Nucleo Sendust ad alta induttanza Nucleo Sendust Block Alta permeabilità

Sendust è una polvere metallica magnetica che è stata inventata da Hakaru Masumoto presso l'Università Imperiale Tohoku di Sendai, in Giappone, intorno al 1936 come alternativa al permalloy nelle applicazioni degli induttori per le reti telefoniche.La composizione di Sendust è tipicamente 85% ferro, 9% silicio e 6% alluminio.La polvere viene sinterizzata in nuclei per fabbricare induttori.I nuclei di Sendust hanno un'elevata permeabilità magnetica (fino a 140.000), basse perdite, bassa coercitività (5 A/m), buona stabilità della temperatura e densità di flusso di saturazione fino a 1 T.
A causa della sua composizione chimica e struttura cristallografica, Sendust mostra contemporaneamente zero magnetostrizione e zero costante di anisotropia magnetocristallina K1.
Sendust è più duro del permalloy ed è quindi utile nelle applicazioni di usura abrasiva come le testine di registrazione magnetiche.

Come scegliere quali tipi di nuclei in polvere con traferri distribuiti utilizzare nella progettazione di induttori di potenza e bobine d'arresto

introduzione

Questa guida applicativa presenta alcune linee guida generali per la scelta ottimale dei materiali del nucleo in polvere (MPP, Sendust, Kool Mu®, High Flux o Iron Powder) per diversi requisiti di progettazione di induttori, bobine e filtri.La scelta di un tipo di materiale piuttosto che di un altro spesso dipende dai seguenti fattori:
1) Corrente di polarizzazione CC attraverso l'induttore
2) Temperatura ambiente di esercizio e aumento di temperatura accettabile.La temperatura ambiente di oltre 100 gradi C è ora abbastanza comune.
3) Vincolo dimensionale e metodi di montaggio (foro passante o montaggio superficiale)
4) Costi: la polvere di ferro è la più economica e MPP, la più costosa.
5) Stabilità elettrica del nucleo al variare della temperatura
6) Disponibilità del materiale d'anima.Ad esempio, i micrometalli n. 26 e n. 52 sono disponibili principalmente a magazzino.I nuclei MPP più comunemente disponibili sono i 125 materiali di permeabilità, ecc.

Come risultato dei recenti progressi nella tecnologia ferromagnetica, è ora disponibile una scelta più ampia di materiali per l'anima per l'ottimizzazione del progetto.Per alimentatori a commutazione (SMPS), induttori, induttanze e filtri, i materiali tipici sono i nuclei MPP (polvere di molypermalloy), High Flux, Sendust e polvere di ferro.Ciascuno dei suddetti materiali del nucleo di potenza ha caratteristiche individuali adatte a diverse applicazioni.
I produttori comuni dei suddetti nuclei di polvere sono:
1) Micrometalli per anime in polvere di ferro.Solo i nuclei Micrometals sono testati per la stabilità termica e CWS utilizza solo nuclei Micrometals in tutti i suoi progetti.
2) Magnetics Inc, Arnold Engineering, CSC e T/T Electronics per core MPP, Sendust (Kool Mu®) e High Flux
3) TDK, Tokin, Toho per Sendust Core

Con i nuclei in polvere, il materiale ad alta permeabilità viene macinato o nebulizzato in polvere.La permeabilità dei nuclei dipenderà dalla dimensione delle particelle e dalla densità dei materiali ad alta permeabilità.La regolazione della dimensione delle particelle e della densità di questo materiale porta a una diversa permeabilità dei nuclei.Minore è la dimensione delle particelle, minore è la permeabilità e migliori caratteristiche di polarizzazione CC, ma a un costo maggiore.Le singole particelle di polvere sono isolate l'una dall'altra, consentendo ai nuclei di avere traferri intrinsecamente distribuiti per l'accumulo di energia in un induttore.

Questa proprietà distribuita del traferro assicura che l'energia venga immagazzinata in modo uniforme attraverso il nucleo.Questo fa sì che il nucleo abbia una migliore stabilità della temperatura.Le ferriti con gap o fenditure immagazzinano l'energia nel traferro localizzato, ma con una perdita di flusso molto maggiore che causa la perdita e l'interferenza del traferro localizzato.In alcuni casi, questa perdita dovuta al gap localizzato può superare la stessa perdita del core.A causa della natura localizzata del traferro in un nucleo di ferrite con traferro, esso non mostra una buona stabilità alla temperatura.

La selezione ottimale del nucleo consiste nello scegliere il materiale migliore con un compromesso minimo, rispettando tutti gli obiettivi di progettazione.Se il costo è il fattore principale, la polvere di ferro è la scelta.Se la stabilità della temperatura è la preoccupazione principale, MPP sarà la prima opzione.Gli attributi di ciascun tipo di materiale sono discussi brevemente.
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MPP (nuclei in polvere di molypermalloy)
Composizione: Mo-Ni-Fe

I nuclei MPP hanno la più bassa perdita complessiva del nucleo e la migliore stabilità della temperatura.In genere, la varianza dell'induttanza è inferiore all'1% fino a 140 gradi C. I nuclei MPP sono disponibili con permeabilità iniziale (µi) di 26, 60, 125, 160, 173, 200 e 550. L'MPP offre alta resistività, bassa isteresi e correnti parassite perdite e ottima stabilità dell'induttanza in condizioni di polarizzazione CC e CA.Sotto eccitazione CA, la variazione di induttanza è inferiore al 2% (molto stabile) per µi=125 core a una densità di flusso CA superiore a 2000 gauss.Non si satura facilmente in condizioni di elevata magnetizzazione CC o polarizzazione CC. La densità di flusso di saturazione del nucleo MPP è di circa 8000 gauss (800 mT)

Rispetto ad altri materiali, i nuclei MPP sono i più costosi, ma di qualità superiore in termini di perdita e stabilità del nucleo.Per l'applicazione che coinvolge la condizione di polarizzazione CC, utilizzare le seguenti linee guida.Per ottenere una diminuzione inferiore al 20% della permeabilità iniziale in condizioni di polarizzazione CC:- Per µi= 60 core, max.Bias DC < 50 oersted;µi=125, max.Bias DC < 30 oersted;µi=160, max.Bias DC <20 oersted.

Caratteristiche uniche

1. Perdita del nucleo più bassa tra tutti i materiali in polvere.Bassa perdita isterica con conseguente bassa distorsione del segnale e bassa perdita residua.
stabilità di temperatura 2.Best.Sotto l'1%.
3. La massima densità di flusso di saturazione è di 8000 gauss (0,8 tesla)
4. Tolleranza di induttanza: + - 8%.(3% da 500 Hz a 200 Khz)
5. Più comunemente usato in applicazioni aerospaziali, militari, mediche e ad alta temperatura.
6.Molto prontamente disponibile rispetto ad alto flusso e sendust.
Applicazioni :
Filtri ad alto Q, bobine di carico, circuiti risonanti, filtri RFI per frequenze inferiori a 300 kHz, trasformatori, induttanze, filtri in modalità differenziale e filtri di uscita polarizzati CC.

Nuclei ad alto flusso
Composizione: NiFe

I nuclei High Flux sono composti da polvere di lega compatta al 50% di nichel e al 50%.Il materiale di base è simile alla normale laminazione in ferro nichelato nei nuclei avvolti in nastro.I core ad alto flusso hanno maggiori capacità di accumulo di energia e una maggiore densità di flusso di saturazione.La loro densità di flusso di saturazione è di circa 15.000 gauss (1500 mT), più o meno la stessa dei nuclei di polvere di ferro.I core High Flux offrono una perdita di core leggermente inferiore rispetto a Sendust.Tuttavia, la perdita del core di High Flux è leggermente superiore a quella dei core MPP.I core ad alto flusso sono più comunemente utilizzati in applicazioni in cui la corrente di polarizzazione CC è elevata.Tuttavia, non è così facilmente disponibile come MPP o Sendust e sono limitati nelle scelte di permeabilità o nelle selezioni dimensionali.
Applicazioni :

1) Nei filtri Line Noise in cui l'induttore deve supportare grandi tensioni CA senza saturazione.

2) Regolatori a commutazione Induttori per gestire grandi quantità di corrente di polarizzazione CC

3) Trasformatori di impulsi e trasformatori flyback poiché la sua densità di flusso residuo è prossima allo zero gauss.Con la densità di flusso di saturazione di 15K gauss, la densità di flusso utilizzabile (da zero a 15K gauss) è ideale per applicazioni di azionamento unipolari come trasformatori di impulsi e trasformatori flyback.

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

I nuclei Sendust sono anche noti come Kool Mu® di Magnetics Inc., il materiale Sendust è stato utilizzato per la prima volta in Giappone in un'area chiamata Sendai, ed è stato chiamato il nucleo "polvere", e quindi il nome Sendust.In generale, i nuclei di sendust hanno perdite significativamente inferiori rispetto ai nuclei di polvere di ferro, ma hanno perdite di nucleo maggiori rispetto ai nuclei MPP.Rispetto alla polvere di ferro, la perdita del nucleo di sendust potrebbe essere compresa tra il 40% e il 50% della perdita del nucleo di polvere di ferro.I nuclei Sendust presentano anche un coefficiente di magnetostrizione molto basso, ed è quindi adatto per applicazioni che richiedono un basso rumore udibile.I nuclei Sendust hanno una densità di flusso di saturazione di 10.000 gauss che è inferiore alla polvere di ferro.Tuttavia, sendust offre un maggiore accumulo di energia rispetto a MPP o ferriti con gap.

I nuclei Sendust sono disponibili con permeabilità iniziale (Ui) di 60 e 125. Il nucleo Sendust offre una variazione minima della permeabilità o dell'induttanza (inferiore al 3% per ui=125) sotto eccitazione CA.La stabilità della temperatura è molto buona nella fascia alta.La variazione di induttanza è inferiore al 3% dall'ambiente a 125 gradi C. Tuttavia, quando la temperatura scende a 65 gradi C, la sua induttanza diminuisce di circa il 15% per µi=125.Si noti inoltre che all'aumentare della temperatura, sendust mostra una diminuzione dell'induttanza rispetto a un aumento dell'induttanza per tutti gli altri materiali in polvere.Questa potrebbe essere una buona scelta per la compensazione della temperatura, se utilizzata con altri materiali in una struttura centrale composita.

I nuclei Sendust costano meno degli MPP o dei flussi elevati, ma leggermente più costosi dei nuclei in polvere di ferro.Per l'applicazione che prevede condizioni di polarizzazione CC, utilizzare le seguenti linee guida.Per ottenere una diminuzione inferiore al 20% della permeabilità iniziale in condizioni di polarizzazione CC:

Per µi= 60 core, max.Bias DC < 40 oersted;µi=125, max.Bias DC < 15 oersted.

Caratteristiche uniche

1. Perdita del nucleo inferiore rispetto alla polvere di ferro.
2. Basso coefficiente di magnetostrizione, basso rumore udibile.
stabilità di temperatura 3.Good.Sotto il 4% da -15 'C a 125 'C
4. Massima densità di flusso: 10.000 gauss (1,0 tesla)
5. Tolleranza di induttanza: ±8%.
Applicazioni:
1. Regolatori di commutazione o induttori di potenza in SMPS
2. Trasformatori fly-back e impulsi (induttori)
3. Filtri antirumore in linea
strozzatori 4.Swing
5. Circuiti di controllo di fase (basso rumore udibile) regolatori di luminosità, dispositivi di controllo della velocità del motore.
Polvere di ferro
Composizione: Fe

La polvere di ferro è la più economica di tutti i nuclei di polvere.Offre un'alternativa di progettazione economica ai nuclei MPP, High Flux o Sendust.La sua maggiore perdita di nucleo tra tutti i materiali in polvere può essere compensata utilizzando nuclei di dimensioni maggiori.In molte applicazioni, dove lo spazio e l'aumento di temperatura più elevato nei nuclei di polvere di ferro sono insignificanti rispetto al risparmio sui costi, i nuclei di polvere di ferro offrono la soluzione migliore.I nuclei in polvere di ferro sono disponibili in 2 classi: ferro carbonilico e ferro ridotto di idrogeno.Il ferro carbonilico ha perdite nel nucleo inferiori e presenta un Q elevato per le applicazioni RF.

I nuclei in polvere di ferro sono disponibili con permeabilità da 1 a 100. I materiali più diffusi per le applicazioni SMPS sono #26 (µi=75), #8/90 (µi=35), #52 (µi= 75) e #18 (µi= 55).I nuclei di polvere di ferro hanno una densità di flusso di saturazione compresa tra 10.000 e 15.000 gauss.I nuclei di polvere di ferro sono abbastanza stabili con la temperatura.Il materiale n. 26 ha una stabilità alla temperatura di 825 ppm/C (variazione di induttanza di circa il 9% con variazione di temperatura fino a 125 gradi C). Il materiale n. 52 è di 650 PPM/C (7%).Il materiale #18 è 385 PPM/C (4%) e il materiale #8/90 è 255 PPM/C (3%).

I nuclei in polvere di ferro sono ideali nelle applicazioni a bassa frequenza.Poiché la loro isteresi e la perdita del nucleo a correnti parassite sono più elevate, la temperatura di esercizio dovrebbe essere limitata al di sotto di 125 gradi C.

Per l'applicazione che prevede condizioni di polarizzazione CC, si consigliano le seguenti linee guida.Per ottenere una diminuzione inferiore al 20% della permeabilità iniziale in condizioni di polarizzazione CC:

Per il materiale n. 26, massima polarizzazione CC < 20 oersted;
Per il materiale n. 52, massima polarizzazione CC < 25 oersted;
Per il materiale n. 18, polarizzazione DC massima < 40 oersted;
Per il materiale n. 8/90, polarizzazione CC massima < 80 oersted.

Caratteristiche uniche

1.Costi più bassi.
2.Buono per applicazioni a bassa frequenza (<10OKhz).
3. Elevata densità di flusso massima: 15.000 gauss
4. Tolleranza di induttanza ± 10%
Applicazioni:
1. Induttore di accumulo di energia
2. Bobine di uscita CC a bassa frequenza
Induttanze di linea EMI in modalità differenziale a 3,60 Hz
4. Light Dimmer Chokes
5. Induttanze di correzione del fattore di potenza.
6. Induttori risonanti.
7. Trasformatori di impulsi e fly-back
8. Filtri antirumore in linea.In grado di sopportare una grande corrente di linea CA senza saturazione.
Funzionamento dell'induttore polarizzato CC.
Limiti di permeabilità del 20%.

In condizioni di magnetizzazione CC, tutti i materiali in polvere mostrano una riduzione della permeabilità come mostrato nei grafici.I dati sopra presuppongono una densità di flusso CA di 20 gauss.Per applicazioni quali induttanze di uscita, in cui gli induttori sono polarizzati in c.c., è necessario calcolare la forza di magnetizzazione (H=0,4*PHI*N*l/l) e aumentare il numero di spire per tenere conto della riduzione della permeabilità.Se la forza di magnetizzazione (H) calcolata rientra nei limiti massimi di polarizzazione CC sopra indicati, il progettista deve solo aumentare le spire di un massimo del 20%.

Tabella di confronto dei costi relativi
I costi relativi di ciascun materiale si basano sui prezzi dei prodotti prevalenti e sui costi delle materie prime.Questi numeri dovrebbero essere usati solo come guida.In generale, la polvere di ferro n. 26 di Micrometal è la più economica e gli MPP sono i materiali più costosi.
Ci sono molti produttori e importatori di anime in polvere di ferro, e la maggior parte di loro non mostra il livello qualitativo di quelli offerti da Micrometals.