Ferrite vs. toróide em pó de ferro para conversores buck?

Estou me perguntando sobre a diferença entre ferrita pequena (13 mm de diâmetro externo) e toróides de pó de ferro branco amarelo. Os toroides de ferrita saturam a uma corrente de 5 A?

Estou pensando em usar os núcleos para conversores buck (principalmente 3 A provavelmente abaixo de 200 kHz).

Estes são os que eu estou olhando:

Ferrite: https://www.ebay.com/itm/Metal-Core-Power-Inductor-Ferrite-Rings-Toroid-Cord-25x10x15mm/310980203521 (também disponível em 13 mm de diâmetro externo)

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

A maioria dos conversores fanfarrões parece usar os toróides de pó de ferro branco amarelo, assim: https://www.ebay.com/itm/5Pcs-Toroid-Core-Inductors-Wire-Wind-Wound-mah-100uH-6A- Bobina-DIY / 221981982278 .

Ao pesquisar na Internet, os toróides brancos amarelos parecem ter uma permeabilidade de 75, e a ferrita tem uma permeabilidade de 2300 ou mais. Isso é importante para a saturação?

Eu tenho alguns toróides e um medidor de LCR, e o toróide de ferrite precisa de apenas algumas voltas de fio para obter um indutor de 1 mH, contra muitas mais voltas para o núcleo de pó de ferro. Isso será importante se o pico de corrente através do indutor for limitado?

Suponho que os toróides de ferrite sejam ótimos em baixas correntes (0-100 mA) e baixas frequências (<100 kHz, pois posso obter mais indutância com menos voltas). Mas, eles também são bons para correntes mais altas (como um pico de 5-6 A)?

(PS: Outra razão pela qual pergunto é que, na minha casa, os núcleos de ferrite são metade do preço dos núcleos de pó de ferro.)

— Indraneel
fonte

Eu estava tentando descobrir isso não faz muito tempo. Acabei usando os núcleos dos indutores de potência em pó de ferro (amarelo e branco), mas aprendi que eles têm um limite funcional de ~ 1Mhz devido a perdas de comutação de pólos ou algo parecido, por isso fiquei imaginando que tipo de indutor é esse. usado em conversores de potência de alta frequência.

— KH

Se você tem muito tempo para P&D e equipamentos de medição produzirem seus próprios indutores de potência, tudo bem. Mas se você deseja trabalhar com conversores, eu recomendaria comprar indutores totalmente caracterizados de profissionais, Coilcraft, TDK, Murata, KEMET, etc.etc. E obter componentes recomendados pelos fabricantes de IC em suas listas técnicas.

— Ale..chenski 11/01/19

@ Ale..chenski Isso não me ajuda a aprender nada. Além disso, não estou construindo algo para aprovar regulamentos. Além disso, o preço dos núcleos aqui é de cerca de 6 centavos cada, provavelmente cem vezes mais barato do que obtê-los com folhas de dados.

— Indraneel 11/01/19

@Indraneel Para operação descontínua, se você precisar planejá-lo, você pode trabalhar nos detalhes de . ( , é o ciclo de trabalho é a frequência.) Para operação contínua, é . é a seção transversal do núcleo, é o comprimento do caminho magnético e e dependem do material do núcleo. O material principal também deve suportar .

\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

$f$

— jonk

@ Jonk Então, se precisa aumentar, então ou precisa aumentar. Mas é muito alto para ferrites. É por isso que o pó de ferro é usado? Ou núcleo de ferrite com folga? é 0,4 tesla para ferrites, certo?

I_{m a x}

$I_{max}$

A_{c}

$A_c$

l_{m}

$l_m$

μ_{r}

$\mu_r$

B_{m a x}

$B_{max}$

— Indraneel 11/01/19

Respostas:

Existe um padrão de cores para toróides pintados, e amarelo significa que possui histerese para evitar a saturação e é destinado a indutores de filtro. Mas um efeito colateral é que ele tem permeabilidade muito baixa. Ferrita preta geralmente é uma boa escolha para transformadores. O azul é um Permalloy caro, mais eficiente que a ferrita. Verde é um filtro de baixa frequência feito com fita de aço silício enrolada para formar um toróide.

Este gráfico é genérico, pois não inclui detalhes finos, como permeabilidade, e não indica se ferro, aço, ferrite ou permalloy, que é uma liga de níquel-ferro.

As fontes de alimentação para PC podem produzir mais de 1.000 watts e usam núcleos E, pois são fáceis de enrolar pela máquina, e podem ter uma seção transversal grande o suficiente para suportar até 10 amperes / voltas, e uma pequena folga de ar de 10 mil ajuda a muito. Os toróides grandes precisam de cabeças de máquinas de enrolamento caras, para que os toróides sejam melhor utilizados em baixas tensões, caso o número de enrolamentos seja baixo, como fontes de alimentação estéreo para automóveis.

NOTA: Às vezes, razões práticas determinam qual material e forma do transformador são usados, o que nem sempre é a melhor escolha. Custo e tamanho competem com eficiência. As opiniões de engenharia, marketing e vendas não são as mesmas, e quem ganha determina o que é usado. "Apenas bom o suficiente" ganha na maioria das vezes.

A histerese é uma lacuna na qual um núcleo de ferro ou ferrita precisa de um campo magnético mais intenso para magnetizar, mantendo um pouco do campo após a remoção da corrente. É necessária uma corrente mais forte de polaridade reversa para reverter o campo magnético dos núcleos. Em geral, um medidor de LCR que trabalha com pequenas correntes de acionamento mostra que um núcleo com histerese embutida em seu material tem uma indutância muito menor do que um núcleo das mesmas espiras de arame e da mesma seção transversal, mas é feito de ferrita ou Permalloy.

Para cobrir todas as variações de núcleos feitas por muitos fabricantes, você precisaria de um livro cheio de gráficos específicos para cada material do núcleo. Para qualquer núcleo de qualquer forma, você precisa da folha de dados ou gráfico do fabricante para ter uma idéia da permeabilidade e de quaisquer fatores de histerese e valores de pico de corrente versus largura de pulso. Para citar o comentário de Ali..chenski:

Os materiais ferromagnéticos são caracterizados por mais de um parâmetro, pela forma (e valores dos cantos) de seu loop de histerese, campo de saturação, perdas em várias frequências etc. Você não pode mapear esse espaço paramétrico multidimensional em uma única linha de código de cores, a cada O material possui uma variedade de propriedades e existem centenas de composições de materiais específicas projetadas para diferentes usos. Sem folhas de dados, um núcleo pode ser qualquer coisa.

Link para Histerese Magnética

— Sparky256
fonte

E as ferritas pretas sem pintura? Esse é o mais barato na minha casa. Também é possível vê-los dentro das lâmpadas CFL. Eu já sei que eles trabalham muito bem com correntes baixas com um MC34063 e também como ladrão de jóias. Mas e o conversor buck 3A com LM2596?

— Indraneel 11/01/19

Para um determinado projeto baseado em um IC PWM, o fabricante geralmente especifica o material principal ou um número de peça com o qual você pode pesquisar. Existem muitos toróides fabricados em todo o mundo.

— precisa saber é o seguinte

Bem, a folha de dados do LM2596 diz núcleo de ferrite E, bobina de ferrite ou toróide de ferro em pó. Então, isso ocorre porque o pico de corrente já é muito alto para núcleos de ferrite sem um espaço de ar?

— Indraneel 11/01/19

Eu adicionei um pouco mais à minha resposta.

— precisa saber é o seguinte

Sim, eu já vi esse gráfico antes. É para núcleos de pó de ferro. Existem outros similares com o código de cor amarelo / branco (Mu = 75).

— Indraneel 11/01/19

O ferro em pó é barato e perdoa mais no que diz respeito à saturação devido às curvas de BH mais graduais. Há uma desvantagem quando se trata de buck e da maioria dos outros conversores DC / DC.

A corrente de ondulação do indutor causará mais perdas de núcleo no ferro em pó do que na maioria das ferritas. É bastante normal ter correntes de ondulação CA em cerca de 33% da corrente máxima de carga CC. Portanto, em um regime ortodoxo de comutação de modo de corrente de pico comutado por hardware, que é mais fácil de comprar chips, são especificados para obter uma eficiência mais baixa no ferro em pó.

Quando corro o ferro em pó, configurei correntes de ondulação muito baixas para tornar as perdas do núcleo muito baixas.

— Autista
fonte

Os núcleos de ferro em pó devem ser cuidadosamente gerenciados termicamente para evitar o envelhecimento relacionado à temperatura (o que leva a perdas maiores, temperaturas mais altas e eventual fuga térmica destrutiva). Ferrite e material MPP não têm esse problema.

— Adam Lawrence

@ Adam Lawrence. Muito bom comentário. Não compre ferro em pó de homens estranhos. Em uma vida anterior, descobri isso da maneira mais difícil.

— Autistic

Até núcleos de fabricantes respeitáveis (como Micrometals) precisam ser observados.

— Adam Lawrence