قلب ترانسفورماتور: چرا هسته های فریت در فرکانس بالا برنده می شوند؟

مقدمه - "هسته" چیست و چرا باید به آن اهمیت دهید؟

اگر ترانسفورماتور وسیله ای باشد که انرژی الکتریکی را با استفاده از مغناطیس از مداری به مدار دیگر منتقل می کند، هسته آن بزرگراه نامرئی است که انرژی در آن حرکت می کند. مبتدیان می توانند آن را اینگونه تصور کنند: سیم های مسی دو محله مجزا هستند و هسته آن پلی است که اجازه می دهد برق بین آنها بدون تماس محله ها عبور کند. مواد پل اشتباه را انتخاب کنید و انرژی بیش از حد گرم می شود، نشت می کند یا به سادگی نمی تواند به اندازه کافی سریع جریان یابد.

در یک ترانسفورماتور الکترونیکی (حالت سوئیچ)، آن پل تقریباً همیشه فریت است - مخلوطی شبیه سرامیک از اکسید آهن با منگنز، روی یا نیکل. اما چرا فریت و نه آهن ساده؟

اصل و انواع - مواد و اشکال

وظیفه یک هسته مغناطیسی این است که شار مغناطیسی را متمرکز کند و در عین حال کمترین انرژی را هدر دهد. دو عدد همه چیز را تعیین می کنند:

• چگالی شار اشباع (Bs): حداکثر "بار" مغناطیسی که ماده می تواند حمل کند قبل از اینکه مانند یک آهنربا رفتار نکند. Bs بالاتر به معنای هسته کوچکتر برای همان قدرت است.
• از دست دادن هسته (Pv): با چرخش میدان مغناطیسی به جلو و عقب، نیرو به گرما تبدیل می‌شود. با فرکانس تند بالا می رود.

بر اساس برگه اطلاعات فریت N95 منگنز-روی (MnZn) TDK، این ماده دارای نفوذپذیری اولیه μi ≈ 3000، شار اشباع 525 mT در دمای 25 درجه سانتیگراد و افت هسته حدود 425 کیلووات بر متر مکعب در فرکانس 100 kHz با فرکانس 100 kHz است. 25-500 کیلوهرتز از آنجایی که فریت یک سرامیک با مقاومت الکتریکی بسیار بالا است ( لیست TDK ρ ≈ 6 Ω·m)، تلفات جریان گردابی حتی در 100 کیلوهرتز بسیار اندک می ماند - دقیقاً به همین دلیل است که هسته های فلزی را در فرکانس بالا شکست می دهد.

مواد دیگر یک خاصیت را با دیگری عوض می‌کنند: هسته‌های پودر آهن و Sendust به Bهای تقریباً 1000-1400 mT می‌رسند (برای بایاس DC عالی است) اما در فرکانس بالا بیشتر از دست می‌دهند. هسته های نانو کریستالی به Bs ≈ 1200-1300 mT می رسند اما چندین برابر هزینه بیشتری دارند.

هسته ها نیز به شکل هایی در می آیند. EE/EI "اسب کار" آسان و ارزان است. تورید یک حلقه بسته با کمترین نشتی و EMI است، اما به سختی می توان آن را باد کرد. هسته قابلمه RM/PQ محافظ است و EMI کمی ساطع می کند. هسته مسطح تخت و روی PCB نصب شده است که برای تولید انبوه ایده آل است.

مثال کاربردی - یک شارژر لپ تاپ 65 واتی

یک شارژر مدرن 65 واتی USB-C را باز کنید و احتمالاً یک هسته فریت EE کوچک MnZn با فرکانس 100 کیلوهرتز خواهید دید. در آن فرکانس، هسته می تواند به اندازه تصویر کوچک باشد. فریت را با یک هسته فولادی سیلیکونی 50/60 هرتز با قدرت برابر عوض کنید و ترانسفورماتور به اندازه یک مشت بادکنک می‌شود - فرکانس پایین به آهن بیشتری نیاز دارد.

تصور اشتباه رایج / واقعیت جالب