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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 비정질 금속 합금으로 만든 소형 노이즈 억제 자기 회로 사용. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 XNUMX/XNUMX 세기 전, 금속의 초미세 구조를 얻기 위해 수행된 금속 용융물의 급속 냉각에 대한 실험은 경우에 따라 금속에 결정 격자가 전혀 없고 배열이 원자의 특징은 구조가 없는 무정형체입니다. 비정질 금속은 결정질 금속과 유사하지 않고 완전히 다른 특성을 가지고 있음이 밝혀졌습니다. 그것은 몇 배 더 강해지고 부식에 대한 저항이 증가하고 전자기 특성이 변경되며 가장 안정적인 상수 중 하나 인 탄성 계수입니다. 비정질 합금은 금속 유리라고 합니다. 그들에 대한 관심이 빠르게 증가하고 있습니다. 우선 연구원들은 철, 니켈 및 코발트를 기반으로 한 합금의 강자성 특성에 관심이 있었는데, 이는 퍼멀로이보다 높은 것으로 밝혀졌으며 이러한 특성은 더 안정적입니다. 오늘 우리는 비정질 금속 합금으로 만들어진 자기 회로의 일부 응용 분야에 대해 이야기할 것입니다. 비정질 금속 합금으로 만들어진 자기 코어는 얇은(평균 25μm) 테이프로 감겨 있습니다(그림 1). 재료 및 열처리 모드를 선택하면 제품의 특정 응용 분야에 최적인 고유한 특성을 얻을 수 있습니다.
컨버터 기능 다이어그램의 위 부분은 네 가지 유형의 자기 코어를 보여줍니다(33페이지의 Mstator 광고 참조). 1 - 역률 보정기용. 높은 포화 유도(1,45T), 낮은 손실 및 고온에서 작동하는 능력으로 인해 이러한 자기 회로를 사용하면 장치의 크기와 무게를 줄일 수 있습니다. 2 - 자기 증폭기(자기 키)용 포화 모드가 있는 토로이달. 이러한 자기 회로는 높은 히스테리시스 루프 직각도(0,96...0,98), 낮은 손실 및 고주파에서의 낮은 보자력과 같은 고유한 특성을 가지고 있습니다. 자기 스위치의 일반적인 응용 분야는 PWM 컨트롤러에 대한 피드백이 출력 중 하나에서 나오고 나머지 채널의 전압 안정화는 자기 스위치를 사용하여 보장되는 다중 채널 전원 공급 장치입니다. 이러한 전원 공급 장치 구성은 다른 채널의 부하 정도에 대한 채널 중 하나의 전압 의존성을 제거하고 안정성을 높이고 출력 전압 리플을 줄이며 별도의 외부 제어, 별도의 채널 보호를 쉽게 구현할 수 있습니다. 임계값이 다른 전류. 예를 들어 충전기에서 출력 전류를 안정화하기 위해 유사한 자기 회로도 사용됩니다. 또한 이러한 제품은 장치의 효율성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 3 - 소음 억제. 그들은 종종 단일 권선과 함께 사용됩니다. 다이오드, 트랜지스터와 같은 요소의 출력에 단순히 놓입니다. 이러한 자기 회로는 무선 간섭을 효과적으로 억제하고 고주파 출력 전압 리플을 감소시킵니다. 4 - 파워 초크(인덕터)용 소형 토로이달. 이러한 자기 회로는 높은 투자율을 유지하면서 높은 수준의 DC 바이어스가 특징입니다. 포화 유도(1,45T)가 높고 손실이 적기 때문에 기존 재료로 만든 자기 코어를 사용할 때보다 장치의 크기를 줄이고 더 높은 수준의 DC 바이어스에서 작동할 수 있습니다. 또한 비정질 금속 합금으로 만든 자기 회로는 스위칭 전원 공급 장치의 공통 모드 필터에 사용됩니다. 좁은 히스테리시스 루프, 높은 초기 자기 투자율(최대 150000), 고주파에서의 낮은 손실을 가진 재료를 사용합니다. 필요한 인덕턴스를 얻으려면 크기를 줄이는 것 외에도 권선의 작은 기생 커패시턴스와 높은 공통 모드 노이즈 억제 계수를 제공하는 적은 수의 권선이 필요합니다. 다음으로 소형 잡음 억제 자기 코어의 사용에 대해 자세히 설명합니다. 이러한 제품은 전기 노이즈 및 간섭을 유발할 수 있는 전류의 급격한 변화를 방지합니다. 다른 방법과 달리 이 방법은 간섭의 원인을 제거합니다. 히스테리시스 루프의 직사각형 모양으로 인해 노이즈 억제 자기 코어는 전류 제로 크로싱 순간에 매우 큰 인덕턴스를 가지므로 급격한 전류 변화를 효과적으로 감쇠시킵니다. 정격 전류가 설정되면 자기 회로가 포화되고 인덕턴스가 감소하며 장치 작동에 영향을 미치지 않습니다. 예를 들어, 이러한 제품은 턴오프 시 반도체 스위칭 소자의 역회복 전류로 인해 발생하는 노이즈를 간단하고 효과적으로 줄입니다. 단일 회전 간섭 억제기(원통형 자기 코어 기반)는 일반적으로 부품 리드인 단일 회전 권선과 함께 사용하도록 구조적으로 최적화되어 있습니다. 인쇄 회로 기판에 장착하기 전에 요소(트랜지스터, 다이오드)의 출력에 배치됩니다(그림 2).
다중 회전 간섭 억제 장치("스파이크 킬러" 또는 "방출 킬러")는 여러 권선의 권선이 있는 소형 포화 자기 회로입니다. 설명 된 장치의 장점은 다른 방법과 비교하여 효율성이 높고 (간섭 원인 제거-빠른 전류 변화로 인해) 손실이 적습니다 (총 손실은 특히 고주파에서 기존 RC 회로보다 낮음) , PCB 영역 절약 (인쇄 회로 기판에 추가 공간을 요구하지 않고 반도체 단자에 직접 배치). 이 등급의 자기 회로는 스위칭 전원 공급 장치, DC-DC 변환기, 모터 제어 장치, 스위칭 반도체 장치 및 소형 공통 모드 필터에 널리 사용됩니다. 노이즈 억제 외에도 노이즈 억제 초크는 잠재적으로 위험한 전압 서지를 제거하므로 반도체를 보호하는 데 사용됩니다. 노이즈 억제 자기 회로의 작동 원리는 그림 3에 나와 있습니다. 삼.
직류가 흐르는 동안(그림 3, a의 영역 "I") 자기 회로는 포화되고 자화는 거의 일정하게 유지되므로(그림 3, b의 영역 "D") 인덕터는 매우 낮은 인덕턴스 꺼진 후 다이오드의 순방향 전류가 감소하면 자기 회로는 여전히 포화 상태이고 인덕터의 인덕턴스는 여전히 작습니다(그림 3의 "II" 영역). 다이오드 전류는 계속해서 감소하고 방향이 바뀝니다(그림 3a의 영역 "III"). 다이오드의 역회복 기간은 di/dt 값이 높은 것이 특징이며, 이는 노이즈의 주요 원인입니다. 이때 자기 회로가 재자화되기 시작하고 (그림 3, b의 영역 "III") 인덕터의 인덕턴스가 급격히 증가하여 다이오드 역 전류 서지가 감소합니다. 다이오드가 닫히면 자기 회로는 거의 자기 소거 상태로 유지됩니다(그림 3의 "IV" 영역). 다음 펄스가 도착하자마자 다이오드가 다시 켜지고 자화된 자기 회로가 빠르게 포화(그림 3의 "V" 영역)에 들어가고 위의 과정이 반복됩니다. 무화과. 그림 4는 간섭 억제 자기 코어 사용의 예를 보여줍니다(간섭 억제 초크는 빨간색으로 강조 표시되고 DC 바이어스 모드가 있는 비정질 합금으로 만든 MD 자기 코어를 기반으로 하는 스토리지 초크는 노란색으로 표시됨). ; b - 푸시 풀 변환기; c - 플라이백 컨버터; g - 모터 제어 장치; e - 순방향 변환기; 전자 - 브리지 모터 제어 장치.
무화과. 그림 5는 예를 들어 포워드 컨버터를 사용하여 비정질 금속 합금으로 만든 노이즈 억제 장치의 장점을 명확하게 보여주는 비교 오실로그램을 보여줍니다. a, b - 출력 전압 리플, 주파수 f = 150kHz, 출력 전압 Uout = 15V, 부하 전류 IН = 10A: a - 진폭 리플 67mV(RC 회로 및 페라이트 자기 코어), b - 리플 진폭 45mV(MP4-2-4.5AP); c, d - 정류기 입력 전압(위 - 다이오드 양극 전압, 아래 - 다이오드를 통과하는 전류), f = 500kHz, Uout = 5V, lH = 20A: c - 댐핑 측정 없음, d - MP4- 2-4.5; e, f - 스위칭 MOSFET 트랜지스터의 전압, 주파수 250kHz: e - 최대 전압 715V(페라이트 자기 회로 4-2-4), e - 최대 전압 690V(MP4-2-4.5); g, h - 해당 e, 컨버터 출력 전압의 리플, f=250kHz, Uout=5V, 1n=15A: g - 리플 진폭 140mV(페라이트 자기 코어 4-2-4), h - 리플 진폭 87mV(MP4-2-4.5).
테이블에서. 1은 펄스 소스에 사용되는 노이즈 억제 자기 코어를 선택할 때 일반적인 권장 사항을 제공합니다. 그룹이 결정되면 다음 비율에 따라 특정 유형이 선택됩니다.
싱글턴 소자를 이용한 다이오드 회복 역전류의 전면을 효과적으로 억제하기 위해서는 2Фm≥(Ucxtrr) 조건을 만족해야 하는데, 여기서 2Фm은 자기회로의 최대(double peak-to-peak) 자속, Wb ; Uc - 다이오드 역 전압, V; trr - 다이오드 역회복 시간, s. 예를 들어, 출력 전압이 4V인 순방향 컨버터의 방전(스위칭) 다이오드(그림 12, e)를 고려하십시오. 다이오드의 역방향 복구 시간은 35ns이고 듀티 사이클은 0,3(30%)입니다. . 테이블에 따르면 1 원통형 잡음 억제 자기 코어를 선택합니다. 그런 다음 식의 오른쪽을 계산합니다. 2Фm≥((12/0,3)х35х10-9)=1,4 мкВб. 테이블에서. 2, 이 조건을 만족하는 가장 작은 자기 회로인 MPZx2x4.5AP를 선택합니다.
다중 회전 장치의 경우 조건 (2ФmxAw)≥(1,5Ucxl0xtrr), 여기서 2Фm은 자기 회로의 최대 자속 Wb입니다. Аw는 자기 회로 하우징의 내경 mm2에 따른 창(권선) 영역입니다. Uc - 요소의 전압, V; l0 - 요소 전류, A; trr - 역방향 복구 시간, s. 예를 들어 출력 전압이 24V이고 부하 전류가 2A인 순방향 컨버터의 방전(스위칭) 다이오드를 생각해 보십시오. 다이오드의 역회복 시간은 60ns이고 듀티 사이클은 0,3(30%)입니다. . 테이블에 따르면 1 멀티턴 초크를 선택합니다. 그런 다음 식의 오른쪽을 계산합니다. (2ФmxAw≥(1,5х(24/0,3)х2х60х10-9)= =14,4 мкВб·мм2 . 테이블에서. 3 이 조건을 만족하는 가장 작은 자기 회로를 선택합니다 - МН080704.5А.
와이어 직경(mm)과 선택한 자기 회로의 권선 수는 다음 관계에 따라 계산됩니다. dnp≥(0,5√I0 = 0,7 mm; N≥(3Ucxtrr/(2Фm))=(3x(24/0,3)x60x10-9 /(1,96х10-6))=7,35 витка. 정수 값 N=8을 선택합니다. 소음 억제 초크의 최종 최적 선택은 실제 장치의 실제 테스트를 통해 이루어집니다. 원통형 노이즈 억제 자기 코어 사용에 대한 권장 사항이 표에 나와 있습니다. 4(정방향 변환기용) 및 표. 5(플라이백 컨버터용).
저자: E. Fochenkov, Borovichi, Novgorod 지역
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