Toroidale kjerner i amorfe legering: Komponenter med lite-tap for elektronikk

Tape-sårringen

En ringformet kjerne av amorf legering produseres ved å vikle et kontinuerlig bånd av jern-basert amorft metall til en lukket ring. Båndet, som er bare 25 til 30 mikron tykt, vikles under kontrollert spenning slik at ringen har en høy stablingsfaktor og et jevnt magnetisk tverrsnitt.

Etter viklingen glødes ringen i et magnetisk felt for å utvikle materialets høye permeabilitet og blir deretter belagt med et isolerende lag. Den ferdige kjernen har ingen luftspalte og ingen skjøter, noe som gir lavest mulig magnetiseringsstrøm for en myk magnetisk komponent.

Materielle fordeler

Jern-basert amorf legering kombinerer en metningsflukstetthet på omtrent 1,56 T med et kjernetap som er en brøkdel av tapet av silisiumstål ved samme induksjon. Det tynne båndet holder virvelstrømtapet- lavt, mens den uordnede atomstrukturen holder hysteresetapet lite.

Den høye metningen er hovedfordelen fremfor ferritt: For samme kraft er en amorf toroidkjerne mye mindre enn en ferrittkjerne, og den viser ikke den kraftige tapsøkningen av ferritt ved forhøyet temperatur.

Hvorfor den toroidale formen

Den lukkede ringformen begrenser fluksen helt inne i materialet, noe som gir lav magnetisk lekkasje og lav utstrålt interferens. Viklingen omgir hele ringen, så koblingen mellom primær og sekundær er tett og lekkasjeinduktansen er liten.

For samme induktans trenger den toroidale kjernen færre omdreininger enn en åpen kjerne, noe som reduserer kobbertapet og størrelsen på komponenten. Formen er derfor standard for transformatorer, induktorer og strømtransformatorer i kompakt elektronisk utstyr.

Søknader innen elektronikk

Hovedapplikasjonene er vanlige-modus-drosler for elektromagnetisk interferensfiltrering, strømtransformatorer for måling og beskyttelse, middels-frekvenstransformatorer i omformere og mettbare induktorer. Det lave tapet av kjernen holder temperaturstigningen lav selv i forseglede skap.

I vekselrettere og strømforsyninger med svitsje-modus brukes amorfe toroidale choker både på inngangs- og utgangssiden, der deres høye metning gjør at induktoren kan føre full belastningsstrøm uten for stort luftgap.

Utvalg og bestilling

For å velge en kjerne spesifiserer designeren driftsfrekvensen, toppstrømmen, nødvendig induktans og omgivelsestemperaturen. Leverandøren foreslår deretter en kjernestørrelse, en båndbredde og en permeabilitetsklasse, og bekrefter metningsmarginen på arbeidspunktet.

Standard toroidale kjerner er tilgjengelige i en rekke utvendige diametre og høyder, og tilpassede størrelser produseres etter tegning. Kjernen kan leveres bar, teipet eller i et beskyttende etui med terminaler.

Ofte stilte spørsmål

Spørsmål: Hva er forskjellen mellom amorfe og nanokrystallinske toroidale kjerner?
A: Amorf legering har en metning på ca. 1,56 T og en moderat permeabilitet, mens nanokrystallinsk materiale har en metning på ca. 1,25 T med mye høyere permeabilitet og lavere tap ved høy frekvens. For 50 Hz og middels-frekvente kraftkomponenter er amorfe ofte foretrukket, mens nanokrystallinsk brukes for presisjons- og høyfrekvente komponenter.

Spørsmål: Kan den toroidale kjernen være gapet for DC-applikasjoner?
A: Ja. Ringen kan kuttes og parringen vender mot slipt for å introdusere et definert luftgap, som senker den effektive permeabiliteten og forhindrer metning under DC-forspenning. Spalten stilles normalt inn ved å slipe en liten spalte inn i ringen.

Spørsmål: Hvordan måles kjernetapet?
A: Kjernen er viklet med en testvikling og energisert med nominell frekvens og flukstetthet. Tapet måles med et wattmåler eller en effektanalysator, og resultatet sammenlignes med den garanterte verdien av materialklassen.

Spørsmål: Hvorfor er det amorfe båndet så tynt?
A: Båndet produseres ved rask størkning, som naturlig gir en tykkelse på 25 til 30 mikron. Den tynne delen er en fordel fordi den begrenser virvelstrømtapet-, som er proporsjonalt med kvadratet på båndtykkelsen.

Spørsmål: Er amorfe toroidale kjerner egnet for høyvolumproduksjon?
A: Ja. Vikle-, utglødnings- og belegningstrinnene er helautomatiserte, og kjernene produseres i store partier med statistisk kontroll av de magnetiske egenskapene. Dette holder enhetskostnadene konkurransedyktige for forbruker- og industriell elektronikk.