1K107 Нанокристаллические сердечники E-формы для импульсных источников питания

Что такое нанокристаллическое ядро ​​1K107 E-формы?

Обозначение 1K107 относится к нанокристаллическому магнитомягкому сплаву на основе железа- с очень высокой проницаемостью, высокой плотностью потока насыщения и низкими потерями в сердечнике на высокой частоте. При изготовлении E-формы сердечник представляет собой удобную трехполюсную магнитную структуру, которую легко наматывать и монтировать на печатную плату или шасси. Нанокристаллические сердечники E-формы используются в импульсных источниках питания для повышения производительности, особенно в устройствах с высокой-мощностью и высокой-частотой, таких как инверторы, зарядные устройства и промышленное оборудование, где они обеспечивают более компактную и эффективную конструкцию, чем обычные ферритовые сердечники.

Ключевые преимущества по сравнению с ферритом

Высокая магнитная индукция насыщения: сплав 1К107 насыщается при температуре около 1,2 Тл, что примерно в 2,5 раза превышает плотность потока насыщения силового феррита, что позволяет создавать трансформаторы меньшего размера с более высокой плотностью мощности или большим размахом магнитного потока при том же размере сердечника.

Низкие потери в сердечнике на высокой частоте: нанокристаллические сердечники имеют значительно меньшие потери в сердечнике на частоте 20–50 кГц, чем ферритовые, что повышает эффективность и снижает выделение тепла в трансформаторе.

Отличная термическая стабильность: при температуре Кюри около 570 градусов магнитные характеристики остаются стабильными в гораздо более широком диапазоне температур, чем у феррита, свойства которого ухудшаются значительно ниже 200 градусов.

Компактная конструкция: превосходные магнитные свойства позволяют уменьшить размер сердечника, что имеет решающее значение для приложений с ограниченным пространством, таких как транспортные средства, зарядные устройства и медицинское оборудование.

Высокая проницаемость: высокая начальная проницаемость уменьшает количество витков, необходимых для заданной индуктивности, снижая потери в меди и стоимость обмотки.

Приложения в импульсных источниках питания

Главные трансформаторы

В крупных импульсных источниках питания и инверторах в главных трансформаторах используются нанокристаллические сердечники E-формы, позволяющие эффективно работать с высокой мощностью. Высокий поток насыщения позволяет использовать меньшее поперечное сечение-сердечника, а низкие потери удерживают рост температуры в определенных пределах при высоких частотах переключения.

Высокочастотные-трансформаторы

Для прямых, обратноходовых и LLC-резонансных преобразователей, работающих на частоте 20–100 кГц, низкие потери в сердечнике из нанокристаллического материала являются решающим преимуществом. Трансформатор может работать с более высоким размахом магнитного потока, что позволяет уменьшить количество витков и потери в меди.

Индукторы и дроссели

Нанокристаллические сердечники E-формы используются в синфазных-индукторах, индукторах PFC (коррекции коэффициента мощности) и фильтрующих индукторах. В повышающих индукторах PFC высокая плотность потока насыщения и возможность использования контролируемого воздушного зазора позволяют накапливать большую энергию в небольшом объеме.

Другая силовая электроника

Дополнительные области применения включают системы ИБП, инверторы солнечной энергии и инверторные источники питания IGBT, где эффективность, термическая стабильность и компактность одинаково важны.

Типичные размеры

В таблице ниже указаны типичные размеры нанокристаллического ядра E-формы. A, B, C, D, E и F — стандартные параметры геометрии ядра E-; Значения допуска указаны после знака плюс-минус.

А (мм)	Б (мм)	С (мм)	Д (мм)	Е (мм)	Ф (мм)
8.3 ± 0.2	6.0 ± 0.1	1.8 ± 0.2	3.6 ± 0.2	3.0 ± 0.1	4.0 ± 0.1
10.0 ± 0.3	7.0 ± 0.2	2.4 ± 0.2	4.6 ± 0.3	4.2 ± 0.2	5.4 ± 0.2
13.0 ± 0.3	10.2 ± 0.3	2.6 ± 0.2	5.9 ± 0.2	4.6 ± 0.1	6.0 ± 0.2
16.0 ± 0.3	12.0 ± 0.3	3.8 ± 0.2	4.8 ± 0.2	5.2 ± 0.2	7.2 ± 0.1
19.0 ± 0.3	14.0 ± 0.2	4.8 ± 0.3	4.8 ± 0.3	5.7 ± 0.2	8.0 ± 0.3
22.0 ± 0.6	15.6 ± 0.2	5.7 ± 0.3	5.7 ± 0.3	5.4 ± 0.3	9.2 ± 0.3
25.0 ± 0.4	18.6 ± 0.3	6.5 ± 0.3	6.5 ± 0.3	6.8 ± 0.2	10.0 ± 0.2
28.0 ± 0.6	18.6 ± 0.3	7.2 ± 0.2	10.7 ± 0.3	6.5 ± 0.2	10.5 ± 0.3
30.0 ± 0.5	19.9 ± 0.4	6.9 ± 0.3	7.1 ± 0.2	10.0 ± 0.2	15.0 ± 0.2
33.0 ± 0.3	23.5 ± 0.3	9.6 ± 0.4	12.7 ± 0.3	9.2 ± 0.3	13.7 ± 0.3
35.0 ± 0.6	24.6 ± 0.2	10.0 ± 0.3	10.0 ± 0.3	12.5 ± 0.3	17.5 ± 0.3
42.1 ± 0.9	29.5 ± 0.2	12.0 ± 0.3	15.0 ± 0.3	15.2 ± 0.4	21.1 ± 0.3

Размеры выше приведены для справки. Дополнительные размеры и геометрию можно настроить в соответствии с конкретными требованиями к мощности и пространству, включая версии с зазором для индукторов накопления энергии.

Рекомендации по проектированию для инженера по электроснабжению

Проверьте колебание магнитного потока: нанокристаллические сердечники допускают большую дельту-B, чем ферритовые, но потери в сердечнике быстро растут с увеличением частоты и плотности потока, поэтому проверьте кривую потерь в фактической рабочей точке.

Учитывайте воздушный зазор: для PFC и индукторов фильтров необходим контролируемый зазор для хранения энергии; для трансформаторов сердечник без зазора максимизирует проницаемость и минимизирует ток намагничивания.

Проверьте окно обмотки: площадь окна E-формы и поперечное сечение сердечника- вместе определяют достижимую мощность. Используйте произведение A x B ядра, чтобы оценить мощность на первом этапе проектирования.

Снижение номинальных характеристик из-за температуры: хотя температура Кюри высока, изоляция провода и покрытие жил устанавливают практический температурный предел; поддерживайте температуру ядра ниже 120-150 градусов для обеспечения долгосрочной надежности.

Обращение: нанокристаллические ядра чувствительны к механическим воздействиям. Используйте прилагаемое защитное покрытие и избегайте зажима сердечника непосредственно на его магнитном пути.

Часто задаваемые вопросы

Что означает 1К107 в обозначении ядра?

1K107 — это обозначение марки нанокристаллического сплава на основе железа-: оно определяет конкретный состав и термическую обработку, которые придают сердечнику высокую проницаемость, высокую плотность потока насыщения и низкие потери в сердечнике. Различные марки серии 1K оптимизированы для различных сочетаний потерь, проницаемости и частотного диапазона.

Почему плотность потока насыщения важна в импульсном трансформаторе питания?

Более высокая плотность потока насыщения позволяет трансформатору работать с большим размахом потока, что означает меньшее количество витков и сердечник меньшего размера при той же мощности. В случае феррита полезный размах магнитного потока ограничен примерно 0,2-0,3 Тл, тогда как нанокристаллический материал может работать при 0,5–0,8 Тл и более, что примерно вдвое уменьшает поперечное сечение сердечника при той же мощности.

Можно ли использовать нанокристаллические ядра E-формы на частотах выше 100 кГц?

Могут, но потери в сердечнике увеличиваются с частотой, поэтому размах магнитного потока необходимо соответственно уменьшить. В диапазоне от 20 до 100 кГц этот материал имеет явное преимущество перед ферритом; выше 100-200 кГц сравнение зависит от конкретной марки сплава и требуемого КПД.

Чем нанокристаллический E-сердечник отличается от ферритового E-сердечника того же размера?

При той же геометрии нанокристаллический сердечник обеспечивает примерно в 2,5 раза большую плотность потока насыщения и меньшие потери в сердечнике на частоте 20–50 кГц, что обеспечивает более высокую пропускную способность. Ферритовый сердечник легче, дешевле и его легче получить в очень больших размерах, поэтому выбор зависит от удельной мощности, стоимости и тепловых требований конструкции.

Нужен ли нанокристаллическим сердечникам воздушный зазор для индукторов PFC?

Да. Индуктивности накопления энергии-, такие как повышающие индукторы PFC, требуют воздушного зазора для хранения энергии в магнитном поле. Сердечник может быть снабжен распределенным или дискретным зазором, чтобы индуктивность оставалась стабильной при смещении постоянного тока без насыщения.