mordashka
Magnetics Epcos (Siemens Matsushita Components), Germany TDK Ferroxcube
«ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория»

Компании «Научно-Технический Центр "СЗЛ"»  и «ЛЭПКОС»
— Генеральный представитель Epcos AG по ферритам в СНГ
— Официальный дистрибьютор и Генеральный представитель
    TDK Electronics Europe Gmbh по ферритам в России и СНГ
— Авторизованный дистрибьютор Magnetics в России, странах СНГ и Балтии
— Эксклюзивный дистрибьютор компании USM в России и СНГ
— Авторизованный дистрибьютор Temex Ceramics в России и СНГ
 
 
Статьи и публикации » Разработка устройств на основе порошковых сердечников Magnetics при повышенных температурах »

Разработка устройств на основе порошковых сердечников Magnetics при повышенных температурах

Сердечники magneticsКак известно, учет температурного фактора является одним из важных требований при разработке устройств силовой электроники, в которых источником нагрева могут служить как воздействие внешней среды, так и собственные энергетические потери. Катушки индуктивности и трансформаторы часто эксплуатируются в заданных температурных условиях. При этом достигается оптимизация цены, размеров и рабочих характеристик изделий. Таким образом, одной из важных и актуальных задач для разработчиков компании Magnetics является изучение характеристик сплавов, применяемых в моточных изделиях, при повышенных температурах. Результаты проведенных исследований являются крайне важными для выбора наиболее подходящего материала в рамках конкретного применения, а также для обеспечения безопасной эксплуатации компонентов на основе магнитомягких сердечников с высокой производительностью при максимальной рабочей температуре.

на сегодняшний день компания Magnetics выпускает следующие марки порошковых сердечников: MPP (Молибден пермаллой), XFLUX®, Kool Mμ®, High Flux, 75-Series and Kool Mμ® MAX. Все рассматриваемые материалы отличаются превосходной стабильностью и надежностью в ходе эксплуатации, устойчивостью при резком локальном изменении температуры и рассчитаны на непрерывную работу до 200 °C. Благодаря распределенному воздушному зазору сердечников Magnetics отклонение индуктивности от заданной величины при сдвиге температуры незначительно. Поскольку температура Кюри сердечников на основе пермаллоев достаточно высокая,изменение характера насыщения минимально в пределах рабочего температурного диапазона.

Также одним из важных преимуществ порошковых сердечников Magnetics, в частности, перед распыленным железом (Iron Powder) является отсутствие термического старения. В процессе изготовления изделия прессуются с неорганическими добавками, характеризующимися изоляционными свойствами, без введения связующего вещества, что приводит к отсутствию эффекта старения даже при непрерывной работе готового устройства с такими сердечниками при повышенных температурах.

Температурные характеристики и особенности получения порошковых сердечников Magnetics
MPP Kool Mμ® High Flux XFLUX® 75-Series Kool Mμ MAX
Сердечники изготавливаются из сплава в соотношении: 80% - никель, 20%-железо. Исходный материал измельчают до мелкодисперсных частиц, которые затем покрываются неорганическим немагнитным изоляционным материалом. Полученный порошок прокаливают при температуре выше 500°С и на конечном этапе прессуют в форме колец разного диаметра, которые затем отжигают при 500°С для снятия внутренних напряжений в готовом изделии. На готовые кольцевые сердечники наносят эпоксидное диэлектрическое покрытие серого цвета для повышения механической прочности и обеспечения защиты от пробоя. Сердечники Kool Mμ изготавливают на основе сплава железа, никеля и алюминия. Процесс изготовления тороидов из материала Kool Mμ такой же как и для молибден-пермаллоя, включая этапы прокаливания порошка и готовых сердечников при температуре выше 500°С. На кольца из Kool Mμ также наносится эпоксидное покрытие черного цвета. Наряду с тороидальной формой из данного материала выпускаются сердечники других конфигураций, в частности, E-, U-образные и составные магнитопроводы с близкими температурными характеристиками. Ввиду различий в геометрических формах у таких сердечников характеристики подмагничивания постоянным током могут отличаться. Кольца из материала High Flux представляют собой сплав из 50% никеля и 50% железа. Защитное покрытие готовых сердечников имеет цвет хаки. Сердечники XFLUX® с распределенным воздушным зазором (состав 6,5% Si/Fe) выпускаются с проницаемостью 26μ and 60μ. Этот материал отличается более низкими потерями в сравнении с сердечниками из распыленного железа и улучшенными характеристиками подмагничивания постоянным током. Сердечники выпускаются с покрытием коричневого цвета и наряду с тороидальной формой доступны в конфигурации Е, а также в виде составных блоков. Материал 75-Series (75-серия) изготавливается из сплава Fe/Si/Al как и Kool Mμ, но в то же время обладает более низкими потерями в сердечнике сравнении с материалом XFlux. Высокие значения индукции насыщения марки 75- series позволяют значительно снизить себестоимость таких сердечников, что делает их использование особенно актуальным в источниках бесперебойного питания, а также в инверторах для возобновляемых источников энергии. Кроме того, этот материал отличается улучшенными характеристиками подмагничивания постоянным током и значительным преимуществом по потерям при сопоставлении с распыленном железом. Сердечники из 75-Series имеют защитное эпоксидное покрытие черного цвета. Материал изготавливается на основе сплава из железа, кремния и алюминия и является оптимальным решением для применений, где важны низкие потери при сохранении улучшенных параметров подмагничивания постоянным током.Среди материалов Kool Mμ и High Flux, Kool Mμ MAX является оптимальным вариантом по цене для различных областей применения. На сегодняшний день осуществляется выпуск сердечников с проницаемостью 26μ, 40μ и 60μ и внешним диаметром 13,5мм...134 мм.

Максимальная рабочая температура для всех марок порошковых материалов составляет 200°С. Ограничение температурного диапазона обусловлено устойчивостью применяемого эпоксидного покрытия, которое может выдерживать нагрев до 155°C...200°C. Тем не менее, большинство схем подразумевает использование компонентов, возможность эксплуатации которых ограничена более низкими температурами. Таким образом, рабочая температура порошковых материалов не является ограничивающим фактором для большинства областей применения. Для ряда моточных изделий на основе пермаллоев Magnetics допускается проведение пайки, которая подразумевает нагрев до максимальной номинальной температуры, если при разработке изделия особое внимание будет уделяться защитному покрытию сердечника. Для отдельных областей применения при определенных температурных условиях (температура соответствует максимальным номинальным значениям) могут быть использованы катушки индуктивности в герметичном корпусе, поскольку сам магнитомягкий материал не разрушается и не подвергается процессам старения даже при температурах, превышающих допустимые значения для используемого защитного покрытия.

Магнитные характеристики порошковых сердечников при повышенных температурах меняются незначительно. Небольшие отклонения от номинальных значений отмечаются для магнитной проницаемости, потерь в сердечнике, а также подмагничивания постоянным током. Причем такие изменения обратимы, и при возвращении материала в условия комнатной температуры исходные магнитные свойства восстанавливаются независимо от количеств повторения таких циклов.

Исследование зависимости магнитной проницаемости от температуры на примере порошковых материалов Magnetics

Как уже было отмечено выше, влияние температуры на проницаемость рассматриваемых материалов является незначительным, что во многом обусловлено наличием распределенного зазора в сердечнике Magnetics, а также стабильностью характеристик пермаллоев. Ниже на рисунке 1 (а,б,в,г) представлены зависимости изменения индуктивности при воздействии температуры для материалов Kool Mμ, MPP, High Flux и XFLUX.

рисунок 1а
Рисунок 1а – Зависимость проницаемости от температуры для материала Kool Mμ
рисунок 1б
Рисунок 1б – Зависимость магнитной проницаемости от температуры для материала MPP
рисунок 1в
Рисунок 1в – Зависимость магнитной проницаемости от температуры для материала High Flux
рисунок 1г
Рисунок 1г – Зависимость магнитной проницаемости от температуры для материала XFlux

Несмотря на тот факт, что для сплавов, применяемых в сердечниках Magnetics, отмечается заметное изменение начальной проницаемости (μ) с ростом температуры, величина эффективной μi при этом остается стабильной благодаря наличию распределенного зазора. Проницаемость в зазоре соответствует единице независимо от температуры. Таким образом, сердечники с наиболее низкой проницаемостью, характеризующиеся наибольшим эффективным зазором, отличаются большей температурной стабильностью. Эта тенденция подробно представлена на рисунке 1а на примере сердечников из материала Kool Mμ.

Изучение зависимости магнитной проницаемости кольцевых сердечников Magnetics от подмагничивания постоянным током

Благодаря распределенному зазору для сердечников Magnetics характерно плавное достижение "насыщения".Изменение характеристики насыщения порошковых сердечников варьируется в пределах двух процентов даже в широком диапазоне температур. При этом отмечается постепенное снижение величины проницаемости. Особенно четко эта тенденция проявляется при усилении намагничивания.

На рисунке 2 (а,б,в,г,д) представлены зависимости магнитной проницаемости от подмагничивания постоянным током для всех марок порошковых кольцевых сердечников Magnetics.
рисунок 2а
Рисунок 2а – Зависимость магнитной проницаемости от подмагничивания постоянным током для материала KoolMμ
рисунок 2б
Рисунок 2б – Зависимость магнитной проницаемости от подмагничивания постоянным током для материала MPP
рисунок 2в
Рисунок 2в – Зависимость магнитной проницаемости от подмагничивания постоянным током для материала HighFlux
рисунок 2г
Рисунок 2г – Зависимость магнитной проницаемости от подмагничивания постоянным током для материала XFlux
рисунок 2д
Рисунок 2д – Зависимость магнитной проницаемости от подмагничивания постоянным током для материала KoolMμ MAX

Снижение магнитной индукции насыщения с ростом температуры не так критично для пермаллоев, как для ферритов. Поскольку значения ТКюри таких материалов довольно высоки, номинальные температуры эксплуатации электронных устройств значительно ниже величины, при которой отмечается видимое уменьшение значения Bsat.

Работа при номинальных температурных режимах и при резких колебаниях температуры

Порошковые сердечники устойчивы к воздействию резкого изменения температуры. Для военных и аэрокосмических областей применения такие материалы и компоненты на их основе регулярно проходят самые жесткие испытания в области резкого перепада температур. Прочность кольцевого порошкового сердечника в результате теплового фактора может быть нарушена только в случае полного заполнения окна магнитопровода,когда при резком нагреве в результате теплового расширения меди (проводов обмотки) отмечается изменение линейных размеров, в частности, растяжение, и сердечник может не выдержать такой нагрузки. Однако данное явление отмечается довольно редко,поскольку при размещении обмоток в окне магнитопровода полное заполнение окна не представляет значительного интереса с экономической стороны.

Как уже отмечалось выше, все марки материалов Magnetics обычно рассчитаны на непрерывную работу при температуре до 200°С, что является приемлемым для большинства устройств силовой электроники. При изготовлении сердечников Kool Mμ, MPP, High Flux, 75-Series, XFLUX и Kool Mμ MAX после стадии прессования все магнитопроводы подвергаются снятию напряжений в течение нескольких часов при температуре выше 500°С. Именно после процесса отжига наносится эпоксидное покрытие для обеспечения диэлектрической защиты и дополнительной механической прочности. Очевидно, что поддержание рабочей температуры 200°С не оказывает вредного воздействия на свойства сердечников, даже если такой режим поддерживается непрерывно.

Катушки индуктивности на основе порошковых сердечников могут выдержать процесс пайки при температуре, превышающей 200°С. Для конкретных применений используются индуктивности на основе порошковых материалов Kool Mμ, MPP, или High Flux в герметичном корпусе при температурах выше 200°С. При этом сам материал не разрушается даже при рабочих температурах, превышающих допустимые значения для защитного покрытия сердечника.
Температура Кюри для марок Magnetics составляет:
  • 500°C - для Kool Mμ и Kool Mμ MAX
  • 460°C - для MPP
  • 500°C - для High Flux
  • 700°C - для XFLUX и 75-Series
В линейке порошковых сердечников небольшого размера используется конформное покрытие Парилен С (©Parylene C) на основе органических соединений. Максимальная рабочая температура парилена составляет обычно 130°С. Таким образом, при правильной организации процесса изготовления для моточных изделий, в которых используются сердечники с покрытием ©Parylene C , допускается проведение пайки при температуре, не превышающей 130°С.

Зависимость потерь в сердечнике от роста температуры

Одной из основных задач разработчика является выбор оптимально подходящего для конкретного применения материала с учетом величины потерь в сердечнике. Среди рассматриваемых марок порошковых материалов наименьшим уровнем потерь обладает материал MPP. Далее в ряду материалов Magnetics идут марки: Kool Mμ MAX, Kool Mμ, High Flux, 75-Series, XFLUX. Распыленное железо (iron Powder) по сравнению с пермаллоями Magnetics характеризуется наибольшей величиной потерь. Таким образом, моточные изделия с сердечником из материала Iron Powder имеют тенденцию к разогреву в большей степени. При этом с ростом температуры характер изменения кривых потерь порошковых материалов сильно не меняется. Чем больше переменный или пульсирующий ток, протекающий по обмотке, тем больше будут потери в сердечнике,в то время как постоянный ток не оказывает влияния на данный параметр. Характер кривых потерь порошковых сердечников не сильно зависит от величины подмагничивания постоянным током,поскольку петля гистерезиса значительно сглажена (становится более "линейной") из-за распределенного зазора.

Порошковые сердечники конфигураций E и U на основе материалов Kool Mμ и XFlux, составные магнитопроводы

Температурные характеристики сердечников из Kool Mμ и XFlux других конфигураций не имеют значительных отличий между собой. В частности, при повышенных температурах отмечается небольшое увеличение индуктивности и отсутствие эффекта термического старения. Кроме того, прослеживается незначительное изменение зависимости проницаемости от подмагничивания постоянным током (рисунок 3). Вследствие отсутствия защитного покрытия Е-образные сердечники могут использоваться при более высоких температурах.
рисунок 2в
Рисунок 3 – Зависимость магнитной проницаемости от подмагничивания постоянным током для материала KoolMμ (конфигурации E, U)

 
ФЕРРИТ-ХОЛДИНГ: Новости
 
24.07 17 

Компания ЛЭПКОС ввела в складскую линию поставок двухтактные трансформаторы (c топологией Push-Pull) серии B82805A* на сердечнике E6.3, представленные с 5-ю различными коэффициентами трансформации.

Более подробная техническая информация.

C наличием на складе и актуальными ценами Вы можете ознакомиться в нашем интернет-магазине.





24.07 17 

Компания ЛЭПКОС ввела в складскую линию поставок cегменты ферритового сердечника ST90/50/25/8 и ST90/50/40/8 с распределённым зазором из материала 3С92 производства фирмы Ferroxcube для сборки кольцевого сердечника R90/50/25 и R90/50/40, соответственно.

C наличием на складе и актуальными ценами Вы можете ознакомиться в нашем интернет-магазине.





17.07 17 

Компания TDK начала выпуск шести конфигураций ферритовых сердечников (E, EQ, ER, ETD, PM, PQ) с распределенным зазором.

Благодаря возможности изготовления широкого типоразмерного ряда сердечников с распределенным зазором компания TDK представила на рынке ферритов оптимальное экономичное решение с акцентом на уменьшение размеров.





14.06 17 

Обращаем Ваше внимание, что в связи с большим объемом поступающих заказов и связанной с этим высокой загрузкой фабрики TDK, к сожалению, увеличиваются сроки изготовления ферритовых сердечников ряда RM, P, PM. Прогнозируемый срок поставки указанных сердечников на размещаемые и уже размещенные заказы может достигать 20 недель.





26.05 17 

Компания TDK информирует об изменении маркировки всех компонентов бренда TDK, начиная с октября 2017 года с целью обеспечения единого стандарта маркировки. Новые этикетки в нижней части будут дополнены 14-значным внутренним кодом продукта.





 
 


«Северо-Западная Лаборатория» © 1999—2017

Поддержка — Кутузова Марина
Перейти к странице: