יישום של חומרי ליבת חנק במצב נפוץ: ננו-גבישי לעומת פריט

מהו משנק רגיל?

1. הגדרה מקצועית

משנק מצב נפוץ, הידוע גם בתור משרן מצב נפוץ, הוא רכיב מגנטי פסיבי המדכא הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) באופן דו-כיווני. הוא בנוי על ידי שתי קבוצות של פיתולים עם אותם סיבובים וכיווני פיתול זהים הכרוכים באופן סימטרי על אותה ליבה מגנטית.

2. הבנה פשוטה

הוא תוכנן במיוחד כדי לסנן רעשי הפרעות במצב-נפוץ במעגלים, תוך מתן אפשרות לזרם שימושי במצב דיפרנציאלי רגיל לעבור בצורה חלקה. הוא משמש כרכיב ליבה לאנטי-הפרעות וקרינה אנטי-אלקטרומגנטית בספקי כוח וקווי מעגלים.

3. עקרון עבודה ליבה

(1) אות מצב-דיפרנציאלי (זרם הפעלה רגיל)

הזרם זורם בכיוונים מנוגדים בשתי קבוצות הסלילים, והשדות המגנטיים הנוצרים מבטלים זה את זה. השראות קטנה ביותר, ואינה יוצרת כמעט עכבה לזרם רגיל.

(2) אות במצב- נפוץ (רעש הפרעות / הפרעות סטטיות)

זרם הפרעות זורם באותו כיוון בשני הסלילים; השדות המגנטיים מתחברים ליצירת תגובתיות גבוהה, אשר חוסמת ומדכאת הפרעות במצב-שכיח.

4. פונקציות עיקריות

• דיכוי הפרעות אלקטרומגנטיות במצב-שכיח בקווים
• מניעת דליפת קרינה אלקטרומגנטית פנימית של ציוד (לצורך תאימות ל-EMC)
• להתנגד להפרעות חיצוניות מרשתות חשמל וקווים מכניסה לציוד
• בשימוש נרחב עבור סינון, הפחתת רעש, הגנת ברקים ויישומים אנטי-סטטיים

5. חומרי ליבה נפוצים

1. ננו-גבישי
2. MnZn פריט

6. תרחישי יישום

1. מוצרי צריכה
2. רכבי אנרגיה חדשים
3. אחסון פוטו וולטאי
4. ציוד תקשורת ורשת
5. מכשירים רפואיים
6. תעופה וחלל

ועוד תחומי תעשייה.

 

הבדלים בין חומרי ליבה מגנטית

1. MnZn פריט

יתרונות

התנגדות גבוהה, אובדן נמוך בתדר גבוה מגה-הרץ והשפעת דיכוי מעולה על רעש- בתדר גבוה.

חסרונות

צפיפות שטף מגנטי של רוויה נמוכה (Bs), בסביבות 0.3-0.5T. הליבה רוויה בקלות תחת זרם מופרז, וכתוצאה מכך ירידה חדה של השראות ואובדן ביצועים מגנטיים. החדירות שלו נמוכה יחסית, עם חדירות ראשונית רק כ-1,000-10,000 μi.

2. ננו-גבישי

יתרונות

חדירות ראשונית גבוהה במיוחד- עד כ-80,000 מיקרומטרים; צפיפות שטף מגנטית רוויה גבוהה (Bs) בכ-1.25T, פי כמה מזו של פריט. הוא שומר על חדירות גבוהה בתדר גבוה עם כפייה נמוכה במיוחד ואובדן ליבה.

חסרונות

התנגדות נמוכה יחסית בהשוואה לפריט.

 

3. מאפייני מפתח של ננו-גבישי

1). חדירות ראשונית גבוהה

חדירות ראשונית ננו-גבישית מגיעה עד ל-80,000, הרבה יותר מאשר פריט (1,000-10,000). חדירות גבוהה פירושה שנדרשים פחות סיבובי סליל עבור אותה השראות, והוא מספק דיכוי חזק יותר של רעש במצב-שכיח- גבוה יותר.

2). צפיפות שטף מגנטי רוויה גבוהה

צפיפות השטף המגנטי של רוויה ננו-גבישי (Bs) היא בערך 1.25T, גבוהה פי כמה מאשר פריט. זה יכול לעמוד בזרם גבוה והפרעות חזקות ללא רוויה קלה, שמירה על ביצועים מגנטיים יציבים ועכבה בתדר גבוה.

3). תדירות רחבה והפסד נמוך

ננו-גבישי תכונות אובדן נמוך בטווח של 20kHz–1MHz, מדכא ביעילות רעשי מצב- נפוץ בפס תדרים רחב ועומד בדרישות סינון בסביבות אלקטרומגנטיות מורכבות.

4). יציבות טמפרטורה מעולה

טמפרטורת הקורי של ננו-גביש היא בערך 570 מעלות. בטווח הטמפרטורות של -40 מעלות עד 150 מעלות, שיעור השינוי של הביצועים המגנטיים שלו הוא פחות מ-10% עם שינוי כמעט ליניארי. לעומת זאת, טמפרטורת הקורי של פריט היא מתחת ל-300 מעלות. ננו-גבישי מציג יציבות טמפרטורה טובה בהרבה.

5). מאפייני תדר גמיש

על ידי התאמת תהליך הטיפול בחום, ליבות ננו-גבישיות יכולות להשיג מאפייני תדר מותאמים אישית. התאמה עם סיבובי סליל מתאימות יכולה לענות על דרישות סינון של פסי תדרים שונים.

6). יתרונות גודל ומשקל

הנפח והמשקל של הליבות הננו-גבישיות מופחתים בדרך כלל ב-50%-75% בהשוואה לפריט. זה יכול למזער מאוד את הגודל של רכיבים מגנטיים ולשפר את שילוב המערכת ביישומים מוגבלים-.

 

4. טבלת השוואה בין פרמטרי ליבה מדויקת

פָּרָמֶטֶר	ננו-גבישי	MnZn Ferrite (כיתה PC40/PC95)	הֶעָרָה
רוויה צפיפות שטף מגנטי Bs	1.2–1.5 T	0.35–0.5 T	ננו-גביש גבוה פי 3, טוב יותר נגד-רוויה ומיעוט
צפיפות שטף מגנטי שיורית Br	0.7–0.85 T	0.06–0.15 T	MnZn פריט כולל רזולוציה נמוכה
כפיה ח	0.8–1.5 A/m	4–12 A/m	לננו-גביש יש כושר כפייה נמוך יותר ואובדן היסטרזיס קטן יותר
חדירות ראשונית μi	15,000–100,000+	2,000–15,000	ננו-גבישי עם חדירות גבוהה יותר, דיכוי מצב נפוץ חזק
חדירות אפקטיבית μe @100kHz	16,000–26,000	5,000–7,000	עכבה גבוהה יותר של ננו-גביש באותו תדר
טמפרטורת קירי Tc	550-580 מעלות	180-220 מעלות	ננו-גבישי מחזיק ביציבות מעולה בטמפרטורה גבוהה
טווח טמפרטורות פעולה	-50 מעלות ~ +180 מעלות	-40 מעלות ~ +125 מעלות	ננו-גבישי מתאים לסביבה תרמית קשה
טווח תדרים ישים	DC–1 MHz (אופטימלי: 10kHz–500kHz)	1kHz–100MHz (אופטימלי: 20kHz–2MHz)	ננו-גבישי טוב יותר בתדר נמוך ובינוני; פריט עדיף מעל 2MHz
Core Loss Pcv @100kHz, 0.2T	50–150 קילוואט/מ"ר	250–400 קילוואט/מ"ר	לננו-גביש יש אובדן נמוך יותר ועליית טמפרטורה נמוכה יותר
התנגדות ρ	≈1.3×10⁻⁶ Ω·m	≈1–10 Ω·m	ל-MnZn פריט יש אובדן זרם מערבולת נמוך טבעי
התנגדות הטיה של DC	מְעוּלֶה	מְמוּצָע	ננו-גבישי עומד בזרם הטיית DC גבוה בהרבה
רכוש מכני	סרט פצע, קשיחות טובה ועמידות בפני רעידות	קרמיקה מרוסנת, שבירה וקל לפיצוח	ננו-גבישי עם עמידות טובה יותר בפני זעזועים ורעידות
עֲלוּת	גבוה יחסית	עלות נמוכה ותהליך בוגר	MnZn ferrite עבור יישומים בעלות-נמוכה

 

5. סיכום

MnZn ferrite כולל עלות נמוכה ועמידות גבוהה-תדרים, מתאים לתרחישים רגישים-עלויות עם דרישות ביצועים רגילות.

עם יתרונות ביצועים מקיפים, ננו-גביש מתאים יותר לתרחישי יישומים מורכבים הדורשים זרם גבוה, תדירות גבוהה, התנגדות לטמפרטורה גבוהה ושטח התקנה מוגבל, כגון רכבי אנרגיה חדשים, אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית, בקרה תעשייתית גבוהה- וכו'. זוהי הסיבה המרכזית לכך שננו-גביש מחליף בהדרגה את נתח השוק שלו ב-MnZn ב-mode הפרי.

התעשייה דורשת משנקים במצב נפוץ עם ביצועים מעולים ויעילות גבוהה יותר, וננו-גביש הוא ללא ספק הבחירה האופטימלית.