페라이트 코어: 유형, 용도 및 올바른 것을 선택하는 방법

에이 페라이트 코어 전자 회로에서 자속을 안내하고 집중시키는 데 사용되는 페리자성 세라믹 재료(주로 망간, 아연, 니켈과 같은 금속 금속과 결합된 산화철)로 만든 자기 부품입니다. 이는 전자기 간섭(EMI)을 줄이고 변압기의 에너지 전달을 개선하며 전력 전자 장치의 고주파 소음을 필터링하는 데 적합한 솔루션입니다. 페라이트 코어는 스마트폰 충전기부터 산업용 인버터까지 거의 모든 최신 전자 장치에서 발견됩니다.

페라이트 코어는 규소강이나 철분말 코어와 달리 매우 높은 전기 저항 (일반적으로 10² ~ 10⁶ Ω·cm)로 고주파수에서 와전류 손실을 대폭 줄입니다. 이는 다음과 같은 응용 분야에서 특히 효과적입니다. 10kHz~수백MHz .

페라이트 코어 작동 방식

페라이트 코어는 자속을 위한 낮은 자기저항 경로를 제공함으로써 작동합니다. 교류 전류를 전달하는 도체가 페라이트 코어 주위에 감겨지거나 관통되면 코어는 권선의 인덕턴스를 증폭하고 자기장을 제한하여 에너지가 간섭으로 외부로 방사되는 것을 방지합니다.

주요 물리적 특성은 높은 투자율(μ) . 예를 들어 망간-아연(MnZn) 페라이트는 다음과 같은 초기 투자율에 도달할 수 있습니다. µᵢ = 300 ~ 20,000 , 니켈-아연(NiZn) 페라이트는 일반적으로 다음과 같습니다. µᵢ = 10 ~ 2,000 . 이 투자율은 코어가 공기에 대해 자속을 얼마나 효과적으로 집중시키는지를 결정합니다.

에이t high frequencies, the core's impedance rises, which is why a simple ferrite bead on a cable can suppress conducted EMI without any active circuitry. The energy is dissipated as heat within the core material itself — a process called 자기 히스테리시스 손실 .

페라이트 코어 소재의 주요 유형

두 가지 주요 페라이트 소재 제품군은 각각 고유한 주파수 범위와 응용 분야에 사용됩니다.

에이 third material, 마그네슘-아연(MgZn) 는 특수 고주파 응용 분야에 사용되며 두 가지 주요 제품군 간의 특성을 제공하지만 상업적으로는 훨씬 덜 일반적입니다.

일반적인 페라이트 코어 모양 및 응용

페라이트 코어는 특정 권선 구성 및 회로 요구 사항에 맞게 최적화된 다양한 형상으로 제조됩니다.

토로이드 코어

도넛 모양의 토로이드는 다음과 같은 이점을 제공하므로 가장 효율적인 형상 중 하나입니다. 공극이 거의 없는 폐쇄형 자기 경로 , 누설 자속을 최소화합니다. 토로이드는 공통 모드 초크, 전력선 필터 및 오디오 변압기에 널리 사용됩니다. 잘 설계된 토로이달 초크는 다음과 같이 공통 모드 잡음을 억제할 수 있습니다. 40~60dB 1~30MHz 범위에서.

E-Core 및 I-Core(EI 코어)

EI 코어는 변압기 설계의 핵심입니다. E와 I 섹션은 보빈 주위에 함께 고정되어 감기가 쉽고 제조 비용이 효율적입니다. 이는 일반적으로 작동 주파수가 다음과 같은 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 표준입니다. 20kHz ~ 500kHz .

냄비 코어

포트 코어는 권선을 완전히 감싸 외부 자기장에 대한 탁월한 차폐 기능과 낮은 복사 방출을 제공합니다. 이 제품은 정밀 인덕터 및 높은 Q 공진 회로에 사용됩니다. 100~300의 Q 인자 필수입니다.

페라이트 비드

에이 ferrite bead is a small cylindrical or chip-form component threaded onto a wire or integrated into a PCB trace. It acts as a frequency-dependent resistor, presenting 10MHz 이상의 주파수에서 높은 임피던스(50~1000Ω) 최소한의 손실로 DC 및 저주파 신호를 전달합니다. 표면 실장 페라이트 비드는 디지털 전자 장치의 전원 공급 장치 핀 어디에나 있습니다.

RM 코어 및 PQ 코어

RM(직사각형 모듈식) 및 PQ 코어는 컴팩트하고 자동화된 조립을 위해 설계되었습니다. 이는 우수한 체적 효율성을 제공하며 보드 공간이 제한된 통신 전원 공급 장치 및 DC-DC 컨버터에 일반적으로 사용됩니다.

페라이트 코어 선택 시 주요 매개변수

잘못된 페라이트 코어를 선택하는 것은 변압기 과열, EMI 오류 및 인덕터 포화의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 평가할 중요한 매개변수는 다음과 같습니다.

• 작동 주파수: 재료를 빈도에 맞추십시오. 2MHz 미만의 주파수에는 MnZn을 사용하고 더 높은 주파수에는 NiZn을 사용합니다. 예를 들어 50MHz에서 MnZn 코어를 사용하면 과도한 코어 손실과 열 장애가 발생합니다.
• 포화 자속 밀도(Bsat): 페라이트 코어는 일반적으로 다음 사이에서 포화됩니다. 0.3T 및 0.5T 실온에서. 그 이상에서는 투자율이 급격히 떨어지며 인덕턴스가 붕괴됩니다. Bsat 미만으로 유지되도록 항상 B = V·t / (N·Ae)를 사용하여 피크 자속 밀도를 계산하십시오.
• 초기 투자율(μᵢ): 투자율이 높을수록 주어진 인덕턴스에 대해 더 적은 회전수를 허용하여 구리 손실을 줄입니다. 그러나 높은 μ 재료는 DC 바이어스에서 더 쉽게 포화됩니다.
• 코어 손실(Pv): mW/cm3로 표현되는 코어 손실은 주파수와 자속 밀도에 따라 달라집니다. 에서 100kHz 및 100mT , TDK의 PC95와 같은 일반적인 전력 페라이트의 코어 손실은 약 300mW/cm3입니다. 열적으로 제한된 설계에서는 이를 최소화하는 것이 중요합니다.
• 온도 안정성: 투과성은 온도에 따라 달라집니다. 대부분의 MnZn 전력 페라이트는 최소 코어 손실을 위해 최적화되었습니다. 80~100°C 이는 전력 전자 장치의 일반적인 작동 온도와 우연히 일치합니다.
• 유효 단면적(Ae) 및 경로 길이(Le): 이러한 기하학적 매개변수는 L = µ₀·μᵢ·N²·Ae / Le를 통해 인덕턴스를 결정합니다. 코어가 클수록 더 높은 전력을 지원하지만 크기와 비용이 추가됩니다.

산업 전반에 걸친 페라이트 코어 애플리케이션

페라이트 코어는 다양한 산업 분야에 걸쳐 나타나며 종종 눈에 보이지 않지만 중요한 기능을 수행합니다.

에이ir Gap and DC Bias Considerations

인덕터 설계에서 페라이트 코어의 실질적인 과제 중 하나는 DC 바이어스에 대한 민감도입니다. 인덕터 권선을 통해 DC 전류가 증가하면 코어의 자속도 증가하고, 포화 상태에 가까워지면 인덕턴스가 다음과 같이 떨어질 수 있습니다. 50% 이상 — 필터 성능이 심각하게 저하됩니다.

표준 엔지니어링 솔루션은 제어된 공극 일반적으로 EE 또는 포트 코어의 중앙 다리에 틈을 갈아서 자기 경로에 넣습니다. 단지의 격차 0.1~1.0mm BH 곡선을 상당히 선형화할 수 있으므로 인덕터가 포화되기 전에 훨씬 더 높은 DC 전류를 처리할 수 있습니다. 그 대신 유효 투자율이 감소하고 누설 자속이 약간 높아집니다.

에어 갭 없이 높은 DC 바이어스 허용 오차를 요구하는 애플리케이션의 경우, 분산된 간격 재료 철분말이나 Kool Mu® 복합재와 같은 재료는 고체 페라이트보다 선호되는 경우가 있지만 높은 주파수에서는 코어 손실이 더 높습니다.

페라이트 코어 작업을 위한 실용적인 팁

• 주의해서 다루십시오: 페라이트는 세라믹이며 부서지기 쉽습니다. 작은 균열이나 칩이라도 자기 경로를 방해하고 인덕턴스를 10~30%까지 변경할 수 있습니다. 코어 클램프를 과도하게 조이지 마십시오.
• 제조업체 시뮬레이션 도구 사용: TDK, Ferroxcube 및 Fair-Rite와 같은 회사에서는 정확한 손실 추정을 위해 Steinmetz 계수가 포함된 무료 온라인 코어 손실 계산기 및 재료 데이터시트를 제공합니다.
• 에이ccount for thermal derating: Bsat는 온도가 상승하면 감소합니다. 예를 들어 TDK의 PC95 재료는 25°C에서 530mT에서 대략 100°C에서 380mT . 열 환경에서는 항상 자속 밀도를 낮추십시오.
• EMI 케이블의 경우 분할(클램프 온) 페라이트 코어를 사용합니다. 절단하지 않고도 기존 케이블에 장착할 수 있습니다. 장치의 케이블 진입점에 있는 하나의 클램프온 코어는 다음과 같이 전도성 방출을 줄일 수 있습니다. 20~30dB 30~200MHz 범위에서.
• 여러 번 돌리면 억제력이 증가합니다. 토로이드를 통해 케이블을 여러 번 반복하면 임피던스에 N²가 곱해집니다. 두 번의 패스는 한 패스의 임피던스의 4배를 제공합니다. 3번의 패스는 9×를 제공합니다. 추가 비용 없이 상당한 개선이 가능합니다.

결론

페라이트 코어는 현대 전자 장치의 기본 구성 요소로, 수십 가지 형상 및 재료 등급에 걸쳐 고주파 성능, 낮은 와전류 손실 및 설계 유연성의 탁월한 조합을 제공합니다. 올바른 페라이트 코어를 선택하려면 재료 유형을 주파수 범위에 일치시키고, 적절한 자속 밀도 헤드룸을 보장하고, 설계의 권선 및 열 제약 조건에 맞는 형상을 선택해야 합니다.

케이블에서 EMI를 억제하든, 200kHz 플라이백 변압기를 설계하든, 정밀 RF 인덕터를 구축하든 작업에 최적화된 페라이트 코어 소재와 모양이 있습니다. 제조업체 데이터시트 및 시뮬레이션 도구를 사용하여 적절한 코어 선택에 시간을 투자하면 효율성, 신뢰성 및 규정 준수 측면에서 이점을 얻을 수 있습니다.