공통 인덕터 핵심 재료는 무엇입니까?

인덕터, 거의 모든 전자 회로의 기본 구성 요소는 자기장에 에너지를 저장하여 기능합니다. 인덕터의 효율성과 성능은 코어에 사용되는 재료에 의해 크게 영향을받습니다. 핵심 자료는 인덕턴스, 채도 특성, 주파수 응답 및 코어 손실과 같은 특성을 결정하여 선택을 중요한 설계 고려 사항으로 결정합니다.

핵심 재료가 중요한 이유

인덕터의 핵심 재료는 자기 플럭스를 집중시키는 역할을하여 에어 코어 등가에 비해 인덕턴스를 증가시킵니다. 다른 재료는 특정 응용 분야에 적합한 독특한 자기 특성을 제공합니다. 핵심 자료를 선택할 때 고려해야 할 주요 매개 변수는 다음과 같습니다.

• 투과성 ( $\mu$ ))) : 재료가 얼마나 쉽게 자체 내에서 자기장의 형성을지지 할 수 있는지에 대한 척도. 더 높은 투과성은 일반적으로 주어진 수의 회전에 대해 더 높은 인덕턴스를 초래합니다.

• 포화 플럭스 밀도 ( ${비}_{에스에이티}$ ) : 더 많은 플럭스를 운반하는 능력이 크게 감소하기 전에 재료가 유지할 수있는 최대 자기 플럭스 밀도가 지속될 수 있습니다. 위의 포화를 작동하면 인덕턴스가 급격히 떨어지고 왜곡이 증가합니다.

• 핵심 손실 : 에너지는 주로 히스테리시스 및 와전류로 인해 코어 내에서 열로 소실되었습니다. 코어 손실이 낮은 것은 특히 높은 주파수에서 효율성에 중요합니다.

• 주파수 응답 : 재료의 특성 (투과성 및 손실과 같은)이 빈도에 따라 어떻게 변하는 지.

가장 일반적인 인덕터 핵심 재료를 살펴 보겠습니다.

1. 에어 코어

전통적인 의미에서 "물질"은 아니지만 에어 코어 (또는 진공 코어)는 기준선 역할을합니다.

• 형질 : 그들은 1의 투과성을 가지며, 자기 포화가 없으며, 핵심 손실이 거의 없습니다.

• 응용 프로그램 : 안정성과 선형성이 가장 중요하고 턴당 상대적으로 낮은 인덕턴스가 허용되는 고주파 응용 (RF 회로, 안테나)에 이상적입니다. 최소한의 자기 간섭이 필요할 때도 사용됩니다.

• 제한 : 주어진 크기에 대한 매우 낮은 인덕턴스로 인해 저주파, 높은 인형 요구 사항에 비현실적입니다.

2. 페라이트

페라이트 산화철로 만들어진 세라믹 화합물은 다른 금속성 원소 (니켈, 아연, 망간)와 혼합 된 산화철로 만든 세라믹 화합물입니다. 그것들은 높은 전기 저항성으로 구별되며, 이는 와전류 손실을 크게 감소시킵니다.

• 형질 : 높은 투과성 (수백에서 수만에서 수만에서 수만에서), 높은 저항력으로 인한 낮은 와전류 손실 및 우수한 고주파 성능. 그들의 포화 플럭스 밀도는 일반적으로 철 합금보다 낮습니다.

• 유형 :

  • 망간-아 제인 (MNZN) 페라이트 : 일반적으로 최대 몇 메가 헤르츠 주파수에 사용됩니다. 높은 투과성을 제공하며 전력 응용 분야에서 일반적입니다 (예 : 스위치 모드 전원 공급 장치, 변압기).

  • 니켈-zinc (nizn) 페라이트 : 더 높은 주파수에 적합하며 종종 수백 개의 메가 헤르츠 또는 기가 히트로 확장됩니다. 그들은 mnzn 페라이트보다 투과성이 낮지 만 더 높은 주파수에서는 특성을 더 잘 유지합니다. RF Chokes, EMI 필터에 사용됩니다.

• 응용 프로그램 : 전원 공급 장치, EMI/RFI 억제, RF 인덕터 및 변압기를 전환하는 데 널리 사용됩니다.

• 제한 : 가루 철 또는 실리콘 스틸에 비해 낮은 DC 전류에서 포화 될 수 있습니다.

3. 가루 철

가루 철 코어 각각은 이웃으로부터 절연되는 미세하게 분말 철 입자를 압축하여 만들어집니다. 이 단열재는 와전류를 극적으로 감소시킵니다.

• 형질 : 분산 된 공기 갭 (입자들 사이의 단열재로 인해 "소프트"포화 특성을 제공하는 공기 간격 (갑작스럽게도 인덕턴스가 점차적으로 감소 함), 온도 안정성이 우수하며 상대적으로 저렴한 비용을 제공합니다. 그들의 투과성은 대부분의 페라이트보다 낮습니다 (일반적으로 수십 ~ 수백).

• 응용 프로그램 : PFC (Power Factor Correction) Chokes, Buck/Boost Converter 및 Switch 모드 전원 공급 장치의 출력 필터에서 인기있는 PFC는 갑작스러운 포화없이 상당한 DC 바이어스를 처리 할 수있는 능력으로 인해 출력 필터입니다. 분산 에어 갭이 유리한 RF 응용 프로그램에도 사용됩니다.

• 제한 : 더 높은 주파수에서 페라이트보다 코어 손실이 높을 수 있으며, 일반적으로 AC 손실 증가로 인해 매우 고주파수 응용에 적합하지 않습니다.

4. 라미네이트 스틸 (실리콘 스틸)

라미네이트 스틸 코어 , 구체적으로 실리콘 스틸 , 실리콘으로 합금 된 강철의 얇은 시트 (라미네이션)로 구성되어 함께 쌓입니다. 라미네이션은 서로로 절연되어 와전 전류 손실을 최소화하며, 이는 솔리드의 강철 블록에서 엄청나게 높을 것이다.

• 형질 : 높은 포화 플럭스 밀도, 높은 투과성 (수천) 및 상대적으로 저렴한 비용.

• 응용 프로그램 : 주로 전력 변압기, 전원 공급 장치의 대규모 인덕터 및 라인 주파수 필터링 (50/60 Hz)과 같은 저주파 고급 응용 분야에서 주로 사용됩니다.

• 제한 : 금속성 특성으로 인해 더 높은 주파수에서 높은 에디 전류 손실이있어 고주파 응용 분야에 적합하지 않습니다. 유사한 인덕턴스 값에 대한 페라이트 또는 분말 철제에 비해 부피가 크고 무겁다.

5. 비정질 및 나노 결정 합금

이들은 특정 영역에서 우수한 성능으로 인해 트랙션을 얻는 새로운 종류의 재료입니다.

• 비정질 합금 : 결정화를 방지하기 위해 빠르게 냉각 된 용융 금속에 의해 형성되어, 비 결정 (유리) 구조를 초래한다.

  • 형질 : 매우 낮은 코어 손실, 높은 투과성 및 높은 포화 플럭스 밀도.

  • 응용 프로그램 : 고주파, 고효율 전력 응용, 특히 소형 크기 및 낮은 손실이 중요한 경우 (예 : 고주파 변압기, 일반 모드 초크).

• 나노 결정 합금 : 비정질 합금의 제어 된 결정화에 의해 생성되어 매우 미세한 입자를 갖는 미세 구조를 초래한다.

  • 형질 : 비정질 합금, 매우 높은 투과성 및 높은 포화 플럭스 밀도보다 코어 손실이 낮습니다.

  • 응용 프로그램 : 프리미엄 고주파 전력 응용 프로그램, 정밀 전류 변압기 및 고성능 공통 모드 초크.

• 제한 : 일반적으로 전통적인 재료보다 비쌉니다.

결론

인덕터 핵심 자료의 선택은 전기 성능 요구 사항 (인덕턴스, 현재 취급, 빈도, 손실)과 물리적 제약 (크기, 중량) 및 경제적 요인 (비용)의 균형을 맞추는 미묘한 엔지니어링 결정입니다. 공기, 페라이트, 분말 철, 라미네이트 스틸 및 고급 비정질/나노 결정 코어의 고유 한 특성 및 트레이드 오프를 이해하는 것은 모든 주어진 응용 분야의 인덕터 설계를 최적화하는 데 필수적입니다. 전자 장치는 더 높은 주파수와 효율성 향상으로 계속 발전함에 따라 인덕터 핵심 재료의 개발 및 개선은 생생한 연구 및 혁신 영역으로 남아 있습니다.