Ferrit vs. Eisenpulver-Toroid für Buck-Konverter?

Ich wundere mich über den Unterschied zwischen kleinem Ferrit (13 mm Außendurchmesser) und den gelb-weißen Eisenpulver-Toroiden. Sättigen sich die Ferrit-Toroide bei 5 A Strom?

Ich plane, die Kerne für Tiefsetzsteller zu verwenden (meistens 3 A bei wahrscheinlich unter 200 kHz).

Dies sind die, die ich betrachte:

Ferrit: https://www.ebay.com/itm/Metal-Core-Power-Inductor-Ferrite-Rings-Toroid-Cord-25x10x15mm/310980203521 (auch in 13 mm Außendurchmesser erhältlich)

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

Die meisten Buck-Konverter scheinen die gelb-weißen Eisenpulver-Toroide wie folgt zu verwenden: https://www.ebay.com/itm/5Pcs-Toroid-Core-Inductors-Wire-Wind-Wound-mah-100uH-6A- Coil-DIY / 221981982278 .

Bei der Suche im Internet scheinen die gelb-weißen Toroide eine Durchlässigkeit von 75 und der Ferrit eine Durchlässigkeit von etwa 2300 zu haben. Ist das wichtig für die Sättigung?

Ich habe einige Toroide und ein LCR-Messgerät, und der Ferrit-Toroid benötigt nur wenige Drahtwindungen, um einen 1-mH-Induktor zu erhalten, im Vergleich zu vielen weiteren Windungen für den Eisenpulverkern. Ist dies wichtig, wenn der Spitzenstrom durch die Induktivität begrenzt ist?

Ich vermute, die Ferrit-Toroide sind bei niedrigen Strömen (0-100 mA) und niedrigen Frequenzen (<100 kHz, da ich mit weniger Windungen mehr Induktivität erzielen kann) großartig. Aber sind sie auch gut für höhere Ströme (wie 5-6 A Spitze)?

(PS: Ein weiterer Grund, den ich frage, ist, dass bei mir die Ferritkerne die Hälfte des Preises der Eisenpulverkerne betragen.)

— Indraneel
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Ich habe vor kurzem versucht, das herauszufinden. Am Ende habe ich mich für die Eisenpulver-Leistungsinduktorkerne (gelb und weiß) entschieden, aber ich habe erfahren, dass sie aufgrund von Polschaltverlusten oder Ähnlichem eine Funktionsgrenze von ~ 1 MHz haben. Deshalb habe ich mich gefragt, was für ein Induktor ist wird in Hochfrequenz-Stromrichtern verwendet.

— KH

Wenn Sie viel Zeit für Forschungs- und Entwicklungs- und Messgeräte haben, um Ihre eigenen Leistungsinduktivitäten herzustellen, ist das in Ordnung. Wenn Sie jedoch funktionierende Konverter wünschen, würde ich empfehlen, vollständig charakterisierte Induktivitäten von Fachleuten, Coilcraft, TDK, Murata, KEMET usw. usw. zu kaufen und Komponenten, die von IC-Herstellern empfohlen werden, in ihre Stücklisten aufzunehmen.

— Ale..chenski

@ Ale..chenski Das hilft mir nichts zu lernen. Außerdem baue ich nichts, um Vorschriften zu verabschieden. Außerdem beträgt der Preis für die Kerne hier jeweils etwa 6 Cent, wahrscheinlich hundertmal billiger als mit Datenblättern.

— Indraneel

@Indraneel Für einen diskontinuierlichen Betrieb können Sie, falls Sie dies planen müssen, die Details aus herausarbeiten

\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

$D$

f

$f$

\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}

$A_c$

l_{m}

$l_m$

μ_{r}

$\mu_r$

B_{m a x}

$B_{max}$

f

$f$

I_{m a x}

$I_{max}$

A_{c}

$A_c$

l_{m}

$l_m$

μ_{r}

$\mu_r$

B_{m a x}

$B_{max}$

Antworten:

Es gibt einen Farbstandard für lackierte Toroide, und Gelb bedeutet, dass es eine Hysterese hat, um eine Sättigung zu verhindern, und für Filterinduktivitäten gedacht ist. Ein Nebeneffekt ist jedoch, dass die Permeabilität sehr gering ist. Schwarzer Ferrit ist normalerweise eine gute Wahl für Transformatoren. Blau ist eine teure Permalloy, die effizienter als Ferrit ist. Grün sind Niederfrequenzfilter, die mit Siliziumstahlband hergestellt sind, um einen Toroid zu bilden.

Diese Tabelle ist allgemein gehalten, da sie keine feinen Details wie die Permeabilität enthält und nicht angibt, ob Eisen, Stahl, Ferrit oder Permalloy, bei der es sich um eine Nickel-Eisen-Legierung handelt.

PC-Netzteile können eine Leistung von über 1.000 Watt erbringen und verwenden E-Kerne, da sie maschinell leicht zu wickeln sind. Sie können einen Querschnitt haben, der groß genug ist, um bis zu 10 Ampere / Windungen zu verarbeiten, und ein winziger Luftspalt von 10 mil hilft a Menge. Große Toroide benötigen teure Wickelmaschinenköpfe, sodass Toroide bei niedrigen Spannungen besser eingesetzt werden können, wenn die Anzahl der Wicklungen gering ist, wie z. B. Autoradio-Netzteile.

HINWEIS: Manchmal bestimmen praktische Gründe, welches Material und welche Form des Transformators verwendet werden, was nicht immer die beste Wahl ist. Kosten und Größe konkurrieren mit Effizienz. Die Meinungen von Engineering, Marketing und Vertrieb sind nicht die gleichen, und wer gewinnt, bestimmt, was verwendet wird. "Gerade gut genug" gewinnt die meiste Zeit.

Hysterese ist eine Lücke, in der ein Eisen- oder Ferritkern ein stärkeres Magnetfeld zum Magnetisieren benötigt, wobei ein Teil des Feldes erhalten bleibt, nachdem der Strom entfernt wurde. Es ist ein stärkerer Strom mit umgekehrter Polarität erforderlich, um das Magnetfeld der Kerne umzukehren. Im Allgemeinen zeigt ein LCR-Messgerät, das mit geringen Antriebsströmen arbeitet, einen Kern mit in sein Material eingebauter Hysterese, der eine viel geringere Induktivität aufweist als ein Kern mit denselben Drahtwindungen und demselben Querschnitt, der jedoch aus Ferrit oder Permalloy besteht.

Um alle Variationen der von vielen Herstellern hergestellten Kerne abzudecken, benötigen Sie ein Buch mit Diagrammen, die für jedes Kernmaterial spezifisch sind. Für jeden Kern einer beliebigen Form benötigen Sie das Datenblatt oder die Tabelle des Herstellers für diesen Kern, um eine Vorstellung von der Permeabilität und den Hysteresefaktoren sowie den Spitzenstromwerten im Verhältnis zur Impulsbreite zu erhalten. Um Ali..chenskis Kommentar zu zitieren:

Ferromagnetische Materialien zeichnen sich durch mehr als einen Parameter aus, durch Form (und Eckwerte) ihrer Hystereseschleife, Sättigungsfeld, Verluste bei verschiedenen Frequenzen usw. Sie können diesen mehrdimensionalen Parameterraum nicht auf eine einzelne farbcodierte Aufstellung abbilden Material hat verschiedene Eigenschaften und es gibt Hunderte spezifischer Materialzusammensetzungen, die für verschiedene Verwendungszwecke entwickelt wurden. Ohne Datenblätter kann ein Kern alles sein.

Link zur magnetischen Hysterese

— Sparky256
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Und was ist mit den unbemalten schwarzen Ferriten? Das ist das billigste bei mir. Man kann sie auch in CFL-Lampen sehen. Ich weiß bereits, dass sie mit einem MC34063 und auch als Juwelendieb sehr gut bei niedrigen Strömen arbeiten. Aber wie wäre es mit einem 3A-Abwärtswandler mit LM2596?

— Indraneel

Für ein bestimmtes Design, das auf einem PWM-IC basiert, gibt der Hersteller häufig das Kernmaterial oder eine Teilenummer an, mit der Sie suchen können. Es gibt viele Toroidhersteller auf der ganzen Welt.

— Sparky256

Nun, das LM2596-Datenblatt sagt Ferrit-E-Kern oder Ferrit-Spule oder Eisenpulver-Toroid. Liegt das also daran, dass der Spitzenstrom für Ferritkerne ohne Luftspalt bereits zu hoch ist?

— Indraneel

Ich habe meiner Antwort noch etwas hinzugefügt.

— Sparky256

Ja, ich habe diese Tabelle schon einmal gesehen. Es ist für Eisenpulverkerne. Es gibt andere ähnliche mit dem gelb / weißen Farbcode (Mu = 75).

— Indraneel

Eisenpulver ist billig und verzeihender, wenn es um die Sättigung geht, aufgrund der allmählicheren BH-Kurven. Es gibt einen Nachteil bei Buck und den meisten anderen DC / DC-Wandlern.

Der Welligkeitsstrom des Induktors verursacht im Eisenpulver mehr Kernverluste als in den meisten Ferriten. Es ist ganz normal, dass Wechselstromwelligkeitsströme bei etwa 33% des maximalen Gleichstromlaststroms liegen. Bei einem orthodoxen hartgeschalteten Spitzenstrommodus-Schaltregime, für das Chips am einfachsten zu kaufen sind, wird eine geringere Effizienz bei Eisenpulver festgelegt.

Wenn ich Eisenpulver verwende, stelle ich sehr niedrige Welligkeitsströme ein, um die Kernverluste sehr gering zu halten.

— Autistisch
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Pulverförmige Eisenkerne müssen sorgfältig thermisch behandelt werden, um eine temperaturbedingte Alterung zu verhindern (was zu höheren Verlusten, höheren Temperaturen und einem eventuellen zerstörerischen thermischen Durchgehen führt). Ferrit- und MPP-Material haben dieses Problem nicht.

— Adam Lawrence

@ Adam Lawrence. Sehr guter Kommentar. Kaufen Sie kein Eisenpulver von fremden Männern. In einem früheren Leben habe ich das auf die harte Tour herausgefunden.

— Autistisch

Sogar Kerne von namhaften Herstellern (wie Mikrometalle) müssen beobachtet werden.

— Adam Lawrence