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磁性论坛

 

HF特遣部队

PSMA磁学委员会高频工作组

2015年1月11日

在2013年9月的PSMA规划会议上,强烈鼓励PSMA磁性材料委员会举办一次高频磁性材料研讨会。

以下是工作文件,其中已确定并分组了各个感兴趣的主题。 suggested and input is received. 本文档将根据 建议的 新主题进行修订 并收到输入。

对于各种主题,我们征求相关领域专家的意见。 欢迎提供白皮书,应用笔记,幻灯片演示,音频和视频文件。 收到输入后,它们将在工作文档中进行汇总,并将链接添加到原始文件中。

我们创建了一个LinkedIn组,“ PSMA电磁学委员会高频工作组”。 我们将打开有关各种主题的主题,以提供一个论坛并进行公开讨论。

我们鼓励工程师找出阻碍高频设计的磁性问题。 更有趣的问题可能会成为讨论线索,以寻求解决方案。

Carlsen 史蒂夫·卡尔森
埃德·赫伯特
联合主席
PSMA磁学委员会

高频磁

修订日期:2015年1月11日

1.核心材料

本节讨论用于制造电感器和变压器铁芯的各种材料的特性。 鼓励制造商提供要包括的目录和数据表。 PSMA成员的制造商可能在此报告中放置了一个促销标语。

可以在“ HF应用中的磁芯材料 ”中找到各种磁性材料及其选择标准的良好概览 。1

1.1。 铁素体

廷德尔国家研究所

1.2。 低温固化铁氧体

1.3。 粉末金属

1.4。 纳米晶体和非晶态金属

1.5。 复合芯

1.6。 绕线磁芯

1.7。 选择标准


1 HF应用中的磁芯材料; 壁虎模拟公司的JonasMühlethaler博士; APEC2014行业会议

2.核心几何形状和缩放

本部分不是要提供许多可用的常用磁芯形状的纲要; 该信息在“制造技术”部分中,也可以在“核心材料”下的各种供应商目录中找到。

大多数供应商目录都使用“标准核心”获取的数据来提供材料特征,尽管“标准核心”只是标准,在各个供应商之间差异很大,而且许多目录都没有提供有关其使用“标准核心”的信息。数据。 本节警告其他形状和尺寸的特性可能会完全不同。

有关尺寸和几何形状对核心特性的影响的信息很少,而且在很大程度上是定性的。 目的是收集更多信息并开发更严格的预测工具。 特别令人关注的是扩展内核以获得更高的频率。 关于定标的一些信息可以在“ GaN电力电子中对高效磁学的需求 ”中找到。1

丹·吉塔鲁(Dan Jitaru)就“ 频率,我们今天所处的位置以及我们需要去的地方 ”作了介绍。2它包含许多有关制造用于高频应用的变压器的信息,包括减少因条纹造成的损耗的方法。

2.1。 实芯

2.1.1。 矩阵变压器
在矩阵变压器(后称“扁平变压器”)中,许多小铁芯代替了大铁芯。 一些数据表明,一串小铁芯的损耗可能要比相当体积的等效单铁芯低得多。 数据集很小,因此有些推测。 请参阅“ 功率比较–串珠等效芯 。” 3

2.2。 缺口核

2.3。 分布式间隙核心。

2.4。 加工特殊的型芯

2.5。 空芯


1 GaN电力电子产品对高效磁学的需求,YeFeng Wo,Transform,Inc.,在APEC2014上的行业会议

2频率,我们今天所处的地方以及我们需要去的地方,Dan Jitaru,Rompower,Inc,在APEC 2014上的行业会议

3功率比较–串珠等效磁芯,爱德华·赫伯特(Edward Herbert),PSMA磁性材料委员会联席主席,为此论坛进行了修订

3.变形金刚

变压器广泛用于提供隔离和/或电压和电流缩放。

3.1。 开关电源

3.1.1。 向前

3.1.2。 飞回来

3.1.3。 全桥

3.1.4。 半桥

3.1.5。 双主动桥(DAB)

3.2。 当前感

3.2.1。 电流互感器

3.2.2。 “ DC”电流互感器电路

3.2.3。 Rogowski线圈:Rogowski线圈并不是真正的“变压器”,但由于它们在许多应用中替代了电流互感器,因此将它们包括在内。

3.3。 自动变压器

3.4。 可变变压器

3.5。 栅极驱动变压器

3.6。 信号变压器

3.7。 射频变压器

3.8。 十字形(恒定电流)变压器

3.8.1。 恒压变压器,铁磁谐振?

3.9。 公用事业规模的变压器

3.9.1。 压电变压器

3.9.1。 开关电容器作为变压器

4.电感器

电感器是大量组件,通常用于功率转换器中的滤波或能量存储。 有时,变压器和电感器之间的区别不清楚,例如:耦合电感器和反激式变压器。

4.1。 无间隙电感

4.2。 间隙电感

4.2.1。 固定间隙电感

4.2.2。 多间隙电感

4.2.3。 可变间隙电感

4.2.3.1。 阶跃或锥形间隙电感

4.2.3.2。 可调间隙电感

4.3。 单绕组电感

4.4。 耦合电感

4.4.1。 非隔离

4.4.2。 孤立

4.5。 对称电感

4.6。 差模滤波器

4.7。 共模滤波器

4.8。 复合铁芯电感

4.9。 永磁偏置电感

5.有损抑制器

电感是一个复杂的参数,在非常高的频率下,电感的实部成分趋于大幅下降,而电感的虚部成分占主导地位。 由于电感的虚部是有损的(电阻性的),因此某些应用利用此特性来衰减噪声。

5.1。 铁氧体磁珠

5.2。 有损屏蔽

6.磁芯饱和的磁路

磁芯的大多数用途都非常小心,以确保磁芯不会饱和。 但是,有一些应用会利用饱和来产生阻抗的大变化或时序,或者同时使用这两者。

6.1。 磁放大器

6.2。 罗伊振荡器

6.3。 珠子

6.4。 核心记忆

6.5。

7.组合磁性结构

磁性设备有许多示例,其中包括多个变压器或电感器。 通过在单个磁芯结构上组合多种功能,可以减小尺寸,电路可以受益于固有耦合,或者可以有效利用寄生电感。

7.1。 三相变压器

7.2。 集成磁性:一种将两个或多个磁性元素(例如,变压器和电感器)组合在一起的磁性结构。

7.2.1。 双有源桥(DAB)集成磁性

7.2.2。 LLC电路

7.2.3。 Cuk转换器

7.2.4。 铁磁调压器

8.“固态”变压器

“固态”变压器是公用事业公司使用的术语,用于高频变压器电路,在输入端带有一个转换器电路,在输出端带有一个转换器电路,以便接受线路频率输入并具有线路频率输出。 通常使用直流链路,在这种情况下,输入频率和相位与输出频率和相位无关。

请参阅“ 固态变压器的磁性材料。1


1个用于智能电网的“固态”变压器; Subhashish Bhattacharya博士,北卡罗来纳州立大学电气与计算机工程系,APEC2014行业会议。

9.绕组

有关“高频绕组”的详细介绍,请参见“ 高频绕组。1

9.1。 高频效果

9.1.1。 肤深

9.1.2。 邻近效应

9.1.3。 利兹线

9.2。 谐振

9.2.1。 | z | &θvs频率,归因于lc

9.3。 屏蔽层

9.3.1。 静电的

9.3.2。 电磁

9.3.2.1。 耗散屏蔽

9.3.2.2。 吸收式护盾

9.4。 由于相对于离散气隙的位置而产生的边缘场

9.5。 终端效应

9.6。 电介质

9.6.1。 隔离

9.6.2。 高压注意事项

9.6.2.1。 电晕

9.7。 导体交流功率损耗

9.7.1。 预测(计算,模拟等)

9.7.2。 测量

9.7.3。 变异性和重复性


1高频绕组,达特茅斯磁性与电力电子研究组的Charles Sullivan博士; 达特茅斯Thayer工程学院,APEC2014行业会议。

10.寄生阻抗

所有实际组件都具有寄生阻抗,在磁性组件中尤其如此。 如果表征良好且控制得当,寄生阻抗可能是设计的有用部分,但通常会忽略它们,将其排除在模型之外,并且经验不足的设计师也不会理解。 采取有助于寄生电感的步骤会加剧寄生电容的问题,反之亦然。

寄生阻抗在较高频率下尤其重要。

10.1。 寄生电感

10.1.1。 命名和关系

10.1.1.1。 串联电感

10.1.1.2。 并联电感

10.1.1.3。 漏感

10.1.1.4。 杂散电感

10.1.1.5。 互感

10.1.2。 预测(计算,模拟等)

10.1.3。 设计和制造方法来控制

10.1.3.1。 分布式气隙与离散气隙

10.1.3.2。 绕组交织

10.1.3.3。 绕组相对于气隙的位置

10.1.3.4。 多重磁阻路径

10.1.4。 测量

10.1.5。 变化性

10.2。 杂散电容

10.2.1。 命名法

10.2.2。 自电容

10.2.3。 耦合电容

10.2.3.1。 预测(计算,模拟等)

10.2.3.2。 设计和制造方法来控制

10.2.3.3。 绕组交织

10.2.3.4。 电压梯度控制

10.2.3.5。 测量

10.2.3.6。 变异性和重复性

11.核心损失

可以在“ HF应用中的磁芯材料 ”中找到铁芯损耗机制的完整概述。1

11.1。 PSMA在达特茅斯(Dartmouth)赞助了铁损研究:PSMA赞助了一系列方波和矩形波激励下的铁损研究,并在查尔斯·沙利文(Charles Sullivan)的指导下在达特茅斯学院进行了研究。 报告,数据和补充分析可以在PSMA网站上找到: 核心损失研究

11.2。 预测(计算,模拟等)

11.3。 测量

11.4。 变异性和重复性

11.5。 尺寸共振

11.6。 声共振


1 HF应用中的磁芯材料; 壁虎模拟公司的JonasMühlethaler博士; APEC2014行业会议。

12.制造技术

12.1。 线绕

12.1.1。 梭芯

12.1.2。 梭芯少

12.1.3。 利兹线

佩顿美国集团

佩顿销售视频
Payton产品目录

12.2。 铝箔伤口

12.3。 平面:平面变压器和电感器是扁平的,有两部分组成。 绕组通常是印刷线路板或冲压铜。 铝壳可提供散热。

请参阅幻灯片“幻灯片”,该幻灯片是为在APEC2014上的行业会议准备的,但未提交,请参见“ SiC和GaN如何赶上平面磁学 ”。

另请参阅“ Payton技术视频 ”, 2有关Payton平面变压器的电影,其中包含技术内容。

12.3.1。 离散的

12.3.2。 嵌入式基板

12.4。 矩阵变压器:“矩阵变压器”(以后称为“扁平变压器”)是具有许多芯的变压器。 通常,次级绕组是单匝,可以粘结到铁芯上。 早期(1990年)的教程介绍了该理论和示例。 矩阵变压器和对称转换器的设计和应用 。” 3

12.4.1。 矩阵同轴

12.5。 同轴的

12.6。 点子

12.7。 普罗索克


1 SiC和GaN如何赶上Planar Magnetics,Payton America Group,Inc.的Jim Marinos

2 Payton技术视频,Payton America Group,Inc.的Jim Marinos。

3矩阵变压器和对称转换器的设计与应用,爱德华·赫伯特(FMTT),公司,于1990年5月11日在加利福尼亚州圣克拉拉举行的第五届国际高频功率转换会议'90上举办的研讨会

13.近场噪声性能

13.1。 计算技术

13.2。 仿真技术

13.3。 测量技术

13.4。 缓解技术

13.4.1。 自屏蔽

13.4.2。 几何屏蔽

13.4.3。 引入屏蔽

14.软件,设计与仿真

14.1。 设计辅助

壁虎模拟公司

14.1.1。 要求Jonas提供其设计软件的材料。

14.1.2。 Nomographs,请注意。

14.2。 核心损失

14.2.1。 复合波形假设

由PSMA在达特茅斯(Dartmouth)赞助的试点项目核心损耗研究分析了复合波形假设,并确定: “尽管存在细微差异,但损耗预测方法比非正弦波形的其他方法具有更高的准确性,并且更易于使用 。” 1参见“ 复合波形假设。2

14.2.2。 类似于Steinmetz的方程

克里斯·奥利弗(Chris Oliver)得出了一组很好的方程式来表征粉末金属芯:“ 粉末芯材料中芯损耗的测量和建模 ”, 3 Micrometals还提供了一个电子表格,“ Micrometals ,Inc.曲线拟合系数,修订版,9月18日, 2014年 。” 4

查尔斯·沙利文(Charles Sullivan)博士针对方波和矩形波激发推导了类似于Steinmetz的方程:“ Steinmetz Curve Fits。5

爱德华·赫伯特(Edward Herbert)得出了方波激励的类Steinmetz方程:“ 铁氧体的类Steinmetz”方程

14.3。 香料模型

在“ 建议的核心损耗的SPICE模型 ”中描述了一个非常简单但出乎意料的出色的核心损耗SPICE模型 。7显示了SPICE模型,并对如何衍生和测试进行了广泛解释。

14.4。 有限元分析


1 测试矩形波形的铁损 ,2010年2月7日,达特茅斯Thayer工程学院的Charles R. Sullivan和John H. Harris和Edward Herbert。

2复合波形假说,PSMA磁性材料委员会联席主席爱德华·赫伯特(Edward Herbert),为该论坛于2014年12月7日修订。

3粉末芯材中芯损的测量和建模,Micrometals,Inc.技术总监Christopher G. Oliver,在APEC2012上的一次行业会议。

4 Micrometals,Inc.曲线拟合系数,修订版,2014年9月18日,Micrometals,Inc.

5 Steinmetz曲线拟合,达特茅斯磁性与电力电子研究小组的Charles Sullivan博士; 达特茅斯的Thayer工程学院,摘自“测试矩形波形的磁芯损耗,第二阶段最终报告”,PSMA磁芯损耗研究第二阶段。

6 PSMA磁性材料委员会联席主席爱德华·赫伯特(Edward Herbert),铁氧体的“类Steinmetz式”方程式,针对该论坛于2014年12月7日修订。

7提议的用于铁损的SPICE模型,PSMA Magnetics联合主席Edward Herbert,为该论坛于2014年12月7日修订。

15.测试设备,质量保证和生产测试

15.1。 测验设备

15.2。 工程测试

15.3。 资格考试

15.4。 生产测试

15.5。 规格控制图

16.可靠性

16.1。 标准品

16.2。 适合

16.3。 离散的

16.4。 封装的

16.5。 嵌入式PWB

16.6。 点子

16.7。 普罗索克

附录

A1。 应用笔记

线圈绕线专家

A1.1。 CWS应用程序注释:“ 如何选择铁粉,铁粉,库尔木,高通量和MPP磁芯作为输出电感器和扼流圈 。”

A1.2。 CWS应用笔记:“ 变压器,扼流圈和电感器的工作方式以及磁学特性”

A2。 公式

A2.1。 显示电气单位的方程式,以及

A2.2。 “矩阵”转换

A3。 词汇表

A3.1。 定义

A3.2。 单位

A4。 参考文献

A4.1。 电子表格总结了参考文献“ Workshop References”

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