Lõi Sendust có độ tự cảm cao Lõi khối Sendust Độ thấm cao

Sendust là một loại bột kim loại từ tính được phát minh bởi Hakaru Masumoto tại Đại học Hoàng gia Tohoku ở Sendai, Nhật Bản, vào khoảng năm 1936 như một chất thay thế cho permalloy trong các ứng dụng cuộn cảm cho mạng điện thoại.Thành phần của Sendust thường là 85% sắt, 9% silicon và 6% nhôm.Bột được thiêu kết thành lõi để sản xuất cuộn cảm.Lõi Sendust có độ thấm từ cao (lên đến 140 000), tổn hao thấp, lực kháng từ thấp (5 A/m) ổn định nhiệt độ tốt và mật độ từ thông bão hòa lên đến 1 T.
Do thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể của nó, Sendust thể hiện đồng thời từ giảo bằng không và hằng số dị hướng từ tinh thể bằng không K1.
Sendust cứng hơn permalloy, và do đó rất hữu ích trong các ứng dụng mài mòn như đầu ghi từ tính.

Cách chọn loại lõi bột có khe hở không khí phân tán để sử dụng trong thiết kế cuộn cảm và cuộn cảm công suất

Giới thiệu

Hướng dẫn ứng dụng này trình bày một số nguyên tắc chung để lựa chọn tối ưu vật liệu lõi bột ( MPP, Sendust, Kool Mu®, High Flux hoặc Iron Powder ) cho các yêu cầu thiết kế cuộn cảm, cuộn cảm và bộ lọc khác nhau.Việc lựa chọn một loại vật liệu này so với loại vật liệu khác thường phụ thuộc vào những điều sau:
1) Dòng điện phân cực DC qua cuộn cảm
2) Nhiệt độ hoạt động xung quanh và mức tăng nhiệt độ chấp nhận được.Nhiệt độ môi trường trên 100 độ C hiện nay khá phổ biến.
3) Giới hạn kích thước và phương pháp lắp đặt (thông qua lỗ hoặc gắn trên bề mặt)
4) Chi phí: bột sắt là rẻ nhất và MPP, rộng nhất.
5) Ổn định điện của lõi với sự thay đổi nhiệt độ
6) Sự sẵn có của vật liệu cốt lõi.Ví dụ: Micrometals #26 và #52 chủ yếu có sẵn từ kho.Các lõi MPP phổ biến nhất hiện có là 125 vật liệu thấm, v.v.

Nhờ những tiến bộ gần đây trong công nghệ sắt từ, giờ đây đã có nhiều lựa chọn hơn về vật liệu cốt lõi để tối ưu hóa thiết kế.Đối với các bộ nguồn chế độ chuyển đổi (SMPS), cuộn cảm, cuộn cảm và bộ lọc, các vật liệu điển hình là MPP (bột molypermalloy), lõi High Flux , Sendust và Bột sắt.Mỗi vật liệu lõi điện ở trên có các đặc điểm riêng phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.
Các nhà sản xuất phổ biến của các lõi bột trên là:
1) Vi kim cho lõi bột sắt.Chỉ lõi Micrometals mới được kiểm tra độ ổn định nhiệt và CWS chỉ sử dụng lõi Micrometals trong tất cả các thiết kế của mình.
2) Magnetics Inc, Arnold Engineering, CSC và T/T Electronics cho các lõi MPP, Sendust ( Kool Mu®) và High Flux
3) TDK, Tokin, Toho cho Lõi Sendust

Với lõi bột, vật liệu có độ thẩm thấu cao được nghiền hoặc nguyên tử hóa thành bột.Độ thấm của lõi sẽ phụ thuộc vào kích thước hạt và mật độ của vật liệu có độ thấm cao.Việc điều chỉnh kích thước hạt và mật độ của vật liệu này dẫn đến độ thấm khác nhau của lõi.Kích thước hạt càng nhỏ, độ thấm càng thấp và đặc tính sai lệch DC càng tốt, nhưng giá thành cao hơn.Các hạt bột riêng lẻ được cách điện với nhau, cho phép các lõi có các khe hở không khí phân bổ vốn có để lưu trữ năng lượng trong một cuộn cảm.

Đặc tính khe hở không khí phân tán này đảm bảo rằng năng lượng được lưu trữ đồng đều qua lõi.Điều này làm cho lõi có độ ổn định nhiệt độ tốt hơn.Các ferit có khe hở hoặc có khe hở lưu trữ năng lượng trong khe hở không khí cục bộ nhưng với lượng rò rỉ từ thông nhiều hơn gây ra hiện tượng nhiễu và suy hao khe hở cục bộ.Trong một số trường hợp, tổn thất do khe hở cục bộ này có thể vượt quá tổn thất lõi.Do tính chất cục bộ của khe hở không khí trong lõi ferit có khe hở, nó không thể hiện sự ổn định nhiệt độ tốt.

Lựa chọn cốt lõi tối ưu là chọn vật liệu tốt nhất với sự thỏa hiệp tối thiểu trong khi đáp ứng tất cả các mục tiêu thiết kế.Nếu chi phí là yếu tố chính, bột sắt là sự lựa chọn.Nếu sự ổn định nhiệt độ là mối quan tâm chính, MPP sẽ là lựa chọn đầu tiên.Các thuộc tính của từng loại vật liệu được thảo luận ngắn gọn.
Tất cả 3 loại lõi bột có thể được mua trực tuyến với số lượng nhỏ từ kho (giao ngay) tại trang web sau: www.cwsbytemark.com.Dữ liệu kỹ thuật khác của các tài liệu này có thể được tìm thấy trong www.bytemark.com

MPP (Lõi bột Molypermalloy)
Thành phần: Mo-Ni-Fe

Lõi MPP có tổn thất lõi tổng thể thấp nhất và ổn định nhiệt độ tốt nhất.Thông thường, phương sai điện cảm dưới 1% lên đến 140 độ C. Các lõi MPP có độ thẩm thấu ban đầu (µi) là 26, 60, 125, 160, 173, 200 và 550. MPP có điện trở suất cao, độ trễ thấp và dòng điện xoáy tổn thất và độ ổn định điện cảm rất tốt trong điều kiện sai lệch DC và AC.Trong điều kiện kích thích AC, độ tự cảm thay đổi dưới 2% (rất ổn định) đối với lõi µi=125 ở mật độ từ thông AC trên 2000 gauss.Nó không bão hòa dễ dàng ở điều kiện từ hóa DC cao hoặc sai lệch DC. Mật độ từ thông bão hòa của lõi MPP là khoảng 8000 gauss ( 800 mT)

So với các vật liệu khác, lõi MPP đắt nhất nhưng chất lượng cao nhất về độ ổn định và độ suy hao của lõi.Đối với ứng dụng liên quan đến điều kiện sai lệch DC, hãy sử dụng các nguyên tắc sau.Để độ thấm ban đầu giảm dưới 20% trong điều kiện sai lệch DC: - Đối với µi= 60 lõi, tối đa.Độ lệch DC < 50 oersted;µi=125, tối đa.DC thiên vị <30 oersted;µi=160, tối đa.DC thiên vị <20 oersted.

Tính năng độc đáo

1. Mất lõi thấp nhất trong số tất cả các vật liệu bột.Suy hao trễ thấp dẫn đến méo tín hiệu thấp và suy hao dư thấp.
2. Ổn định nhiệt độ tốt nhất.Dưới 1%.
3. Mật độ từ thông bão hòa tối đa là 8000 gauss (0,8 tesla)
4. Dung sai điện cảm: + - 8%.(3% từ 500 Hz đến 200 Khz)
5. Được sử dụng phổ biến nhất trong ứng dụng hàng không vũ trụ, quân sự, y tế và nhiệt độ cao.
6. Sẵn có nhất khi được kết hợp với thông lượng cao và gửi đi.
Các ứng dụng :
Bộ lọc Q cao, cuộn tải, mạch cộng hưởng, bộ lọc RFI cho tần số dưới 300 kHz, máy biến áp, cuộn cảm, bộ lọc chế độ vi sai và bộ lọc đầu ra phân cực DC.

Lõi thông lượng cao
Thành phần: Ni-Fe

Lõi High Flux bao gồm 50% niken và 50% bột hợp kim sắt được nén chặt.Vật liệu cơ bản tương tự như cán sắt niken thông thường trong lõi quấn băng.Các lõi High Flux có khả năng lưu trữ năng lượng cao hơn và mật độ từ thông bão hòa cao hơn.Mật độ thông lượng bão hòa của chúng là khoảng 15.000 gauss (1500 mT), tương đương với lõi bột sắt.Các lõi High Flux cung cấp tổn thất lõi thấp hơn một chút so với Sendust.Tuy nhiên, tổn thất lõi của High Flux cao hơn một chút so với lõi MPP.Các lõi Thông lượng cao được sử dụng phổ biến nhất trong ứng dụng có dòng điện phân cực DC cao.Tuy nhiên, nó không sẵn có như MPP hoặc Sendust và bị giới hạn trong các lựa chọn về độ thấm hoặc lựa chọn kích thước.
Các ứng dụng :

1) Các bộ lọc nhiễu trong đường dây trong đó cuộn cảm phải hỗ trợ điện áp xoay chiều lớn mà không bị bão hòa.

2) Bộ điều chỉnh chuyển mạch Cuộn cảm để xử lý lượng lớn dòng điện phân cực DC

3) Máy biến áp xung và Máy biến áp Flyback vì mật độ từ thông còn lại của nó gần bằng gauss.Với mật độ từ thông bão hòa là 15K gauss, mật độ từ thông có thể sử dụng (từ 0 đến 15K gauss) phù hợp lý tưởng cho các ứng dụng truyền động đơn cực như biến áp xung và biến áp flyback.

Kool Mu® / GỬI
Thành phần: Al-Si-Fe

Lõi Sendust còn được gọi là Kool Mu® của Magnetics Inc., vật liệu Sendust lần đầu tiên được sử dụng ở Nhật Bản trong một khu vực có tên là Sendai và nó được gọi là lõi 'bụi', do đó có tên là Sendust.Nói chung, lõi sendust có tổn thất thấp hơn đáng kể so với lõi bột sắt, nhưng lại có tổn thất lõi cao hơn lõi MPP.So với bột sắt, tổn thất lõi sendust có thể thấp bằng 40% đến 50% tổn thất lõi bột sắt.Các lõi Sendust cũng thể hiện hệ số từ giảo rất thấp và do đó phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tiếng ồn âm thanh thấp.Lõi Sendust có mật độ từ thông bão hòa là 10.000 gauss, thấp hơn so với bột Sắt.Tuy nhiên, sendust cung cấp khả năng lưu trữ năng lượng cao hơn MPP hoặc ferrite có khe hở.

Các lõi Sendust có độ thẩm thấu ban đầu (Ui) là 60 và 125. Lõi Sendust mang lại sự thay đổi tối thiểu về độ thẩm thấu hoặc độ tự cảm (dưới 3% cho ui=125) dưới tác động của dòng điện xoay chiều.Sự ổn định nhiệt độ là rất tốt ở cấp cao.Độ tự cảm thay đổi nhỏ hơn 3% từ môi trường xung quanh đến 125 độ C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm xuống 65 độ C, độ tự cảm của nó giảm khoảng 15% đối với µi=125.Cũng lưu ý rằng khi nhiệt độ tăng, sendust thể hiện sự giảm độ tự cảm so với sự gia tăng độ tự cảm đối với tất cả các vật liệu dạng bột khác.Đây có thể là một lựa chọn tốt để bù nhiệt độ, khi được sử dụng với các vật liệu khác trong cấu trúc lõi composite.

Lõi Sendust có giá thấp hơn MPP hoặc từ thông cao, nhưng đắt hơn một chút so với lõi bột sắt.Đối với ứng dụng liên quan đến các điều kiện sai lệch DC, hãy sử dụng các nguyên tắc sau.Để giảm độ thấm ban đầu dưới 20% trong điều kiện sai lệch DC:

Đối với µi= 60 lõi, tối đa.DC thiên vị <40 oersted;µi=125, tối đa.Độ lệch DC < 15 oersted.

Tính năng độc đáo

1. Mất lõi thấp hơn Bột sắt.
2. Hệ số từ giảo thấp, tiếng ồn nghe được thấp.
3. Ổn định nhiệt độ tốt.Dưới 4% từ -15' C đến 125' C
4. Mật độ từ thông tối đa: 10.000 gauss (1.0 tesla)
5. Dung sai điện cảm: ±8%.
Các ứng dụng:
1. Bộ điều chỉnh chuyển mạch hoặc Cuộn cảm nguồn trong SMPS
2. Máy biến áp Fly-back và Pulse (cuộn cảm)
3. Bộ lọc tiếng ồn trong dòng
4. Swing cuộn cảm
5. Mạch điều khiển pha (tiếng ồn âm thanh thấp) điều chỉnh độ sáng ánh sáng, thiết bị điều khiển tốc độ động cơ.
Bột sắt
Thành phần: Fe

Bột sắt là chi phí hiệu quả nhất trong tất cả các lõi bột.Nó cung cấp một giải pháp thay thế thiết kế hiệu quả về chi phí cho các lõi MPP, High Flux hoặc Sendust.Mất lõi cao hơn của nó trong số tất cả các vật liệu bột có thể được bù đắp bằng cách sử dụng lõi kích thước lớn hơn.Trong nhiều ứng dụng, nơi không gian và sự gia tăng nhiệt độ cao hơn trong lõi bột sắt là không đáng kể so với việc tiết kiệm chi phí, lõi bột sắt mang đến giải pháp tốt nhất.Lõi bột sắt có 2 loại: sắt carbonyl và sắt khử hydro.Sắt carbonyl có tổn thất lõi thấp hơn và thể hiện Q cao cho các ứng dụng RF.

Lõi Bột Sắt có độ thấm từ 1 đến 100. Các vật liệu phổ biến cho các ứng dụng SMPS là #26 (µi=75), #8/90 (µi=35), #52 (µi= 75) và #18 (µi= 55).Lõi bột sắt có mật độ từ thông bão hòa từ 10.000 đến 15.000 gauss.Lõi bột sắt khá bền với nhiệt độ.Vật liệu #26 có độ ổn định nhiệt độ là 825 ppm/C (độ tự cảm thay đổi khoảng 9% với sự thay đổi nhiệt độ lên đến 125 độ C). Vật liệu #52 là 650 PPM/C (7%).Vật liệu #18 là 385 PPM/C (4%) và vật liệu #8/90 là 255 PPM/C (3%).

Lõi bột sắt là lý tưởng trong các ứng dụng tần số thấp hơn.Vì độ trễ và tổn thất lõi dòng điện xoáy của chúng cao hơn nên nhiệt độ hoạt động nên được giới hạn ở mức dưới 125 độ C.

Đối với ứng dụng liên quan đến các điều kiện sai lệch DC, các hướng dẫn sau đây được khuyến nghị.Để giảm độ thấm ban đầu dưới 20% trong điều kiện sai lệch DC:

Đối với Vật liệu #26, độ lệch DC tối đa < 20 oersteds;
Đối với Vật liệu #52, độ lệch DC tối đa < 25 oersteds;
Đối với Vật liệu #18, độ lệch DC tối đa < 40 oersteds;
Đối với Vật liệu #8/90, độ lệch DC tối đa < 80 oersteds.

Tính năng độc đáo

1. Chi phí thấp nhất.
2. Tốt cho ứng dụng tần số thấp (<10OKhz).
3. Mật độ từ thông tối đa cao: 15.000 gauss
4. Dung sai điện cảm ± 10%
Các ứng dụng:
1. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng
2. Cuộn cảm đầu ra DC tần số thấp
Chế độ vi sai 3,60 Hz Cuộn cảm dòng EMI
4.Cuộn cảm điều chỉnh ánh sáng
5. Cuộn cảm điều chỉnh hệ số công suất.
6. Cuộn cảm cộng hưởng.
7.Pulse và Fly-backTransformers
8. Bộ lọc tiếng ồn trong dòng.Có khả năng chịu được dòng điện xoay chiều lớn mà không bị bão hòa.
Hoạt động cuộn cảm thiên vị DC.
Giới hạn thấm 20%

Trong điều kiện từ hóa DC, tất cả các vật liệu dạng bột thể hiện sự giảm tính thấm như thể hiện trong biểu đồ.Dữ liệu trên giả định mật độ từ thông AC là 20 gauss.Đối với ứng dụng như cuộn cảm đầu ra, trong đó cuộn cảm được phân cực DC, lực từ hóa (H=0,4*PHI*N*l/l) cần được tính toán và số vòng dây tăng lên để giải thích cho việc giảm độ từ thẩm.Nếu lực từ hóa (H) tính toán nằm trong giới hạn sai lệch DC tối đa nêu trên, người thiết kế chỉ cần tăng số vòng dây tối đa là 20%.

Bảng so sánh chi phí tương đối
Chi phí tương đối của từng nguyên liệu dựa trên giá sản phẩm hiện hành và chi phí nguyên liệu.Những con số này chỉ nên được sử dụng như một hướng dẫn.Nhìn chung, Bột sắt #26 của Micrometal có chi phí hiệu quả nhất và MPP là vật liệu đắt nhất.
Có rất nhiều nhà sản xuất và nhập khẩu lõi bột sắt, và hầu hết trong số họ không thể hiện mức độ chất lượng như những gì được cung cấp bởi Micrometals.