وقتی پودر فلز با لایه های آمورف برخورد می کند چه اتفاقی برای از دست دادن هسته می افتد

در تعقیب امروزی چگالی توان شدید، مهندسان قدرت در یک "جنگ مادی" قفل شده اند. برای کاهش راندمان بالاتر از فضاهای کوچک‌تر، فرکانس‌های سوئیچینگ را بالاتر و بالاتر می‌بریم، فقط برای برخورد با دیوار غیرقابل حرکت: Core Loss. فریت های سنتی، در حالی که از دست دادن کمی دارند، به دلیل نفوذپذیری و نقاط اشباع محدود می شوند. از سوی دیگر، هسته‌های پودر فلزی منفرد-به دلیل نشت مغناطیسی و تداخل جفتی اغلب در توپولوژی‌های با فرکانس بالا- کوتاه می‌شوند.

هنگامی که ماژول برق شما در بار کامل به شدت داغ می شود، یا زمانی که مجبور می شوید حجم سلف را فقط برای حفظ کارایی افزایش دهید، ممکن است هسته اصلی مشکل توپولوژی مدار نباشد-بلکه منطق جفت شدن مواد مغناطیسی است. امروز، ما یک حق اختراع کلیدی Magsonder (US 11,430,597 B2) برای اینکه ببینیم چگونه متقاطع هسته های پودر فلز و لمینیت های آمورف گلوگاه کارایی را حل می کند.

نوآوری

در این پتنت، Magsonder یک معماری مواد ترکیبی مخرب را پیشنهاد می کند. هسته اصلی این نوآوری در مورد یافتن یک ماده "گلوله جادویی" نیست، بلکه قرار دادن مواد با خواص فیزیکی متفاوت دقیقاً در جایی است که به آنها تعلق دارد.

تقسیم کار: ثبت اختراع هسته مغناطیسی را به سه بخش تجزیه می کند: ستون های میانی، یوغ ها و ستون های جانبی.

ستون‌های جانبی از نظر مغناطیسی بالا{0}}نفوذپذیر: این روح فناوری است. ما ماده آمورف یا فریت{2}}با نفوذپذیری بالا را به عنوان ستون های جانبی معرفی کردیم.

بهینه‌سازی مسیر مغناطیسی: با حصول اطمینان از اینکه نفوذپذیری مغناطیسی ستون‌های جانبی به طور قابل‌توجهی بالاتر از ستون‌های میانی است، خطوط شار مغناطیسی را مجبور می‌کنیم تا مسیر خود را تغییر دهند و میدان‌های نشتی سرگردان را به مسیرهای-با راندمان، کم{1}}بالا- هدایت کنیم.

"واکنش شیمیایی" حاصل به هسته پودر فلز اجازه می دهد تا با قابلیت ضد اشباع-ش جریان های زیادی را تحمل کند، در حالی که ماده بی شکل از طریق اجبار بسیار کم خود تلفات چرخه را به حداقل می رساند.

چگونه کار می کند

برای درک مکانیک این فناوری، باید رفتار خطوط شار مغناطیسی را تحت بارهای پیچیده مشاهده کنیم.

1. شکست معماری فیزیکی

هسته ستون میانی (1): در مرکز قرار دارد و سیم پیچ ها را حمل می کند. از هسته‌های پودر فلزی (مانند Fe{4}}Si-Al) برای کنترل جریان‌های اصلی برق از طریق چگالی شار اشباع بالا استفاده می‌کند.

یوغ بالا و پایین (2، 3): به عنوان اتصال دهنده برای بستن مدار مغناطیسی عمل می کنند.

از نظر مغناطیسی بالا-ستون‌های جانبی با نفوذپذیری بالا (4): در اضلاع بیرونی موازی قرار دهید. این حق اختراع مستلزم نفوذپذیری مغناطیسی آنها کمتر از 200 است. اگر از ورقه های آمورف استفاده شود، این مقدار می تواند حتی از 5000 هم بیشتر شود.

2. انتخاب خودکار مسیر اکراه

در مدارهای موازی درهم، اندوکتانس متقابل بین فازها منبع اصلی تلفات است. طبق «اصل کم‌ترین رلوکتانس»، زمانی که ستون‌های جانبی دارای نفوذپذیری بسیار بالایی هستند، شار تداخل ایجاد شده توسط سلف‌های دو فاز ترجیحاً به جای ورود به مناطق سیم‌پیچ مجاور، از طریق ستون‌های جانبی (4) بسته می‌شود.

مهار اتصال: ستون های کناری به عنوان یک "بزرگراه مغناطیسی" عمل می کنند. از آنجایی که نفوذپذیری $\\mu$ بسیار زیاد و رلکتانس کم است، ضریب کوپلینگ بین فازها به شدت ضعیف می شود.

کاهش تلفات: ساختار لایه لایه مواد آمورف به طور موثری از تلفات جریان گردابی جلوگیری می کند. در ترکیب با اشباع نرم هسته پودر فلز، هسته کلی تولید گرمای بسیار کم را حتی در محیط‌های{1}}بالا با فرکانس بالای 100 کیلوهرتز حفظ می‌کند.

3. موقعیت یابی شکاف هوای دقیق

حق ثبت اختراع، مقدار اندوکتانس را با تنظیم فاصله هوای کنترل شده بین ستون های میانی و یوک ها تنظیم می کند. به دلیل کم{1}}مسیر عدم تمایل ارائه شده توسط ستون های جانبی، نشت مغناطیسی به طور موثر مهار می شود و تلفات جریان القایی در محفظه های فلزی خارجی را کاهش می دهد.

موارد استفاده

این فناوری مواد ترکیبی در حال حاضر به طور گسترده در اجزای مغناطیسی-با کارایی بالا Magsonder پیاده سازی شده است:

سناریو 1: منابع تغذیه سرور مرکز داده (CRPS)

در تلاش برای بهره وری تیتانیوم 80 PLUS، از دست دادن سلف PFC حیاتی است. با استفاده از لایه‌بندی‌های آمورف در ستون‌های جانبی، Magsonder تلفات هسته فرکانس بالا را تقریباً 15% -20% کاهش می‌دهد. این نه تنها راندمان تبدیل را افزایش می دهد، بلکه خطر کاهش عمر خازن الکترولیتی ناشی از گرمای سلف را نیز کاهش می دهد.

سناریو 2: مبدل‌های DC-خودرو

وسایل نقلیه الکتریکی تقریباً به صرفه جویی در فضا و وزن نزدیک- نیاز دارند. سلف های طراحی شده با این حق اختراع از مسیر{2}}کم تمایل ستون های کناری برای کاهش قابل توجه ضخامت یوغ استفاده می کنند. با حفظ همان اندوکتانس، چگالی توان تقریباً 30% افزایش می‌یابد و به طور مؤثری بار شاسی جلو را کاهش می‌دهد.

سناریوی 3: شمع‌های شارژ سریع-قدرت بالا-

در توپولوژی‌های PFC با جریان بالا، جفت شدن بین{1}فاز، کنترل جریان را بسیار پیچیده می‌کند. راه حل ستون کناری Magsonder ضریب اتصال را به سطوح ناچیز کاهش می دهد، الگوریتم های کنترل را ساده می کند و پایداری سیستم را در هنگام تعویض بار شدید افزایش می دهد.

چشم انداز آینده

با گسترش نیمه هادی های نسل سوم (GaN/SiC)، فرکانس های سوئیچینگ به سمت محدوده مگاهرتز حرکت می کنند. هسته‌های سنتی تک-متریال به سقف فیزیکی رسیده‌اند.

این حق اختراع Magsonder یک روند حیاتی را نشان می دهد: آینده اجزای مغناطیسی متعلق به یک ماده واحد نیست، بلکه به عصر طراحی هم افزایی مواد چند-. با ترکیب لایه‌های نانوکریستالی، آمورف و پودرهای فلزی پیشرفته، می‌توانیم تعادل جدیدی بین فرکانس، کارایی و حجم پیدا کنیم. این فقط یک پیروزی برای نظریه مغناطیسی نیست. این ترکیب کاملی از فرآیند تولید و مهندسی مواد است.

فناوری ثبت اختراع "ستون جانبی با نفوذپذیری بالا" Magsonder راه حل کارایی عالی برای برنامه های کاربردی-با فرکانس بالا-جریان بالا از طریق مکمل بودن مواد ارائه می دهد.