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無線電子工学および電気工学の百科事典 アモルファス金属合金製の小型ノイズ抑制磁心を適用。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / アマチュア無線デザイナー XNUMX 世紀前、金属の超顕微鏡構造を取得する目的で行われた金属溶融物の急速冷却に関する実験では、場合によっては金属中に結晶格子がまったく存在しないことが示されました。原子の配置は、構造のない非晶質体の特徴です。 アモルファス金属は結晶金属とは似ておらず、全く異なる性質を持っていることが分かりました。 強度は数倍になり、耐腐食性が向上し、電磁特性が変化し、最も安定した定数の XNUMX つである弾性率さえも変化します。 アモルファス合金は金属ガラスと呼ばれます。 それらに対する関心は急速に高まっています。 まず第一に、研究者らは鉄、ニッケル、コバルトをベースとした合金の強磁性特性に興味を持ちました。その強磁性特性はパーマロイよりも高く、これらの特性はより安定していることが判明しました。 今日は、アモルファス金属合金で作られた磁心の応用分野についてお話します。 アモルファス金属合金で作られた磁気コアは、薄い（平均 25 ミクロン）テープから巻かれています（図 1）。 材料と熱処理モードを選択することで、製品の特定の用途に最適な独自の特性を得ることができます。
コンバータの機能図の一部には、33 種類の磁気コアが示されています (XNUMX ページの Mstator 社の広告を参照)。 1 - 力率補正器用。 このような磁気コアを使用すると、高い飽和誘導 (1,45 T)、低い損失、および高温での動作能力により、デバイスのサイズと重量を削減することができます。 2 - 磁気アンプ (磁気キー) 用の飽和モードを備えたトロイダル。 これらの磁気コアは、ヒステリシス ループの高い角型係数 (0,96 ～ 0,98)、低損失、高周波での低い保磁力といった独特の特性を備えています。 磁気スイッチの一般的なアプリケーションはマルチチャンネル電源です。この場合、PWM レギュレータへのフィードバックは出力の XNUMX つから得られ、残りのチャンネルの電圧の安定化は磁気スイッチの使用によって保証されます。 この電源設計により、XNUMX つのチャネルの電圧が他のチャネルの負荷レベルに依存することがなくなり、安定性が向上し、出力電圧リップルが低減され、異なるしきい値を持つチャネルの個別の外部制御と個別の電流保護の実装が容易になります。 。 同様の磁気コアは、充電器などで出力電流を安定させるためにも使用されます。 さらに、これらの製品はデバイスの効率と信頼性を向上させることができます。 3 - ノイズ抑制。 それらは多くの場合、単巻巻線で使用されます。ダイオードやトランジスタなどの要素の端子に単純に配置されます。 このような磁気コアは、無線干渉を効果的に抑制し、出力電圧の高周波リップルを低減します。 4 - パワーチョーク（インダクター）用の小型トロイダル。 これらの磁気コアは、高い透磁率を維持しながら、高レベルの直流バイアスを特徴としています。 これらは高い飽和インダクタンス (1,45 T) と低損失を備えているため、デバイスの寸法を縮小でき、従来の材料で作られた磁気コアを使用する場合よりも高いレベルの DC バイアスでの動作を実現できます。 さらに、アモルファス合金で作られた磁気コアは、スイッチング電源のコモンモードフィルタにも使用されています。 ここでは、狭いヒステリシス ループ、高い初透磁率 (最大 150000)、および高周波での低損失を備えた材料が使用されています。 必要なインダクタンスを得るために必要な巻数は少なく、寸法の縮小に加えて、低い寄生巻線容量と高いコモンモードノイズ抑制係数が確保されます。 次に、小型ノイズ抑制磁気回路の使用について詳しく説明します。 これらの製品は、電気ノイズや干渉の原因となる電流の急激な変化を防ぎます。 他の方法とは異なり、この方法は干渉の原因そのものを排除します。 ヒステリシス ループが長方形であるため、干渉抑制磁気回路は電流がゼロを通過する瞬間に非常に高いインダクタンスを持ち、電流の急激な変化を効果的に減衰させます。 定格電流が確立されると、磁気回路は飽和し、そのインダクタンスは減少し、デバイスの動作には影響しません。 例えば、このような製品は、ターンオフ時に半導体スイッチング素子の逆回復電流によって生じるノイズを簡単かつ効果的に低減します。 シングルターン ノイズ サプレッサ (円筒形磁気コアに基づく) は、通常コンポーネントのリードであるシングル ターン巻線での使用に最適化されるように設計されています。 プリント基板に実装する前に、素子（トランジスタ、ダイオード）の端子に配置します（図2）。
マルチターンノイズ抑制デバイス (「スパイクキラー」) は、数ターンの巻線を備えた小さな飽和磁気回路です。 他の方法と比較した場合、説明されているデバイスの利点は、効率が高く（干渉の原因 - 電流の急激な変化が除去されるため）、損失が低い（特に高周波において、総損失が従来の RC 回路よりも低い）ことです。 ）、プリント基板の面積を節約します（プリント基板上に追加のスペースを必要とせず、半導体端子に直接取り付けます）。 このクラスの磁気コアは、スイッチング電源、DC-DCコンバータ、電動機制御ユニット、スイッチング半導体デバイス、小型コモンモードフィルタなどに広く使用されています。 ノイズ抑制に加えて、ノイズ抑制チョークは潜在的に危険な電圧サージを排除することで半導体を保護するために使用されます。 ノイズ抑制用磁気回路の動作原理を図3に示します。 XNUMX.
直流電流が流れている間（図 3、a の「I」領域）、磁気回路は飽和し、その磁化はほぼ一定のままです（図 3、b の「G」領域）。インダクタンスが低い。 スイッチがオフになった後、ダイオードの順電流が減少しても、磁気回路はまだ飽和しており、インダクタのインダクタンスはまだ小さいです(図3の領域「II」)。 ダイオード電流は減少し続け、その方向が変わります (図 3a の領域「III」)。 ダイオードの逆回復期間は、di/dt 値が高いという特徴があり、これが干渉の主な原因です。 このとき、磁気回路は再磁化を開始し（図3bの領域「III」）、インダクタのインダクタンスが急速に増加し、ダイオードの逆電流サージの減少につながります。 ダイオードが閉じると、磁気回路は実質的に消磁状態に留まります (図 3 の領域「IV」)。 次のパルスが到着するとすぐにダイオードが再びオンになり、磁気回路は磁化されて急速に飽和状態に入り（図3の「V」領域）、上記のプロセスが繰り返されます。 図では、 図 4 は、ノイズ抑制磁気コアの使用例を示しています (ノイズ抑制チョークは赤で強調表示され、DC バイアス モードのアモルファス合金で作られた MD 磁気コアに基づくストレージ チョークは黄色で強調表示されています)。 ; b - プッシュプルコンバーター。 c - フライバックコンバータ; g - 電気モーター制御ユニット; d - フォワードコンバータ; e - 電気モーターを制御するためのブリッジユニット。
図では、 図 5 は、フォワード コンバータの例を使用して、アモルファス金属合金で作られたノイズ抑制デバイスの利点を明確に示す比較オシログラムを示しています。 a、b - 出力電圧リップル、周波数 f = 150 kHz、出力電圧 Uout = 15 V、負荷電流IN = 10 A: a - 振幅リップル 67 mV (RC 回路およびフェライト磁気コア)、b - 脈動振幅 45 mV (MP4-2-4.5AP); c、d - 整流器入力の電圧（上 - ダイオードのアノードの電圧、下 - ダイオードを流れる電流）、f = 500 kHz、Uout = 5 V、lH = 20 A: c - ダンピングを使用しない場合対策、d - MP4-2-4.5; d、f - スイッチング MOSFET トランジスタの電圧、周波数 250 kHz: d - 最大電圧 715 V (フェライト磁気コア 4-2-4)、f - 最大電圧 690 V (MP4-2-4.5); g、h - コンバータ出力電圧の d、f リップルに対応、f = 250 kHz、Uout = 5 V、1n = 15 A: g - 脈動振幅 140 mV (フェライトおよび磁気コア 4-2-4)、h -リップル振幅 87 mV (MP4-2-4.5)。
テーブル内表 1 は、パルス発生源で使用されるノイズ抑制磁気回路を選択する際の一般的な推奨事項を示しています。 グループが決定された後、次の比率に基づいて特定の公称値が選択されます。
シングルターンデバイスを使用して逆方向ダイオードの回復電流の前部を効果的に抑制するには、2μm≧(Ucxtrr)の条件を満たす必要があります。ここで、2μmは磁気回路の最大(ダブルピークツーピーク)磁束Wbです。 ; Uc - ダイオードの逆電圧、V。 trr はダイオードの逆回復時間、s です。 例として、出力電圧 4 V のフォワード コンバータの放電 (スイッチング) ダイオード (図 12e) を考えてみましょう。ダイオードの逆回復時間は 35 ns、デューティ サイクルは 0,3 (30%) です。 表によると1、円筒型ノイズ抑制磁気回路を選択します。 次に、式の右辺を計算します。 2Фm≥((12/0,3)х35х10-9)=1,4 мкВб. テーブルから2、この条件を満たす最小の磁気コア、MPZx2x4.5AP を選択します。
マルチターンデバイスの場合、条件 （2ФmxAw）≥（1,5Ucxl0xtrr）、 ここで、2Фm は磁気コア内の最大磁束 Wb です。 Аwは磁気回路本体の内径に沿った窓（巻線）の面積、mm2です。 Uc - 要素の電圧、V; l0 - 要素電流、A; trr - 逆回復時間、s。 例として、出力電圧 24 V、負荷電流 2 A のフォワード コンバータの放電 (スイッチング) ダイオードを考えます。ダイオードの逆回復時間は 60 ns、デューティ サイクルは 0,3 (30%) です。 。 表によると1 多巻インダクタを選択します。 次に、式の右辺を計算します。 (2ФmxAw≥(1,5х(24/0,3)х2х60х10-9)= =14,4 мкВб·мм2 . テーブルから3、この条件を満たす最小の磁気回路、MN080704.5Aを選択します。
選択した磁気回路のワイヤの直径 (mm) と巻線の巻き数は、次の比率を使用して計算されます。 dnp≧(0,5√I0 = 0,7 mm N≥(3Ucxtrr/(2Фm))=(3x(24/0,3)x60x10-9 /(1,96х10-6))=7,35 витка. 整数値 N=8 ターンを選択します。 ノイズ抑制チョークの最終的な最適な選択は、実際のデバイスの実際のテスト中に行われます。 円筒形ノイズ抑制磁気回路の使用に関する推奨推奨事項を表に示します。 4 (フォワードコンバーター用) と表にあります。 5 (フライバックコンバータ用)。
著者：E。Fochenkov、ボロヴィチ、ノヴゴロド地方
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