Feroid vs besi bubuk toroid untuk konverter uang?

Saya bertanya-tanya tentang perbedaan antara ferit kecil (diameter luar 13 mm) dan toroida bubuk besi putih kuning. Akankah ferit toroid jenuh pada arus 5 A?

Saya berencana menggunakan core untuk konverter uang (kebanyakan 3 A mungkin di bawah 200 kHz).

Inilah yang saya lihat:

Ferit: https://www.ebay.com/itm/Metal-Core-Power-Inductor-Ferrite-Rings-Toroid-Cord-25x10x15mm/310980203521 (juga tersedia dalam diameter luar 13 mm)

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

Sebagian besar konverter dolar tampaknya menggunakan toroids bubuk besi putih kuning, seperti ini: https://www.ebay.com/itm/5Pcs-Toroid-Core-Inductors-Wire-Wind-Wound-mah-100uH-6A- Coil-DIY / 221981982278 .

Dari pencarian di Internet, toroida putih kuning tampaknya memiliki permeabilitas 75, dan ferit memiliki permeabilitas sekitar 2300 atau lebih. Apakah ini penting untuk kejenuhan?

Saya punya beberapa toroids dan LCR meter, dan feroid toroid hanya membutuhkan beberapa putaran kawat untuk mendapatkan induktor 1 mH, vs banyak lagi belokan untuk inti bubuk besi. Apakah ini penting jika arus puncak melalui induktor terbatas?

Saya kira ferrite toroids sangat bagus di arus rendah (0-100 mA) dan frekuensi rendah (<100 kHz, karena saya bisa mendapatkan lebih banyak induktansi dengan putaran lebih sedikit). Tapi, apakah mereka juga baik untuk arus yang lebih tinggi (seperti 5-6 puncak A)?

(PS: Juga alasan lain saya bertanya, adalah di tempat saya, inti ferit adalah setengah harga inti bubuk besi.)

— Indraneel
sumber

Saya mencoba mencari tahu ini belum lama ini. Saya akhirnya menggunakan inti induktor bubuk besi (kuning dan putih), tetapi saya telah belajar mereka memiliki batas fungsional ~ 1Mhz karena kerugian switching kutub atau semacamnya, jadi saya sudah bertanya-tanya seperti apa induktor itu digunakan pada konverter daya frekuensi yang lebih tinggi.

— KH

Jika Anda punya banyak waktu untuk R&D dan peralatan pengukuran untuk membuat induktor daya Anda sendiri, itu bagus. Tetapi jika Anda ingin konverter yang berfungsi, saya akan merekomendasikan untuk membeli induktor yang sepenuhnya ditandai dari para profesional, Coilcraft, TDK, Murata, KEMET, dll., Dan mendapatkan komponen yang direkomendasikan oleh produsen IC di BOM mereka.

— Ale..chenski

@ Ale..chenski Itu tidak membantu saya belajar apa pun. Selain itu, saya tidak membangun sesuatu untuk melewati peraturan. Juga, harga untuk core di sini adalah masing-masing sekitar 6 sen, mungkin seratus kali lebih murah daripada mendapatkannya dengan lembar data.

— Indraneel

@Indraneel Untuk operasi terputus, jika Anda perlu merencanakannya, Anda dapat mengerjakan rinciannya dari

\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

$D$ adalah siklus tugas dan

f

$f$ adalah frekuensinya.) Untuk operasi berkelanjutan, ini

\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}

$A_c$ adalah penampang inti,

l_{m}

$l_m$ adalah panjang jalur magnet, dan

μ_{r}

$\mu_r$ dan

B_{m a x}

$B_{max}$ tergantung pada bahan intinya. Materi inti harus mendukung

f

$f$ juga.

— Jon

@ Oke Jadi jika

I_{m a x}

$I_{max}$ harus meningkat, maka baik

A_{c}

$A_c$ atau

l_{m}

$l_m$ harus meningkat. Tapi

μ_{r}

$\mu_r$ sangat tinggi untuk ferrites. Apakah ini sebabnya bubuk besi digunakan? Atau inti ferit gapped?

B_{m a x}

$B_{max}$ adalah 0,4 tesla untuk ferrites, kan?

— Indraneel

Jawaban:

Ada standar warna untuk toroid yang dicat, dan kuning berarti memiliki histeresis untuk mencegah saturasi dan dimaksudkan untuk induktor filter. Tetapi efek sampingnya adalah permeabilitasnya sangat rendah. Black ferrite biasanya merupakan pilihan yang baik untuk transformer. Biru adalah Permalloy mahal yang lebih efisien daripada ferit. Hijau adalah filter frekuensi rendah yang dibuat dengan pita baja silikon yang dibungkus untuk membentuk toroid.

Bagan ini generik karena tidak termasuk detail halus seperti permeabilitas, dan tidak menyatakan apakah besi, baja, ferit atau permalloy, yang merupakan paduan nikel-besi.

Catu daya PC dapat memadamkan lebih dari 1.000 watt dan mereka menggunakan inti E karena mudah digerakkan oleh mesin, dan dapat memiliki penampang yang cukup besar untuk menangani sebanyak 10 ampere / putaran, dan celah udara 10 mil kecil membantu banyak. Toroida besar membutuhkan kepala mesin berliku yang mahal sehingga toroida lebih baik digunakan pada tegangan rendah jika jumlah belitan rendah, seperti catu daya stereo mobil.

CATATAN: Terkadang alasan praktis menentukan bahan dan bentuk transformator apa yang digunakan, yang tidak selalu merupakan pilihan terbaik. Biaya dan ukuran bersaing dengan efisiensi. Pendapat teknik dan pemasaran dan penjualan tidak sama, dan siapa yang menang menentukan apa yang digunakan. "Cukup baik" memenangkan sebagian besar waktu.

Histeresis adalah celah di mana inti besi atau ferit membutuhkan medan magnet yang lebih kuat untuk bermagnet, mempertahankan sedikit medan setelah arus dilepas. Dibutuhkan arus yang lebih kuat dari polaritas terbalik untuk membalikkan medan magnet inti. Secara umum LCR meter yang bekerja dengan sedikit arus penggerak akan menunjukkan sebuah inti dengan histeresis yang dibangun ke dalam materialnya memiliki induktansi yang jauh lebih rendah daripada inti dari belokan kawat yang sama dan penampang yang sama, tetapi terbuat dari ferit atau Permalloy.

Untuk mencakup semua variasi inti yang dibuat oleh banyak produsen, Anda akan membutuhkan buku yang penuh dengan grafik khusus untuk setiap bahan inti. Untuk setiap inti dalam bentuk apa pun, Anda memerlukan lembar data manufaktur atau bagan untuk inti itu untuk mendapatkan gagasan permeabilitas dan faktor histeresis apa pun dan nilai arus puncak vs lebar pulsa. Mengutip komentar Ali..chenski:

Bahan feromagnetik ditandai oleh lebih dari satu parameter, berdasarkan bentuk (dan nilai sudut) dari loop histeresis, bidang saturasi, kehilangan pada berbagai frekuensi, dll. Anda tidak dapat memetakan ruang parametrik multidimensi ini ke dalam jajaran kode warna tunggal, setiap bahan memiliki beragam sifat, dan ada ratusan komposisi bahan khusus yang dirancang untuk penggunaan berbeda. Tanpa lembar data, sebuah inti bisa berupa apa saja.

Tautan ke Magnetic Hysteresis

— Sparky256
sumber

Dan bagaimana dengan ferrites hitam yang tidak dicat? Itu yang termurah di tempat saya. Anda juga bisa melihatnya di dalam lampu CFL. Saya sudah tahu mereka bekerja pada arus rendah sangat baik dengan MC34063, dan juga sebagai pencuri permata. Tapi bagaimana dengan konverter buck 3A dengan LM2596?

— Indraneel

Untuk desain tertentu berdasarkan pada PWM IC, pabrikan sering menentukan bahan inti atau nomor bagian yang dapat Anda cari. Ada banyak pembuatan toroid di seluruh dunia.

— Sparky256

Nah, datasheet LM2596 mengatakan ferrite E core atau ferrite bobbin atau serbuk besi bubuk. Jadi, apakah ini karena arus puncak sudah terlalu tinggi untuk inti ferit tanpa celah udara?

— Indraneel

Saya menambahkan beberapa jawaban saya.

— Sparky256

Ya, saya telah melihat grafik itu sebelumnya. Ini untuk inti bubuk besi. Ada yang serupa lainnya dengan kode warna kuning / putih (Mu = 75).

— Indraneel

Besi bubuk lebih murah dan lebih mudah memaafkan jika terjadi saturasi karena kurva BH yang lebih bertahap. Ada kerugian ketika untuk uang dan sebagian besar konverter DC / DC lainnya.

Arus riak induktor akan menyebabkan lebih banyak kehilangan inti pada besi bubuk daripada di sebagian besar ferrites. Sangat normal memiliki arus riak AC sekitar 33% dari arus beban maks. DC. Jadi pada rezim switching mode arus puncak ortodoks, yang paling mudah untuk membeli chip, ditentukan untuk melakukan Anda akan mendapatkan efisiensi yang lebih rendah pada bubuk besi.

Ketika saya menjalankan besi bubuk, saya mengatur arus riak yang sangat rendah untuk membuat kehilangan inti sangat rendah.

— Autis
sumber

Inti-inti besi bubuk harus dikelola secara termal untuk mencegah penuaan terkait suhu (yang mengarah pada kerugian yang lebih tinggi, suhu yang lebih tinggi dan akhirnya pelarian termal yang merusak). Bahan ferit dan MPP tidak memiliki masalah ini.

— Adam Lawrence

@ Adam Lawrence. Komentar yang sangat bagus. Jangan membeli besi bubuk dari pria aneh. Dalam kehidupan sebelumnya saya menemukan ini dengan cara yang sulit.

— Autistik

Bahkan core dari produsen terkemuka (seperti Micrometal) perlu diawasi.

— Adam Lawrence