페라이트 코어 선택 가이드: MnZn 대 NiZn, 코어 유형 및 애플리케이션

스위칭 전원 공급 장치에 있는 페라이트 코어는 매초 수십만 개의 자기 반전을 처리합니다. 끊임없는 순환이 바로 재료 선택이 중요한 이유입니다. 잘못된 코어는 에너지를 부하에 전달하는 대신 열로 손실합니다. 이 가이드는 올바른 페라이트 코어를 올바른 애플리케이션에 신속하게 일치시킬 수 있도록 복잡성을 해소합니다.

페라이트 코어가 실제로 하는 일

페라이트 코어는 산화철(Fe2O₃)과 금속 산화물(일반적으로 망간, 아연 또는 니켈)을 결합하여 만든 세라믹 자기 부품입니다. 이는 변압기, 인덕터 및 EMI 억제 부품에 자속을 전달하고 집중시킵니다. 적층 강철 코어와 달리 페라이트의 높은 전기 저항률(최대 몇 배 더 높음)은 와전류를 억제하므로 몇 킬로헤르츠 이상의 주파수에 적합한 소재입니다.

두 가지 속성이 대부분의 디자인 결정을 좌우합니다. 투과성 (코어가 자속을 얼마나 잘 집중시키는가) 코어 손실 (사이클당 얼마나 많은 에너지가 낭비되는지). 이 두 매개변수는 반대 방향으로 작용합니다. 즉, 투자율이 높은 재료는 더 높은 주파수에서 성능이 저하되는 경향이 있으므로 재료를 주파수 대역에 일치시키는 것이 가장 먼저이자 가장 중요한 선택입니다.

MnZn 대 NiZn: 주파수 경계

소프트 페라이트는 두 가지 주요 제품군으로 나뉘며, 이들 간의 선택은 주로 작동 주파수에 따라 결정됩니다.

MnZn은 전력 전자공학의 핵심입니다. 높은 투자율과 포화 유도 덕분에 20~500kHz에서 실행되는 스위치 모드 전원 공급 장치에 이상적입니다. 특히 공통 모드 초크의 경우 MnZn은 70MHz까지 장점을 유지합니다. 임계값 이상에서는 NiZn의 뛰어난 저항력이 이어져 고주파수 RF 및 통신 회로의 와전류 손실을 제한합니다.

페라이트 소재의 개발과 그 응용은 2009년에 IEEE 마일스톤으로 인정되었으며, 이는 1937년 대량 생산이 시작된 이래 거의 100년 간의 발전을 이룬 것입니다.

핵심 모양과 그 장점

재료는 이야기의 절반에 불과합니다. 코어 형상은 권선 창, 열 관리 및 조립 복잡성을 결정합니다. 가장 일반적인 모양은 각각 서로 다른 엔지니어링 제약 조건을 갖습니다.

• EE/EF 코어 — 전력전자 분야에서 가장 널리 사용됩니다. 한 쌍의 E 모양은 편리한 중앙 와인딩 보빈으로 폐쇄형 자기 경로를 생성합니다. EE6.5(소형 저전력 설계에 적합)부터 EE80/75(고전력 산업용 변압기)까지의 EE 코어는 거의 모든 SMPS 애플리케이션을 포괄합니다. 예를 들어, EE19/10과 같은 MnZn 전력 페라이트 EE 코어 1,779mm³의 유효 자기 부피와 재료 등급에 따라 2,350~3,100nH/N²의 AL 값을 제공합니다. 이는 주어진 인덕턴스 목표에 대한 권선 권선을 계산할 때 유용한 기준점입니다.
• EC/ER 코어 — 구리 저항이 낮은 원형 중앙 포스트. 패키징 밀도보다 권선 손실이 더 중요한 고전류 출력 인덕터 및 LLC 공진형 컨버터에 선호됩니다.
• EB 코어 — 수평 방향은 평평한 로우 프로파일 어셈블리에 적합합니다. 높이 제한이 엄격한 자동차 및 산업용 전력 모듈에서 점점 더 보편화되고 있습니다.
• PQ/PTS 코어 — 단면적 대 부피 비율이 최적화되었습니다. 이 모양은 소형 설계에서 더 높은 전력 밀도를 허용하므로 노트북 어댑터 및 통신 전원 공급 장치에 자주 사용됩니다.
• 토로이드 코어 — 탁월한 자속 억제 및 거의 0에 가까운 외부 누출로 공통 모드 초크 및 오디오 변압기에 이상적입니다.

재료 등급: 성능 뒤에 숨은 숫자

주어진 모양 내에서 재료 등급은 코어가 가장 잘 작동하는 위치를 제어합니다. MnZn 파워 페라이트의 경우 대부분의 설계에 세 가지 등급이 적용됩니다.

• YR28 / 저투과 등급 — 높은 자속 밀도에서 더 나은 코어 손실; 200kHz 이상의 고주파 SMPS에 적합합니다.
• YR48 / 중급 등급 — 균형 잡힌 투자율과 손실; 100~200kHz 스위칭 설계를 위한 기본 선택입니다.
• YR98 / 고투과성 등급 — 적당한 주파수에서 코어 손실이 낮습니다. 50~100kHz에서 작동하는 PFC 인덕터 및 역률 보정 스테이지에 선호됩니다.

에너지 저장보다 높은 투자율이 더 중요한 신호 필터링 및 공통 모드 억제의 경우, MnZn 고전도 페라이트 초기 투자율이 10,000을 초과하는 등급은 목표 잡음 대역에서 우수한 임피던스를 제공합니다. 이는 AC 주전원 필터의 차동 모드 초크와 전력선 항목의 공통 모드 인덕터에 있는 코어입니다.

네 가지 실제 선택 규칙

1. 빈도부터 시작하세요. 5MHz 미만: MnZn. 5MHz 이상: NiZn. 70MHz 미만의 공통 모드 초크: MnZn이 여전히 승리합니다. 이 단일 규칙은 대부분의 물질적 혼란을 제거합니다.
2. 작동 온도에서 포화 자속 밀도를 확인하십시오. MnZn 페라이트는 퀴리 온도(일반적으로 등급에 따라 100~300°C) 이상에서는 자기 능력을 잃습니다. 높은 주변 온도에서 실행되는 설계에는 실온 데이터시트 값뿐만 아니라 재료 사양 시트도 필요합니다.
3. 인덕턴스뿐만 아니라 자속 밀도의 크기입니다. 인덕턴스는 회전을 통해 얻을 수 있습니다. 코어 포화도는 협상할 수 없습니다. DC 바이어스 하의 EE 코어의 경우 피크 자속 밀도가 최대 부하 전류에서 재료의 포화 한계 미만으로 유지되는지 확인하십시오.
4. AL을 귀하의 차례 예산에 맞추십시오. AL 값(회전당 인덕턴스 제곱, nH/N²)은 필요한 회전 수를 직접 설정합니다. AL이 높을수록 권선 수가 적고 구리 손실이 적으며 권선 창이 더 작다는 것을 의미하지만 DC 바이어스 하에서 포화에 더 가까워집니다. 전체 제품군에 걸쳐 AL 값을 교차 확인하려면 자세한 코어 유형 및 선택 참조를 검토하세요.

EMI 억제: 다른 작동 모드

파워 페라이트는 에너지를 저장하고 전달합니다. EMI 억제 페라이트는 의도적으로 이를 잃습니다. 케이블 주위의 클램프 온 비드 또는 슬리브로 사용될 때 페라이트는 잡음 주파수에서 높은 임피던스를 제공하고 공통 모드 전류를 열로 변환합니다. 여기서 잘못된 재료를 선택하는 것은 가장 흔한 디버그 실수 중 하나입니다. 100kHz 등급의 전력 페라이트는 일반적으로 전도성 EMI 오류를 유발하는 10~30MHz 스위칭 고조파에 거의 등록되지 않습니다.

케이블 번들 전반에 걸친 광대역 억제를 위해 연자성 페라이트 일반적으로 10~100MHz 범위의 피크 임피던스를 갖는 것이 필요하며, 이는 더 높은 투자율의 NiZn 또는 특수 MnZn 등급을 가리킵니다. 코어를 통과하는 케이블의 다중 통과(2~3회 회전)는 더 큰 코어를 요구하지 않고도 임피던스를 증가시킵니다.

요약

페라이트 코어 선택은 주파수 범위(MnZn 대 NiZn 결정), 작동 모드(전력 전송 대 EMI 억제) 및 물리적 제약(형태 결정)의 세 가지 변수로 요약됩니다. 이 세 가지를 올바르게 맞추면 재료 등급이 추측 게임이 아닌 개선이 됩니다. 자속 밀도 또는 열 제한을 요구하는 설계의 경우 더 높은 등급의 MnZn 전원 재료로 이동하거나 더 나은 구리 활용을 위해 EC/ER 형상으로 전환하는 것은 코어 크기를 늘리지 않고도 효율성을 향상시킬 수 있는 가장 신뢰할 수 있는 두 가지 경로입니다.