Beräkning av kärna

[Rocky_AL]

I min eviga jakt på en effektiv LiPo-laddare har jag insett att jag måste lära mig dimensionera kärnor till filterdrosslar. Min senaste idé är att bygga en boost-converter. Simulerade lite och fick fram ett worst case:
Med en induktans på 50µH:
In är 12V 18A med ett rippel på +/- 0.9A => "delta" I = 1.9A
Ut är 30~45V 5A
Switchfrekvensen är ungefär 100kHz

Tänkte köpa en toroidkärna, vilket material bör man ha? Jag antar att ferrit är att föredra pga lägre förluster och järnpulver kanske inte funkar så bra i detta frekvensområde?
Hur beräknar man hur stor kärna man måste ha (och eventuellt tjocklek på koppartråden)?

[blueint]

Tippar att det som har inverkan är:
* Material
* Geometri
* Lamineringar
* Lindningsgeometri

[Tekko]

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html

[Rocky_AL]

Det är precis den där hemsidan jag använde för att få fram min data. De förslag man får på kärna är E-kärnor, inga toroider dessvärre.

[4kTRB]

Ferrit-spolar för frekvenser runt 100kHz och de strömmar du är intresserad av
finns det gott om, gäller bara att välja lämpliga produkter. E-kärnor är attraktiva också
och Elfa tex har en del att välja på. Tycker du får ganska hög induktans för så pass
hög frekvens men det beror ju på konstruktionen också.

Här finns en del info...http://www.101science.com/Radio.htm#Tes ... te%20Cores

[kimmen]

Du behöver en kärna med hög reluktans så det är antingen järnpulver/MPP/liknande eller ferrit med luftgap som gäller. Det senare är lite krångligt på toroider.

[Rocky_AL]

Kikade lite i elfas faktablad. Där skriver de att man kan räkna ut Flödestätheten på fäljade sätt:

Först räknar man ut fältstyrkan:
H = N*I/Ie
Där N är antalet varv, I är strömmen och Ie är spårlängden som finns angett i databladet.

Sen räknar man ut Flödestätheten:
B = H*µ0*µi
Där H är från ovan, µ0 är en konstant = 4*"pi"*10^(-7) och µi är angett i databladet.

Så om jag t.ex. skulle välja Den här: 58-613-23
Då behöver jag ha 4 varv för att få önskad induktans.
I är 20A eller? och Ie är enligt databladet = 82mm = 0.082m

Då blir:
H = 4*20/0.082 = 976

µi är enligt databladet 4300
Då kan flödestätheten fås:
B = H*µ0*µi = 976*4*"pi"*10^(-7)*4300 = 5.3 T

Enligt elfas faktablad bör man hålla sig under 200 mT fär att inte mätta kärnan/överhetta den.
Så det betyder att denna kärna inte alls lämpar sig.

Men har jag tänkt rätt med mina beräkningar?

Edit: Har alla järnpulverkärnor försvunnit? Hittar inga på varken elfa eller farnell

[kimmen]

Det undrar jag också... Jag hittar inte järnpulverkärnorna på den nya sidan, men de fanns på den gamla.

Beräkningarna verkar okej, förutom att flödestätheten egentligen inte blir 5T pga mättningen. Som du märker så fungerar det inte med ferritmaterial. De har för hög permeabilitet för att kunna lagra någon nämnvärd energi.

En fördel med järnpulvermaterial är att de dessutom klarar högre flödestäthet före mättning.

[4kTRB]

Ferrit är inga problem med de strömmar du ska arbeta med
däremot så kan ett luftgap behövas för att inte mätta materialet.
Järnpulvertoroider kan man hitta i tex slutstegsförstärkare till
bilar. En kraftig bumling mitt i dc/dc-delen. Vilka frekvenser de
använder vet jag inte.

Här kan du gotta dig i en uppsjö av varianter...https://www.amidoncorp.com/categories/8

[kimmen]

Det finns visserligen toroider med luftgap men lycka till med att få tag på dem. Att föröka såga ett luftgap själv låter som självplågeri av märklig sort.

Det man hittar i bilförstärkare är en ferrittransformator, inte järnpulver.

[bearing]

Electrokit har bra priser på färdiglindade järnpulvertoroider.
http://www.electrokit.se/item_list.php? ... oup=Toroid

Jag tror de kommer från Velleman. På webbsidan finns mer info om induktanserna.
http://www.velleman.eu/distributor/prod ... ?id=344067

Den här sidan verkar ha samma sortiment, och skriver även vilken typ av kärna de är lindade på.
http://www.transistek.com/catalogue/com ... parasites/

Jag är själv skeptisk till järnpulver eftersom att de har hög kärnförlust; de verkar bara gå att använda om ripplet är lågt.

[Rocky_AL]

Saxat från elfas faktablad:
"I likströmsapplikationer med överlagrad växelström, t.ex. filterdrosslar i ett nätaggregat, har man försumbara förluster om den totala flödestätheten inte överstiger 200 mT för de flesta ferriter, och 500 mT för järnpulverkärnor."

Har dock ingen egen uppfattning om hur förlusterna ser ut, men ferriter verkar inte fungera utan luftgap och jag har nog aldrig sett en toroid som är sågad

Electrokit hade bara toroider upp till 10A, min applikation kommer dra nära 20A så det är nog svårt att få tag på något färdiglindat. Men om bara nu elfa kunde se till att få upp sitt järnpulversortiment igen...

[bearing]

Då skulle du kunna göra en tvåfasare (eller fler) med 10A (eller mindre) på varje fas. Med flera faser jämnas dessutom ripplet ut.

Eller helt enkelt parallellkoppla två 10A-drosslar.

[Rocky_AL]

Letade upp en formel för luftgap i elfas faktablad:
Då gör man tydligen exakt samma beräkningar som jag gjorde ovan, fast man byter ut µi mot µe som är definierad:

µe = µi/(1+(G/Ie*µi))
Där µi och Ie är samma som i mitt inlägg ovan och G är luftgapets längd.
Så om jag tar samma kärna som ovan och sågar ut en "tårtbit" som är ca 2mm så blir det:

µe = 4300/(1+(0.002/0.082*4300)) = 41

Sätter man in det i formeln för B:
B = H*µ0*µe = 976*4*"pi"*10^(-7)*41 = 0.050 T = 50 mT

Så då funkar denna toroid, bara man sågar ut ett luftgap då, eller är mina beräkningar fel?
Ändras inte Ie om man sågar bort en bit?


Edit: En tvåfasare kan funka, men då måste man se till att de arbetar precis i motfas.
Kan man paralellkoppla spolar hur som helst? Har de lite olika induktans hamnar väl all ström på en av dom?

[bearing]

Eftersom att permeabiliteten ändras måste många fler varv tråd lindas.

Varför inte använda ETD-kärna? De finns ju färdiga med luftgap och har bra priser.