1K107 Nanokristallijne blokkernen met hoge-permeabiliteit op Fe-basis: eigenschappen en toepassingen

Wat is een op 1K107 Fe-gebaseerde nanokristallijne kern?

1K107 is een kwaliteitsaanduiding voor een nanokristallijne legering op Fe--basis met hoge-permeabiliteit. Het materiaal wordt geproduceerd door de gesmolten legering snel af te schrikken tot een lint van ongeveer 25 μm dik, dat vervolgens wordt opgewonden of gestapeld en uitgegloeid onder een magnetisch veld om een ​​fijne structuur van kristallieten op nanoschaal te ontwikkelen, ingebed in een amorfe matrix. Deze microstructuur combineert een magnetische inductie met hoge verzadiging van ongeveer 1,25 T met hoge permeabiliteit, lage coërciviteit en een zeer laag kernverlies bij hoge frequenties, waardoor 1K107 geschikt is voor magnetische componenten die werken tussen ongeveer 20 kHz en 30 kHz en hoger.

Blokkernconstructie

Een blokkern (ook wel een gestapelde blokkern genoemd) wordt gebouwd door nanokristallijne lintsegmenten te stapelen of door gewonden linten plat te maken en in een rechthoekige blokvorm te drukken, zodat het magnetische pad een grotere effectieve dwarsdoorsnede heeft- dan een enkele ringkern. Afhankelijk van de toepassing wordt de blokvorm vervolgens met de benodigde luchtspleet gemonteerd of zonder spleet gelaten. Omdat het uitgegloeide lint bros is en gevoelig voor mechanische spanning, wordt de kern gewoonlijk ingekapseld of vastgeklemd met een zachte drukverdeling, en ligt de stapelfactor (de verhouding tussen het effectieve magnetische staaloppervlak en de geometrische dwarsdoorsnede) doorgaans boven 0,75 voor deze materiaalklasse.

Belangrijkste magnetische en fysieke eigenschappen van 1K107

De combinatie van hoge verzadigingsinductie en laag verlies betekent dat een 1K107-kern een hogere fluxdichtheid aankan dan ferriet bij dezelfde frequentie, wat zich vertaalt in een kleinere kerndoorsnede-voor een gegeven vermogensdoorvoer.

Vergelijking met andere kernmaterialen

Vergeleken met ferriet biedt 1K107 grofweg het dubbele van de verzadigingsfluxdichtheid, waardoor het aantal windingen of de kerngrootte in hoogfrequente transformatoren wordt verminderd. Vergeleken met amorf lint biedt de nanokristallijne legering een hogere permeabiliteit en een lager kernverlies in het bereik van 20 kHz tot 100 kHz, hoewel de materiaalkosten hoger zijn. Vergeleken met korrel{7}}gericht siliciumstaal heeft het nanokristallijne materiaal veel minder verlies bij hoge frequentie, maar een lagere verzadigingsinductie (ongeveer 1,25 T versus 1,7 T tot 2,0 T) en een lagere stapelfactor, dus siliciumstaal blijft de keuze voor lijnfrequentie-vermogenstransformatoren.

Typische toepassingen

Hoog-stroomtransformatoren voor schakelende-voedingen die werken op 20 kHz tot 30 kHz.

Uitgangsfilterinductoren en EMI-filtersmoorspoelen van omvormers voor zonne-energie.

Power Factor Correction (PFC)-smoorspoelen in industriële en telecomvoedingen.

Common{0}}mode-smoorspoelen en stroomtransformatoren voor nauwkeurige metingen.

Magnetische versterkers en pulstransformatoren waarbij een hoge permeabiliteit en snelle respons vereist zijn.

Overwegingen bij ontwerp en hantering

Omdat het gegloeide nanokristallijne lint bros is, moeten blokkernen met zorg worden gehanteerd: vermijd scherpe schokken, overschrijd de aanbevolen klemdruk niet en gebruik een beschermhoes waar trillingen aanwezig zijn. Het effectieve oppervlak dat bij ontwerpberekeningen wordt gebruikt, moet de stapelfactor omvatten. Bij hoogfrequente toepassingen moet de lay-out van de wikkelingen lekkage-inductantie en nabijheidseffectverliezen minimaliseren, en het kernverlies moet worden geëvalueerd op basis van de daadwerkelijke fluxdichtheid en -frequentie, en niet op basis van de materiaaltestomstandigheden, omdat het verlies bij beide sterk toeneemt.

Veelgestelde vragen

Kan een 1K107 blokkern een ferrietkern in dezelfde transformator vervangen?

Vaak wel, met een herontwerp. De hogere verzadigingsinductie maakt een kleinere kern of minder windingen mogelijk, maar de wikkeling moet opnieuw-geoptimaliseerd worden omdat de balans tussen kernverlies en koperverlies verandert.

Wat is het bedrijfstemperatuurbereik?

Het materiaal is stabiel tot de Curietemperatuur van ongeveer 560 graden, ver boven elke praktische transformatortemperatuur. De praktische limiet wordt bepaald door het wikkelingsisolatie- en inkapselingsmateriaal, doorgaans 120 graden tot 180 graden.

Waarom is de stapelfactor lager dan die van siliciumstaal?

Het lintoppervlak en het blokassemblageproces laten kleine luchtruimten tussen de lagen achter; 0,75 tot 0,85 is een realistisch bereik voor nanokristallijne blokken, dus de ontwerper moet het effectieve gebied gebruiken bij fluxberekeningen.

Is het kernverlies lager dan bij een amorfe legering bij 20 kHz?

Over het algemeen wel voor dezelfde fluxdichtheid. Daarom heeft nanokristallijn de voorkeur voor hoogfrequente stroomconversie, terwijl amorf concurrerend blijft bij lagere frequenties en voor grotere kernen.

Heeft de kern een luchtspleet nodig voor PFC-smoorspoeltoepassingen?

Voor een smoorspoel die gelijkstroomvoorspanning draagt, is normaal gesproken een verdeelde of discrete luchtspleet vereist om verzadiging te voorkomen; de hoge permeabiliteit van 1K107 verzadigt anders onder een kleine gelijkstroom.

Samenvattend leveren op 1K107 Fe-gebaseerde nanokristallijne blokkernen een hoge permeabiliteit, hoge verzadigingsinductie en een laag hoog-frequentieverlies, waardoor ze een sterke kandidaat zijn voor 20 kHz tot 30 kHz transformatoren, inverterfilters en PFC-smoorspoelen, op voorwaarde dat het ontwerp rekening houdt met de stapelfactor en mechanische hanteringsbeperkingen.