1K107 Nanokrystalické toroidní jádro pro transformátory a induktory

Co je nanokrystalické toroidní jádro 1K107

1K107 je vysoce -propustná nanokrystalická měkká magnetická slitina na bázi železa{3}}, vyrobená rychlým tuhnutím roztavené slitiny do tenké pásky a jejím následným žíháním za vzniku jemnozrnné struktury o několika nanometrech. Páska je navinuta do uzavřeného toroidního tvaru, čímž vzniká jádro se spojitým magnetickým obvodem, bez vzduchové mezery a bez únikového toku. Tato jádra kombinují vysokou propustnost s nízkou ztrátou jádra na středních a vysokých frekvencích, což z nich dělá preferované řešení pro vysokofrekvenční transformátory, induktory, proudové senzory a tlumivky se společným režimem, kde křemíková ocel a ferit nemohou splnit všechny požadavky najednou.

Typické magnetické vlastnosti

Vysoká počáteční permeabilita, typicky v rozsahu 80 000 pro vysoké-propustnosti, což snižuje počet závitů potřebných pro danou indukčnost.

Hustota saturačního toku kolem 1,2 T, vyšší než u feritu, umožňuje menší průřezy-pro stejný výkon.

Nízká ztráta jádra v rozsahu kHz až MHz díky tenké pásce a jemnozrnné struktuře.

Vysoká Curieova teplota kolem 570 C, která poskytuje stabilní magnetické chování v širokém provozním rozsahu, typicky -40 C až +150 C.

Nízká magnetostrikce v optimalizovaných třídách, která snižuje slyšitelný hluk.

Systém slitin a proces žíhání se řídí obecným rámcem nanokrystalických materiálů na bázi železa{0} a domácí označení jakosti, jako je 1K107, jsou uvedena v řadě GB/T 19345 pro amorfní a nanokrystalické slitiny.

Srovnání s jádry ze silikonové oceli

Jádra z křemíkové oceli jsou standardem pro výkonové transformátory 50/60 Hz, ale jejich ztráta strmě stoupá s frekvencí. Ve vysokofrekvenčním prostředí se prudce zvyšují hystereze a ztráty vířivými proudy, což způsobuje přehřívání a nízkou účinnost. Nanokrystalická toroidní jádra pracují stabilně v rozsahu kHz až MHz, s mnohem nižšími ztrátami a jejich uzavřený magnetický obvod eliminuje ztráty vzduchovou-mezerou jader spojených křemíkovou ocelí. Při stejném požadavku na napájení je nanokrystalické jádro podstatně menší a lehčí, což je důležité u serverových napájecích zdrojů, integrovaných nabíječek a kompaktních invertorů.

Srovnání s feritovými jádry

Feritová jádra dominují vysoko{0}}frekvenčnímu magnetismu kvůli jejich nízké ceně a vysokému odporu, ale mají nízkou hustotu saturačního toku, obvykle 0,3 až 0,5 T, a propustnost, která rychle klesá s teplotou a frekvencí. Nanokrystalická jádra poskytují několikanásobně vyšší hustotu saturačního toku a vyšší permeabilitu, takže stejné indukčnosti lze dosáhnout s menším počtem závitů a menším jádrem. Kompromisem-je vyšší cena materiálu, která je opodstatněná tam, kde jsou rozhodující velikost, účinnost a teplotní stabilita. V tlumivkách se společným režimem poskytují nanokrystalická jádra také plošší křivku impedance v širokém frekvenčním pásmu než feritová.

Aplikace

Vysoko-transformátory ve spínaných zdrojích-režimu napájení a DC-DC měniče.

Společné tlumivky pro EMC filtrování v průmyslových pohonech, solárních invertorech a nabíječkách elektromobilů.

Proudové transformátory a snímače zbytkového proudu vyžadující vysokou přesnost a nízkou fázovou chybu.

PFC tlumivky a výstupní tlumivky ve výkonové elektronice.

Signálové a impulsní transformátory v datové komunikaci a přístrojové technice.

Úvahy o výběru a designu

Nejprve definujte pracovní frekvenci; stupeň a velikost jádra vyplývají z rozpočtu ztrát při této frekvenci.

U konstrukcí induktorů zkontrolujte maximální stejnosměrný předpětí: jádro se nesmí nasytit při špičkovém proudu a pokles indukčnosti musí zůstat v mezích aplikace.

Zohledněte navíjecí okno: toroidní jádra vyžadují buď toroidní navíjecí stroj, nebo ruční navíjení, což ovlivňuje náklady na velké objemy výroby.

Zvažte ochranné pouzdro: mnoho dodavatelů nabízí opláštěná jádra s pevnou velikostí okna, což zjednodušuje montáž a navíjení.

Ověřte teplotní rozsah aplikace v porovnání s jakostí jádra, protože stabilita propustnosti v závislosti na teplotě se mezi jednotlivými třídami liší.

Reprezentativní velikosti jádra

V následující tabulce jsou uvedena typická pouzdrová toroidní jádra s rozměry jádra, rozměry ochranného pouzdra, efektivní -průřezovou plochou, délkou magnetické dráhy a maximální třídou stejnosměrného nadproudu.

Velikost jádra (mm)	Velikost krabice (mm)	Ae (mm2)	Magnetická dráha Ie (mm)	Maximální DC nadproud (A)
14 x 19 x 6.5	12 x 22 x 8	11.86	51.81	20
14 x 20 x 10	12 x 22.3 x 11.4	29.68	52.29	40
16 x 21 x 10	15 x 24 x 12.3	24.85	57.41	60
18 x 25 x 10	16.4 x 25.9 x 12.3	37.97	64.56	70
20 x 28 x 10	18.5 x 29 x 12.3	45.76	73.88	90
21 x 28 x 10	18.3 x 30 x 12.3	50.39	77.45	100
22 x 32 x 10	20.5 x 33.4 x 12.3	43.58	73.43	120

K dispozici jsou další velikosti a vlastní rozměry; efektivní plocha a délka dráhy by měly být vždy potvrzeny pro přesný sklon, protože přímo nastavují výpočet zatáček.

Často kladené otázky

Co znamená označení třídy 1K107?

1K107 označuje nanokrystalickou slitinu na bázi železa{2}} s vysokou počáteční permeabilitou, v rodině jakostí standardizovaných pro amorfní a nanokrystalické měkce magnetické materiály. Konkrétní hodnoty ztrát a propustnosti jsou potvrzeny certifikátem mlýna pro každou šarži.

Může nanokrystalické toroidní jádro přímo nahradit jádro z křemíkové oceli?

U výkonových transformátorů 50/60 Hz zůstává ekonomickým standardem silikonová ocel. Nanokrystalická jádra nahrazují křemíkovou ocel tam, kde je frekvence vyšší, velikost musí být menší nebo rozpočet ztrát je omezený, jako například ve vysokofrekvenčních transformátorech a EMC tlumivkách.

Proč je pro výkon důležitý toroidní tvar?

Toroid tvoří uzavřený magnetický obvod bez vzduchové mezery, takže nedochází k žádné ztrátě mezery a téměř žádnému vnějšímu svodovému poli. To zlepšuje účinnost, snižuje elektromagnetické rušení a jádro je necitlivé na montážní polohu.

Jak se liší toroidní jádro s pouzdrem od holého jádra?

Plášťové jádro je zapouzdřeno v ochranném pouzdře s pevným okénkem, které chrání okraje pásky, zjednodušuje navíjení a poskytuje konzistentní montážní rozměry. Pouzdro mírně zmenšuje využitelnou plochu okna, takže při dimenzování by se měly používat rozměry krabice.

V jakém teplotním rozsahu mohou tato jádra pracovat?

Při vysoké Curieově teplotě materiálu je typická provozní teplota -40 C až +150 C s postupnou změnou propustnosti v celém rozsahu. Pro automobilové a venkovní aplikace tato stabilita odstraňuje potřebu obvodů pro kompenzaci teploty.

Jsou nanokrystalická jádra hlučnější než feritová jádra?

Magnetostrikce určuje slyšitelný šum a optimalizované nanokrystalické třídy mají velmi nízkou magnetostrikci, takže hluk je v praxi srovnatelný nebo nižší než u feritu. Toroidní tvar také zabraňuje bzučení vzduchové-mezery typické pro feritové induktory s mezerou.