Выбор магнитного сердечника

Основная цель магнитного сердечника индукторов состоит в том, чтобы обеспечить легкий путь для потока, чтобы облегчить флюсовую связь, так что магнитная энергия может храниться в немагнитной области низкой проницаемости.
При разработке индукторов выбор магнитного материала в основном связан со следующими параметрами: рабочей частотой, формой тока, максимальными размерами и условиями окружающей среды .
Фактически, основной выбор является первым этапом проектирования, и после этого определяются все другие детали здания: количество витков и проводящий элемент (который может быть медной фольгой, сплошной проволокой, литцевой проволокой), изоляция, вывода.
На рынке доступны несколько ядер: они отличаются от химического состава, производственного процесса и размеров.
Эти элементы определяют основные функции ядра, такие как, например, поток насыщения, поведение по частоте, поведение температуры.
Для высокочастотных применений наиболее часто используемые материалы:

• Мягкий феррит
• Аморфные и нанокристаллические
• Порошок

Для более низких рабочих частот доступны другие материалы:

• FeSi Lamination
• FeNi Lamination

Изучая особенности материалов, можно сделать выбор магнитного материала.

Мягкие ферритовые сердечники
Мягкий феррит — самый дешевый и самый используемый материал в высокочастотных приложениях. На самом деле этот термин относится к широкому спектру керамических материалов, которые получают путем спекания оксида железа и других оксидов металлов. Доступные на рынке материалы обычно идентифицируются с кодом или коммерческим названием и обладают разными характеристиками (например, проницаемость, поток насыщения, удельные потери, температурное поведение, …). Конкретный материал, форма и размеры определяют основные характеристики и какой индуктивный компонент подходит.
В высокочастотной системе преобразования энергии ферритовые материалы имеют поток насыщения в диапазоне 0,3¸0,5 Тесла и несколько тысяч относительной проницаемости. Поэтому ферритовые материалы имеют довольно низкий поток насыщения, что является самым критическим пределом для индуктивных компонентов, особенно в случае высоких токов постоянного тока (например, выходных индукторов) или высокого максимального тока. Ферритовые материалы для применения в электропитании имеют большое преимущество низкого уровня потерь в широком диапазоне частот.

Аморфные и нанокристаллические магнитопроводы.
Аморфные и нанокристаллические получают специальной технологией быстрой закалки. Типичная толщина этих слоев составляет несколько десятков мкм. Материальные особенности определяются химическим составом (материалы обычно классифицируются на основе железа и кобальта), а процесс производства (что в случае нанокристаллических материалов также включает фазу отжига).
Для нескольких десятков рабочих частот и критических условий окружающей среды эти материалы должны быть предпочтительными из-за высокого потока насыщения (более 0,9 Тесла), высокой проницаемости (в диапазоне 10000¸100000) и очень стабильных характеристик с температурой, даже если стоимость намного выше.
Аморфные сердечники подходят для выходных индукторов, когда высокий постоянный ток, низкий пульсационный ток, чрезвычайно компактные размеры. Фактически, высокий уровень потока насыщения подходит для больших токов, а низкий пульсационный ток не вызывает критических потерь в сердечнике.
Нанокристаллические ядра имеют небольшие потери даже при высоком изменении магнитного потока, поэтому их также можно использовать для переключения трансформаторов.

Порошковые сердечники
Порошковые сердечники отличаются химическим составом. Порошковые сердечники прессуют органическим или неорганическим связующим, который отвечает за хранение энергии. Поскольку немагнитная область распределена по объему всего ядра, и она не сконцентрирована на небольшой области, они называются распределенными ядрами воздушной завесы. Из-за этой особенности порошковые сердечники подходят для высоковольтных индукторов (выходных индукторов) и обратных трансформаторов в критических приложениях. Одной из наиболее интересных особенностей таких сердец является гладкая и слабая проницаемость по сравнению с кривой постоянного тока, что подчеркивает надежность этих материалов в отношении сверхтоков.
Изменяя соотношение магнитных и немагнитных деталей, «эквивалентная» относительная проницаемость изменяется в диапазоне от 10 до 600; некоторые стандартные значения довольно распространены на рынке (например, 26, 60, 90, 125, 147, 300, 550). Для конкретного сердечника коэффициент индуктивности будет зависеть от материала, формы и размеров.
Каждый материал, идентифицированный производителем с кодом или коммерческим названием, обладает своими характеристиками с точки зрения проницаемости, потока насыщения, удельных потерь. Они, как правило, очень стабильны с температурой и могут использоваться в критических средах. Порошковые сердечники более дорогие, чем ферритовые сердечники, но обычно дешевле, чем аморфные и нанокристаллические.