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 » Нанокристаллические материалы сердечников »

Нанокристаллические материалы сердечников для проектов современной силовой электроники

Д-р Мартин Ферч, MAGNETEC GmbH, Лангензельболд, Германия.

В последние годы так называемые нанокристаллические мягкие магнитные материалы получают все более широкое распространение в проектах современной силовой электроники. Наряду с неоспоримыми достоинствами данных материалов в части качества функционирования данному распространению способствует благоприятный уровень цен в сочетании с доступностью из нескольких источников в глобальном масштабе.

Характеристики и свойства

Нанокристаллический мягкий магнитный сплав Fe73,5Cu1Nb3Si15,5B7 доступен на рынке в течение нескольких последних лет под торговой маркой FINEMET, VITROPERM или NANOPERM. Первоначально по очень простой, но инновационной технологии получают очень тонкую ленточную заготовку из экономичного исходного сырья, каковым являются кремний и железо. Конечным продуктом является материал нового поколения с экстраординарными свойствами мягкого магнитного материала. Впервые в истории обеспечено сочетание почти такого же сильного броска потока намагничивания, как у кремниевой стали, и таких же или еще более высоких характеристик функционирования в высокочастотной области, свойственных ферритам, как низкие потери и высокая магнитная проницаемость. Кроме того, новый сплав является намного более экономичным по сравнению с аморфными сплавами на основе кобальта, обладающими аналогичными характеристиками и имевшими эпохальное значение на рынке с конца 80-ых годов. С учетом высокой стоимости и ограничений по условиям окружающей среды, аморфные сплавы на основе кобальта выбираются в настоящее время только для специфических вариантов применения.

Материал Состав сплава Потери
(20 кГц, 200 мТ) [Вт/кг]
Индукция насыщения
Bsat [мТ]
Магнетострикция
λS [10-6]
Магнитная проницаемость
(на 50 Гц) μ4 μmax
Макс. рабочая температура (°C)
Текстурированная кремниевая сталь Fe97Si3 > 1000 2000 9 2000 - 35000 Прибл. 120
Стандартный кристаллический permalloy I Ni45Fe55 > 150 1550 25 12000 - 80000 130
Стандартный кристаллический permalloy II Ni54Fe46 >100 1550 25 60000 - 125000 130
Усовершенствованная кремниевая сталь Fe93,5Si6,5 40 1300 0,1 16000 130
Аморфный сплав на основе железа Fe76(Si,B)24 18 1560 27 6500 - 8000 150
Высококачественный феррит MnZn 17 500 21 1500 - 15000 100/120
Модернизированный кристаллический пермаллой Ni80Fe20 >15 800 1 150000 - 300000 130
Аморфные сплавы "a" на основе кобальта Co73(Si,B)27 5,0 550 <0,2 100000 - 150000 90/120
Аморфные сплавы "b" на основе кобальта Co77(Si,B)23 5,5 820 <0,2 2000 - 4500 120
Аморфные сплавы "c" на основе кобальта Co80(Si,B)20 6,5 1000 <0,2 1000 - 2500 120
Нанокристаллические сплавы I FeCuNbSiB 4,0 1230 0,1 20000 - 200000 120/180
Нанокристаллические сплавы II FeCuNbSiB 4,5 1350 2,3 20000 - 200000 120/180
Нанокристаллические сплавы III FeCuNbSiB 8,0 1450 5,5 ~ 100000 120/180

Высокотехнологичный процесс производства

На протяжении технологического процесса так называемой быстрой кристаллизации осуществляется распыление потока расплавленного металла с температурой примерно 1300oC через узкое керамическое сопло прямо на быстро вращающийся медный ролик с использованием водяного охлаждения. На скорости выше 100 км/час формируется непрерывная лента аморфного материала толщиной примерно 20 мкм. Иными словами, на одной технологической стадии в принципе может быть получена такая тонкая лента с помощью относительно компактной машины и без использования дорогостоящих технологических процессов холодной или горячей прокатки. После того, как из этих ленточных заготовок формирования наматываются тороиды, для них выполняется специальная процедура отжига под воздействием поперечного или продольного магнитного поля. На этой стадии необратимой тепловой обработки, на основе первоначально полученной аморфной структуры формируются сверхтонкие кристаллы с типовым размером гранулы порядка всего лишь 10 нм – именно поэтому материал именуется "нанокристаллическим". Точное управление изменениями параметров отжига позволяет в широких пределах регулировать требуемые свойства материала (в частности, форму петли гистерезиса и уровень магнитной проницаемости).

Преимущества и возможности применения

Одновременно, хорошее качество по доступной цене становится все более весомым показателем конкурентоспособности данных материалов в сравнении с ферритами и пермаллоями. Независимо от варианта применения, при использовании нанокристаллических сердечников при проектировании индуктивных компонентов обычно обеспечиваются следующие преимущества:

  • Существенное сокращение объема сборки (до трех раз и более)
  • Уменьшенный вес
  • Уменьшенные потери в меди благодаря сокращению числа витков
  • Расширенный температурный диапазон от -25°C до +120°C (в стандартном режиме) / 180°C (в специальном режиме)
  • Увеличенный запас прочности – повышенная стабильность функционирования — очень высокая прочность

В настоящее время силовая электроника развивается в сторону повышения частот и уменьшения габаритов, или повышения плотности рассеиваемой мощности. Влияние этих факторов привело в последние годы к появлению в силовой электронике широкого разнообразия прикладных систем и к непрерывному росту спроса на новые варианты применения. Разнообразные дроссели и трансформаторы используются в таких вариантах реализации, как:

  • Фильтры ЭМС/электромагнитных помех (EMC/EMI) для переключаемых источников питания (SMPS) и инверторных приводов
  • Импульсные источники питания
  • Источники питания для электрической сварки
  • Генераторы рентгеновского излучения
  • Зарядные устройства аккумуляторных батарей
  • Солнечные генераторы
  • Преобразователи тока (выпрямители или конвертеры DC/DC)
  • Источники питания для автомобильной техники (на напряжение 42 В)
  • Системы железнодорожного транспорта
  • Электронные измерители мощности (ватт-часов)
  • Прерыватели цепи короткого замыкания на землю

Одним из самых важных вариантов применения нового материала являются в настоящее время синфазные дроссели для фильтров электромагнитных помех (EMI) в конвертерах переключаемых источников питания любого вида (включая приводы с переменной скоростью). Достигается наиболее заметное сокращение объема сборки благодаря тому, что такие свойства данного материала, как магнитная проницаемость и бросок потока намагничивания, являются существенно более высокими, чем у ферритов, традиционно использовавшихся по данному назначению до настоящего времени.

Другими базовыми вариантами применения являются силовые трансформаторы в импульсных двухтактных источниках питания для диапазонов мощности от нескольких сотен ватт до нескольких сотен киловатт, подавители всплесков напряжения (молниеотводы), магнитные усилители, пусковые трансформаторы для IGBT-транзисторов, сердечники трансформаторов для независимых от электросети прерывателей цепи короткого замыкания на землю и трансформаторы тока в современных электронных измерителях мощности (ватт-часов). В ближайшем будущем ожидается существенное расширение областей применения новых материалов — в частности, в силовых преобразователях новых топологий и во вновь разрабатываемых системах автомобильного производства.

Существующий ассортимент изделий

Нанокристаллические сердечники выпускаются в виде ленточных сердечников, имеющих форму правильного или вытянутого тороида. Сам по себе материал является хрупким и требует защиты от механических воздействий, которая обеспечивается вставкой в пластиковую оболочку или нанесением термоустойчивого покрытия. При наличии оболочки или защитного покрытия сердечники являются исключительно надежными, и их основные магнитные свойства имеют высокую степень линейности и мало зависят от изменений температуры.

С одной стороны, ленточный материал ограничивает выбор физических форм сердечника, но при этом различные геометрические формы тороидального сердечника могут быть получены с низкими затратами на инструментальные средства. Габаритные размеры сердечников, выпускаемых в настоящее время, имеют разброс наружных диаметров от примерно 10 мм до 300 мм и более. В принципе, ожидается появление сердечников с воздушным зазором или разрезных сердечников, но эти варианты применения к настоящему времени не доведены до уровня рыночного стандарта.

 
ФЕРРИТ-ХОЛДИНГ: Новости
 
14.11 16 
Компания Magnetics представила новый материал 75-серии. Кольцевые сердечники, изготовленные из сплава на основе железа, кремния и алюминия, характеризуются улучшенными параметрами в сравнении с материалом Kool Mµ и более низкими потерями в сердечнике, чем у марки XFlux.



31.10 16 

Компания ЛЭПКОС ввела в свою складскую линию малогабаритные катушки индуктивности для беспроводных зарядных устройств серии WR производства TDK. Наличие и цены можно проверить в нашем интернет-магазине.





19.08 16 

Новые серии сердечников DR2W конфигурации "гантель" теперь поддерживаются на складе компании "ЛЭПКОС". В складскую линию вошли типоразмеры: 4х6, 6х8, 8х10, 9х12, 10х12, 12х16, 14х15, 16х18 из Никель-Цинкового материала марки F2. С наличием на складе и актуальными ценами можно ознакомиться в нашем интернет-магазине.





16.08 16 

Компания ЛЭПКОС ввела в свою складскую линию продаж (GDT) трансформаторы для гальванической развязки и управления затвором транзисторов серии B82804A производства TDK (EPCOS). Актуальные цены и наличие можно проверить в нашем интернет-магазине





09.08 16 
Обращаем Ваше внимание, что компания TDK представила новую серию синфазных фильтров ACP3225 в компактном корпусе с улучшенными характеристиками.



 
 


«Северо-Западная Лаборатория» © 1999—2016

Поддержка — Захаров Иван
Перейти к странице: