Uporaba materialov jedra dušilke v skupnem načinu: nanokristalni proti feritu

Kaj je navadna dušilka?

1. Strokovna opredelitev

Dušilka skupnega načina, znana tudi kot induktor skupnega načina, je pasivna magnetna komponenta, ki dvosmerno zavira elektromagnetne motnje (EMI). Sestavljen je iz dveh nizov navitij z enakimi zavoji in enakimi smermi navitja, ki sta simetrično navita na isto magnetno jedro.

2. Preprosto razumevanje

Zasnovan je posebej za filtriranje hrupa motenj običajnega-načina v tokokrogih, hkrati pa omogoča nemoten prehod koristnega toka normalnega-načina. Služi kot osrednja komponenta za zaščito pred-motnjami in zaščito pred-elektromagnetnim sevanjem v napajalnikih in vodih vezij.

3. Osnovno delovno načelo

(1) Signal diferencialnega-načina (normalni delovni tok)

Tok teče v obeh nizih tuljav v nasprotnih smereh in ustvarjeni magnetni polji se medsebojno izničita. Induktivnost je izredno majhna in ne ustvarja skoraj nobene impedance normalnemu toku.

(2) Signal skupnega-načina (motnje hrupa/statične motnje)

Interferenčni tok teče v isto smer v obeh tuljavah; magnetna polja superponirajo, da ustvarijo visoko reaktanco, ki blokira in duši-motnje običajnega načina.

4. Glavne funkcije

• Zadušite-navadne elektromagnetne motnje na linijah
• Preprečite notranje uhajanje elektromagnetnega sevanja opreme (za skladnost z EMC)
• Preprečite zunanjim motnjam električnih omrežij in vodov pred vstopom v opremo
• Pogosto se uporablja za filtriranje, zmanjšanje hrupa, zaščito pred strelo in anti{0}}statične aplikacije

5. Skupni osnovni materiali

1. Nanokristalni
2. MnZn ferit

6. Scenariji uporabe

1. Zabavna elektronika
2. Nova energetska vozila
3. Fotovoltaika in shranjevanje energije
4. Komunikacijska in omrežna oprema
5. Medicinski pripomočki
6. Aerospace

In druga industrijska področja.

 

Razlike med materiali magnetnega jedra

1. MnZn ferit

Prednosti

Visoka upornost, nizka izguba pri visoki frekvenci MHz in odličen učinek dušenja visoko{0}}frekvenčnega šuma.

Slabosti

Nizka nasičena gostota magnetnega pretoka (Bs), okoli 0,3–0,5T. Jedro se pod prekomernim tokom zlahka nasiči, kar povzroči oster padec induktivnosti in izgubo magnetne zmogljivosti. Njegova prepustnost je razmeroma nizka, z začetno prepustnostjo le okoli 1000–10000 μi.

2. Nanokristalni

Prednosti

Ultra{0}}visoka začetna prepustnost do približno 80.000 μi; visoka nasičena gostota magnetnega pretoka (Bs) pri približno 1,25 T, kar je nekajkrat več kot pri feritu. Ohranja visoko prepustnost pri visoki frekvenci z izjemno nizko koercitivnostjo in izgubo jedra.

Slabosti

Relativno nižja upornost v primerjavi s feritom.

 

3. Ključne značilnosti nanokristalnega

1). Visoka začetna prepustnost

Nanokristalna začetna prepustnost doseže do 80.000, kar je veliko več kot pri feritu (1.000–10.000). Visoka prepustnost pomeni, da je za enako induktivnost potrebnih manj obratov tuljave, poleg tega zagotavlja močnejše dušenje visoko-frekvenčnega-šuma.

2). Visoka gostota magnetnega pretoka nasičenosti

Nanokristalna nasičena gostota magnetnega pretoka (Bs) je približno 1,25 T, nekajkrat višja od feritne. Lahko prenese visok tok in močne motnje brez preproste nasičenosti, pri čemer ohranja stabilno magnetno zmogljivost in impedanco pri visoki frekvenci.

3). Široka frekvenca in nizka izguba

Nanokristalni ima nizko izgubo v območju od 20 kHz do 1 MHz, učinkovito zavira-šum skupnega načina v širokem frekvenčnem pasu in izpolnjuje zahteve glede filtriranja v zapletenih elektromagnetnih okoljih.

4). Odlična temperaturna stabilnost

Curiejeva temperatura nanokristalnega je približno 570 stopinj. V temperaturnem območju od -40 stopinj do 150 stopinj je stopnja variacije njegove magnetne zmogljivosti manjša od 10 % s skoraj linearno spremembo. Nasprotno pa je Curiejeva temperatura ferita pod 300 stopinj. Nanokristalni kaže veliko boljšo temperaturno stabilnost.

5). Prilagodljive frekvenčne karakteristike

S prilagoditvijo postopka toplotne obdelave lahko nanokristalna jedra dosežejo prilagojene frekvenčne značilnosti. Ujemanje z ustreznimi obrati tuljave lahko zadosti zahtevam filtriranja različnih frekvenčnih pasov.

6). Prednosti velikosti in teže

Prostornina in teža nanokristalnih jeder se običajno zmanjšata za 50–75 % v primerjavi s feritnimi. Lahko močno zmanjša velikost magnetnih komponent in izboljša sistemsko integracijo v prostor-omejenih aplikacijah.

 

4. Natančna primerjalna tabela osnovnih parametrov

Parameter	Nanokristalni	MnZn ferit (razred PC40/PC95)	Opomba
Nasičenost Gostota magnetnega pretoka Bs	1.2–1.5 T	0.35–0.5 T	Nanokristalna je približno 3-krat večja, boljša proti-nasičenost in miniaturizacija
Preostala gostota magnetnega pretoka Br	0.7–0.85 T	0.06–0.15 T	MnZn ferit ima nizko remanenco
Prisilnost Hc	0.8–1.5 A/m	4–12 A/m	Nanokristalni ima nižjo koercitivnost in manjšo izgubo zaradi histereze
Začetna prepustnost μi	15,000–100,000+	2,000–15,000	Nanokristalni z večjo prepustnostjo, močno zatiranje skupnega načina
Efektivna prepustnost μe @100kHz	16,000–26,000	5,000–7,000	Večja impedanca nanokristalnega pri isti frekvenci
Curiejeva temperatura Tc	550–580 stopinj	180-220 stopinj	Nanokristalni ima odlično stabilnost pri visokih temperaturah
Delovno temperaturno območje	-50 stopinj ~ +180 stopinj	-40 stopinj ~ +125 stopinj	Nanokristalni primerni za ostro toplotno okolje
Veljavno frekvenčno območje	DC–1 MHz (optimalno: 10kHz–500kHz)	1kHz–100MHz (optimalno: 20kHz–2MHz)	Nanokristalni boljši pri nizki in srednji frekvenci; Ferit bolje nad 2MHz
Izguba jedra Pcv pri 100kHz, 0,2T	50–150 kW/m³	250–400 kW/m³	Nanokristalni ima manjšo izgubo in manjši dvig temperature
Upornost ρ	≈1.3×10⁻⁶ Ω·m	≈1–10 Ω·m	MnZn ferit ima naravne nizke izgube zaradi vrtinčnih tokov
DC Bias Resistance	Odlično	Povprečje	Nanokristalni vzdrži veliko večji enosmerni prednapetostni tok
Mehanske lastnosti	Navit trak, dobra žilavost in odpornost na vibracije	Sintrana keramika, krhka in lahko poka	Nanokristalni z boljšo odpornostjo na udarce in vibracije
Stroški	Relativno visoko	Nizki stroški in zrel postopek	MnZn ferit za množične-cenovne aplikacije

 

5. Povzetek

Ferit MnZn ima nizko ceno in visoko-visokofrekvenčno upornost, ki je primerna za stroškovno{1}}občutljive scenarije z običajnimi zahtevami glede zmogljivosti.

Z obsežnimi prednostmi zmogljivosti je nanokristalni primernejši za kompleksne scenarije uporabe, ki zahtevajo visok tok, visoko frekvenco, odpornost na visoke temperature in omejen prostor za namestitev, kot so nova energetska vozila, fotonapetostni hranilniki energije, vrhunski-industrijski nadzor itd. To je glavni razlog, zakaj nanokristalni postopoma nadomešča ferit MnZn in širi svoj tržni delež pri običajnih dušilkah.

Industrija zahteva običajne dušilke z vrhunsko zmogljivostjo in večjo učinkovitostjo, nanokristalni pa so nedvomno optimalna izbira.