Toroide in polvere di ferrite vs. ferro per convertitori buck?

Mi chiedo la differenza tra la ferrite piccola (diametro esterno di 13 mm) e i toroidi in polvere di ferro bianco giallo. I toroidi di ferrite si satureranno alla corrente di 5 A?

Sto pensando di utilizzare i core per i convertitori buck (principalmente 3 A a probabilmente sotto i 200 kHz).

Questi sono quelli che sto guardando:

Ferrite: https://www.ebay.com/itm/Metal-Core-Power-Inductor-Ferrite-Rings-Toroid-Cord-25x10x15mm/310980203521 (disponibile anche con diametro esterno 13 mm)

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

La maggior parte dei convertitori buck sembra utilizzare i toroidi in polvere di ferro bianco giallo, in questo modo: https://www.ebay.com/itm/5Pcs-Toroid-Core-Inductors-Wire-Wind-Wound-mah-100uH-6A- Bobina-DIY / 221981982278 .

Dalla ricerca su Internet, i toroidi bianchi gialli sembrano avere una permeabilità di 75 e la ferrite ha una permeabilità di circa 2300 o giù di lì. È importante per la saturazione?

Ho alcuni toroidi e un misuratore LCR, e il toroide di ferrite necessita solo di pochi giri di filo per ottenere un induttore da 1 mH, rispetto a molti altri giri per il nucleo di polvere di ferro. Importa se la corrente di picco attraverso l'induttore è limitata?

Immagino che i toroidi di ferrite siano fantastici a basse correnti (0-100 mA) e basse frequenze (<100 kHz, poiché posso ottenere più induttanza con meno curve). Ma sono anche buoni per correnti più elevate (come 5-6 A di picco)?

(PS: anche un'altra ragione per cui lo chiedo è che al mio posto i nuclei di ferrite sono la metà del prezzo dei nuclei di polvere di ferro.)

— Indraneel
fonte

Stavo cercando di capirlo non molto tempo fa. Ho finito per andare con i nuclei dell'induttore di potenza in polvere di ferro (giallo e bianco), ma ho imparato che hanno un limite funzionale di ~ 1 Mhz a causa di perdite di commutazione dei poli o di alcuni di questi, quindi mi chiedevo che tipo di induttore è utilizzato nei convertitori di potenza ad alta frequenza.

— KH,

Se hai molto tempo per la ricerca e lo sviluppo e le apparecchiature di misurazione per realizzare i tuoi induttori di potenza, va bene. Ma se desideri convertitori funzionanti, consiglierei di acquistare induttori completamente caratterizzati da professionisti, Coilcraft, TDK, Murata, KEMET, ecc. Ecc., E ottenere componenti raccomandati dai produttori di circuiti integrati nelle loro distinte componenti.

— Ale..chenski l'

@ Ale..chenski Questo non mi aiuta a imparare nulla. Inoltre, non sto costruendo qualcosa per approvare i regolamenti. Inoltre, il prezzo per i core qui è di circa 6 centesimi ciascuno, probabilmente cento volte più economico rispetto a riceverli con schede tecniche.

— Indraneel,

@Indraneel Per operazioni discontinue, se è necessario pianificarlo, è possibile elaborare i dettagli da . ( , è il duty cycle e è la frequenza. Per il funzionamento continuo, è . è la sezione trasversale del nucleo, è la lunghezza del percorso magnetico e e dipendono dal materiale del nucleo. Anche il materiale di base dovrebbe supportare .

\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

$D$

f

$f$

\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}

$A_c$

l_{m}

$l_m$

μ_{r}

$\mu_r$

B_{m a x}

$B_{max}$

f

$f$

— Jon

@jonk Quindi se deve aumentare, allora o devono aumentare. Ma è molto alto per i ferriti. È per questo che viene usata la polvere di ferro? O nucleo di ferrite a bocca aperta? è 0,4 tesla per ferriti, giusto?

I_{m a x}

$I_{max}$

A_{c}

$A_c$

l_{m}

$l_m$

μ_{r}

$\mu_r$

B_{m a x}

$B_{max}$

— Indraneel,

Risposte:

Esiste uno standard di colore per i toroidi dipinti e il giallo indica che ha un'isteresi per prevenire la saturazione ed è pensato per gli induttori del filtro. Ma un effetto collaterale è che ha una permeabilità molto bassa. La ferrite nera è generalmente una buona scelta per i trasformatori. Il blu è un permalloy costoso che è più efficiente della ferrite. Il verde è filtri a bassa frequenza realizzati con nastro di acciaio al silicio avvolto per formare un toroide.

Questo grafico è generico in quanto non include dettagli fini come la permeabilità e non indica se ferro, acciaio, ferrite o permalloy, che è una lega di nichel-ferro.

Gli alimentatori per PC possono erogare oltre 1.000 watt e utilizzano i core E poiché sono facili da avvolgere dalla macchina e possono avere una sezione trasversale abbastanza grande da gestire fino a 10 ampere / giro e un piccolo spazio d'aria di 10 mil aiuta a sacco. I toroidi di grandi dimensioni hanno bisogno di costose teste di avvolgimento, quindi i toroidi sono meglio utilizzati a basse tensioni se il numero di avvolgimenti è basso, come ad esempio gli alimentatori stereo per auto.

NOTA: a volte ragioni pratiche determinano il materiale e la forma del trasformatore utilizzati, che non è sempre la scelta migliore. Costi e dimensioni competono con l'efficienza. Le opinioni di ingegneria, marketing e vendite non sono le stesse e chi vince determina cosa viene usato. "Abbastanza buono" vince la maggior parte del tempo.

L'isteresi è una lacuna in cui un nucleo di ferro o ferrite necessita di un campo magnetico più intenso per magnetizzare, trattenendo un po 'di campo dopo che la corrente è stata rimossa. Ci vuole una corrente più forte di inversione di polarità per invertire il campo magnetico dei nuclei. In generale un misuratore LCR che funziona con piccole correnti di azionamento mostrerà un nucleo con isteresi incorporato nel suo materiale ha un'induttanza molto inferiore rispetto a un nucleo con gli stessi giri di filo e la stessa sezione trasversale, ma è fatto di ferrite o permalloy.

Per coprire tutte le variazioni dei nuclei realizzati da molti produttori è necessario un libro pieno di grafici specifici per ciascun materiale di base. Per ogni dato nucleo di qualsiasi forma è necessario il foglio dati del produttore o il grafico per quel nucleo per avere un'idea della permeabilità e di eventuali fattori di isteresi e valori di corrente di picco rispetto alla larghezza dell'impulso. Per citare il commento di Ali..chenski:

I materiali ferromagnetici sono caratterizzati da più di un parametro, dalla forma (e dai valori degli angoli) del suo ciclo di isteresi, campo di saturazione, perdite a varie frequenze, ecc. Non è possibile mappare questo spazio parametrico multidimensionale su una singola gamma di colori, il materiale ha una varietà di proprietà e ci sono centinaia di composizioni di materiali specifici progettate per usi diversi. Senza fogli dati un core può essere qualsiasi cosa.

Collegamento a isteresi magnetica

— Sparky256
fonte

E le ferriti nere non verniciate? È il più economico al mio posto. Si possono anche vedere all'interno delle lampade CFL. So già che funzionano molto bene a basse correnti con un MC34063 e anche come ladro di gioielli. Ma che ne dici di un convertitore buck da 3A con LM2596?

— Indraneel,

Per un determinato progetto basato su un circuito integrato PWM, la fabbricazione spesso specifica il materiale di base o un numero di parte con cui è possibile effettuare la ricerca. Ci sono molti produttori di toroidi in tutto il mondo.

— Sparky256,

Bene, il foglio dati LM2596 dice nucleo di ferrite E o bobina di ferrite o toroide di ferro in polvere. Quindi, è perché la corrente di picco è già troppo alta per i nuclei di ferrite senza intercapedine d'aria?

— Indraneel,

Ho aggiunto altro alla mia risposta.

— Sparky256,

Sì, ho già visto quel grafico prima. È per nuclei di polvere di ferro. Ce ne sono altri simili con il codice colore giallo / bianco (Mu = 75).

— Indraneel,

Il ferro in polvere è economico e più tollerante quando si tratta di saturazione a causa delle curve BH più graduali. C'è un aspetto negativo quando per buck e la maggior parte degli altri convertitori DC / DC.

La corrente di ondulazione dell'induttore causerà più perdite nel nucleo del ferro in polvere rispetto alla maggior parte dei ferriti. È abbastanza normale avere correnti di ondulazione CA pari a circa il 33% della corrente di carico CC massima. Quindi, in un regime ortodosso di commutazione della modalità di picco della corrente di commutazione, per il quale è più facile acquistare i chip, si specifica che otterrete una minore efficienza sul ferro in polvere.

Quando eseguo ferro in polvere, ho impostato correnti di ondulazione molto basse per ridurre le perdite al cuore.

— Autistico
fonte

I nuclei di ferro in polvere devono essere attentamente gestiti termicamente per prevenire l'invecchiamento legato alla temperatura (che porta a maggiori perdite, temperature più elevate ed eventuali fuoriuscite termiche distruttive). Il materiale in ferrite e MPP non presenta questo problema.

— Adam Lawrence,

@ Adam Lawrence. Ottimo commento. Non comprare ferro in polvere da uomini strani. In una vita precedente l'ho scoperto nel modo più duro.

— Autistico,

Anche i core di rinomati produttori (come Micrometals) devono essere controllati.

— Adam Lawrence,