Tore de ferrite contre poudre de fer pour convertisseurs buck?

Je m'interroge sur la différence entre la petite (13 mm de diamètre extérieur) de ferrite et les tores de poudre de fer blanc jaune. Les tores de ferrite satureront-ils à un courant de 5 A?

Je prévois d'utiliser les cœurs pour les convertisseurs buck (principalement 3 A à probablement en dessous de 200 kHz).

Ce sont ceux que je regarde:

Ferrite: https://www.ebay.com/itm/Metal-Core-Power-Inductor-Ferrite-Rings-Toroid-Cord-25x10x15mm/310980203521 (également disponible en 13 mm de diamètre extérieur)

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

La plupart des convertisseurs buck semblent utiliser les tores de poudre de fer blanc jaune, comme ceci: https://www.ebay.com/itm/5Pcs-Toroid-Core-Inductors-Wire-Wind-Wound-mah-100uH-6A- Bobine-DIY / 221981982278 .

De la recherche sur Internet, les tores blancs jaunes semblent avoir une perméabilité de 75, et la ferrite a une perméabilité d'environ 2300. Est-ce important pour la saturation?

J'ai quelques tores et un compteur LCR, et le tore en ferrite n'a besoin que de quelques tours de fil pour obtenir un inducteur de 1 mH, contre beaucoup plus de tours pour le noyau de poudre de fer. Cela importera-t-il si le courant de crête à travers l'inductance est limité?

Je suppose que les tores de ferrite sont excellents à faibles courants (0-100 mA) et à basses fréquences (<100 kHz, car je peux obtenir plus d'inductance avec moins de tours). Mais sont-ils également bons pour des courants plus élevés (comme un pic de 5-6 A)?

(PS: Une autre raison pour laquelle je demande, c'est que chez moi, les noyaux de ferrite sont deux fois moins chers que les noyaux de poudre de fer.)

— Indraneel
source

J'essayais de comprendre cela il n'y a pas longtemps. J'ai fini par utiliser les noyaux d'inductance de puissance de poudre de fer (jaune et blanc), mais j'ai appris qu'ils ont une limite fonctionnelle de ~ 1Mhz en raison des pertes de commutation des pôles ou d'autres, donc je me demandais quel type d'inducteur est utilisé dans les convertisseurs de puissance à haute fréquence.

— KH

Si vous avez beaucoup de temps pour que les équipements de R&D et de mesure fabriquent vos propres inductances de puissance, c'est très bien. Mais si vous voulez des convertisseurs qui fonctionnent, je recommanderais d'acheter des inducteurs entièrement caractérisés auprès de professionnels, Coilcraft, TDK, Murata, KEMET, etc.etc., Et d'obtenir des composants recommandés par les fabricants de circuits intégrés dans leurs nomenclatures.

— Ale..chenski

@ Ale..chenski Cela ne m'aide pas à apprendre quoi que ce soit. De plus, je ne construis pas quelque chose pour faire passer des règlements. De plus, le prix des cœurs ici est d'environ 6 cents chacun, probablement cent fois moins cher que de les obtenir avec des fiches techniques.

— Indraneel

@Indraneel Pour un fonctionnement discontinu, si vous avez besoin de le planifier, vous pouvez déterminer les détails à partir de

\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

$D$ est le rapport cyclique et

f

$f$ est la fréquence.) Pour un fonctionnement continu, il est

\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}

$A_c$ est la section transversale du noyau,

l_{m}

$l_m$ est la longueur du chemin magnétique, et

μ_{r}

$\mu_r$ et

B_{m a x}

$B_{max}$ dépendent du matériau de base. Le matériau de base doit soutenir

f

$f$ , aussi.

— jonk

@jonk Donc, si

I_{m a x}

$I_{max}$ doit augmenter, alors soit

A_{c}

$A_c$ ou

l_{m}

$l_m$ doit augmenter. Mais

μ_{r}

$\mu_r$ est très élevé pour les ferrites. Est-ce pour cela que la poudre de fer est utilisée? Ou un noyau de ferrite lacunaire?

B_{m a x}

$B_{max}$ est de 0,4 tesla pour les ferrites, non?

— Indraneel

Réponses:

Il existe une norme de couleur pour les tores peints, et le jaune signifie qu'il a une hystérésis pour empêcher la saturation et est destiné aux inducteurs de filtre. Mais un effet secondaire est qu'il a une perméabilité très faible. La ferrite noire est généralement un bon choix pour les transformateurs. Le bleu est un permalloy cher qui est plus efficace que la ferrite. Le vert est des filtres basse fréquence fabriqués avec du ruban en acier au silicium enveloppé pour former un tore.

Ce tableau est générique car il n'inclut pas de détails fins tels que la perméabilité et ne précise pas s'il s'agit de fer, d'acier, de ferrite ou de permalloy, qui est un alliage nickel-fer.

Les alimentations pour PC peuvent produire plus de 1 000 watts et utilisent des noyaux E car elles sont faciles à enrouler par la machine, et peuvent avoir une section transversale suffisamment grande pour gérer jusqu'à 10 ampères / tours, et un minuscule entrefer de 10 mil aide un lot. Les grands tores nécessitent des têtes de bobineuses coûteuses, de sorte que les tores sont mieux utilisés à basse tension si le nombre d'enroulements est faible, comme les alimentations stéréo de voiture.

REMARQUE: Parfois, des raisons pratiques déterminent le matériau et la forme du transformateur utilisés, ce qui n'est pas toujours le meilleur choix. Le coût et la taille rivalisent d'efficacité. Les opinions de l'ingénierie, du marketing et des ventes ne sont pas les mêmes, et qui gagne détermine ce qui est utilisé. "Juste assez bien" gagne la plupart du temps.

L'hystérésis est un espace dans lequel un noyau en fer ou en ferrite a besoin d'un champ magnétique plus intense pour se magnétiser, conservant une partie du champ après que le courant a été supprimé. Il faut un courant plus fort de polarité inversée pour inverser le champ magnétique des noyaux. En général, un compteur LCR qui fonctionne avec de faibles courants d'entraînement montrera qu'un noyau avec hystérésis intégré dans son matériau a une inductance beaucoup plus faible qu'un noyau des mêmes tours de fil et de la même section transversale, mais est fait de ferrite ou de permalloy.

Pour couvrir toutes les variations de noyaux fabriqués par de nombreux fabricants, vous auriez besoin d'un livre plein de graphiques spécifiques à chaque matériau de noyau. Pour tout noyau donné de n'importe quelle forme, vous avez besoin de la fiche technique ou du graphique du fabricant pour ce noyau afin d'avoir une idée de la perméabilité et des facteurs d'hystérésis et des valeurs de courant de crête en fonction de la largeur d'impulsion. Pour citer le commentaire d'Ali..chenski:

Les matériaux ferromagnétiques sont caractérisés par plus d'un paramètre, par la forme (et les valeurs de coin) de sa boucle d'hystérésis, le champ de saturation, les pertes à différentes fréquences, etc. Vous ne pouvez pas mapper cet espace paramétrique multidimensionnel sur une seule gamme de codes couleur, Le matériau a une variété de propriétés et il existe des centaines de compositions de matériaux spécifiques conçues pour différentes utilisations. Sans fiches techniques, un noyau peut être n'importe quoi.

Lien vers l'hystérésis magnétique

— Sparky256
source

Et qu'en est-il des ferrites noires non peintes? C'est le moins cher chez moi. On peut également les voir à l'intérieur des lampes CFL. Je sais déjà qu'ils fonctionnent très bien aux faibles courants avec un MC34063, et aussi comme voleur de bijoux. Mais qu'en est-il du convertisseur abaisseur 3A avec LM2596?

— Indraneel

Pour une conception donnée basée sur un CI PWM, la fabrication spécifie souvent le matériau de base ou un numéro de pièce avec lequel vous pouvez rechercher. Il y a de nombreux fabricants de tores dans le monde entier.

— Sparky256

Eh bien, la fiche technique LM2596 indique un noyau de ferrite E ou une bobine de ferrite ou un tore en fer en poudre. Alors, est-ce parce que le courant de crête est déjà trop élevé pour les noyaux en ferrite sans entrefer?

— Indraneel

J'ai ajouté un peu plus à ma réponse.

— Sparky256

Oui, j'ai déjà vu ce tableau. C'est pour les noyaux de poudre de fer. Il existe d'autres similaires avec le code de couleur jaune / blanc (Mu = 75).

— Indraneel

Le fer en poudre est bon marché et plus tolérant en matière de saturation en raison des courbes BH plus progressives. Il y a un inconvénient lorsque pour buck et la plupart des autres convertisseurs DC / DC.

Le courant d'ondulation de l'inducteur entraînera plus de pertes de noyau dans le fer en poudre que dans la plupart des ferrites. Il est tout à fait normal d'avoir des courants d'ondulation ca à environ 33% du courant de charge DC max. Donc, sur un régime de commutation de mode de courant de crête à commutation dure orthodoxe, qui est le plus facile d'acheter des puces, sont spécifiés pour que vous obtiendrez une efficacité inférieure sur le fer en poudre.

Lorsque je fais fonctionner du fer en poudre, je m'installe pour des courants d'ondulation très faibles afin de réduire les pertes de cœur très bas.

— Autistique
source

Les noyaux de fer en poudre doivent être soigneusement gérés thermiquement pour éviter le vieillissement lié à la température (ce qui entraîne des pertes plus élevées, des températures plus élevées et éventuellement un emballement thermique destructeur). La ferrite et les matériaux MPP ne présentent pas ce problème.

— Adam Lawrence

@ Adam Lawrence .Très Très bon commentaire.N'achetez pas de fer en poudre sur des hommes étranges .Dans une vie antérieure, j'ai découvert cela à la dure.

— Autistic

Même les cœurs de fabricants réputés (comme Micrometals) doivent être surveillés.

— Adam Lawrence