ، جابجایی فعلی ، فرکانس ، ضرر) را با محدودیت های جسمی (اندازه ، وزن) و عوامل اقتصادی (هزینه) متعادل می کند. دانستن خصوصیات منحصر به فرد و معاملات تجاری هوا ، فریت ، آهن پودر شده ، فولاد لمینت و هسته های پیشرفته آمورف/نانوکریستالی برای بهینه سازی طراحی سلف برای هر کاربردی ضروری است. از آنجا که الکترونیک به سمت فرکانس های بالاتر و راندمان بیشتر تکامل می یابد ، توسعه و پالایش مواد اصلی سلف همچنان یک منطقه پر جنب و جوش از تحقیق و نوآوری است. $ $