Исследуем удивительный мир ферритов

SimpleTesla
Началось всё с того, что пропала из продажи марка ферритовых колец P4, производимая ACME Electronics Corporation.
Мы их успешно использовали в течении предыдущих 6-ти лет практически для всех ферромагнитных нужд, большинство из которых естественно составляла намотка GDT и токовых трансформаторов. :)

По сути, мы просто использовали ту марку феррита которая работает, и которую проще всего достать(P4 действительно продавались почти в каждом ларьке). Но на сегодняшний же день достать её всё более и более проблематично, так что пришла пора найти P4 замену.


Изначально я хотел лишь проверить сигналы с нескольких доступных в продаже колец, но с любопытством ситуация быстро переросла практически в собирательство любых попавшихся под руку ферритов с целью исследования. Так же, было прочтено много-много материалов из сети дабы разобраться в каждой ранее непонятной мне мелочи.
Итогом стала данная статья, где я попробую подробней рассказать о такой замечательной штуке как мягкие ферромагнетики, а так же предоставить результаты тестов, среди которых есть весьма любопытные открытия. :)

Метод тестирования

Об академическом исследовании ферритов:
На самом деле исследование ферритов – это достаточно сложная процедура, представляющая из себя целую научную работу на каждый исследуемый образец.
Требуется определять размер гранул феррита под микроскопом, измерять сопротивление отдельной гранулы, снимать петли гистерезиста на разных частотах, отрисовывать графики и делать множество расчётов дабы разделить источники потерь.
Это слишком сложный тест дабы прогонять через него большое количество ферритов, но посмотреть на подобную работу по прежнему может быть интересно.
Вот к примеру исследование материала Epcos N87, выполненное политехническим университетом в Бухаресте: www.scientificbulletin.upb.ro/rev_docs_arhiva/full64f_313335.pdf

Меня же в основном интересует лишь практический результат – способен ли материал в принципе передавать прямоугольник в диапазоне 100-300 кГц, насколько он склонен к насыщению, и насколько приемлемые у него потери.

Есть достаточно простой способ, позволяющий получить эту информацию даже о неизвестных сердечниках – для которых за неимением данных просто нельзя что-то расчитать через формулы.
Не редко, даже когда есть название материала – даташит на него может не гуглиться, или быть слишком скудным на информацию, например опуская такие необходимые детали как B-H петля гистерезиса(см. ниже, как правильно расчитать количество витков).

Дабы определить на что способен сердечник – достаточно намотать на нём трансформатор с известным количеством витков, и подать на первичку прямоугольник.
При приложенном постоянном напряжении ток через индуктивность первички растёт линейно, вплоть до момента пока амплитуда поля не достигнет точки насыщения для феррита. Этот момент нам и нужно словить, чем шире период перед насыщением – тем меньшую частоту можно пропустить через сердечник при данном количестве витков.

Подробней об эффекте насыщения:
Сам эффект насыщения(англ. saturation) исходит от того что материалы могут быть намагничены только до определённого порога, например 300 мТесла для типичного MnZn феррита, или 1.6 Тесла для железа.
На магнитное поле свыше порога насыщения материал просто не реагирует, что в случае трансформатора приведёт к двум очень нежелательным эффектам: первичка перестаёт сопротивляться току и уходит в закорот, а напряжение на вторичке начинает заваливаться пока не упадёт в 0. В случае GDT это может одновременно b покоцать драйвер, и взорвать силовуху.
Избежать эффекта насыщения – и есть главная задача при правильной намотке трансформаторов.

Вот неплохая картинка из сети, слева чисто графическое изображение, как длина импульса может быть безопасной длины, максимальной, или выходящей за предел насыщения.
Справа показана реальная осциллограмма тока через первичку, куда был подан прямоугольник – токовый пик это как раз момент где первичка уходит в закорот из-за насыщения феррита.



Тестировать ферриты можно как одиночным импульсом, так и прямоугольником – последний предпочтительней т.к. это повторяющийся процесс и его проще ловить осциллографом.

Что же, теперь подробней о методе которым проверялись кольца из нашей статьи.
Нам понадобится осциллограф, и хороший драйвер затвора через который мы будем гонять исследуемое кольцо.
В моём случае сетап выглядел вот так:


В качестве драйвера применён SimpleDriver v2.3, модифицированный для работы в CW режиме.
Для этого драйверная часть была подключена в обход LM317, сама плата запитана от 18В, и заменён резисторный делитель схемы UVLO дабы сдвинуть порог срабатывания до 15-ти вольт. Изменять драйверную схему не требуется благодаря наличию RD-цепочек на затворах FDD8424;

Тест сердечников проходит в 3 этапа:
1. Заряд/разряд ёмкости в 10 нФ, что является эквивалентом затворов полумоста из MOSFET/IGBT транзисторов в TO-247.
Количество витков для начала будет фиксированным и составлять 4 витка.
Частота драйва: 300 кГц, а затем 100 кГц(границы интересуемого нас диапазона). По осциллограмме мы сможем сравнить ферриты между собой – при условии что у них примерно одинаковые физ. параметры;
2. Только самые продвинутые ферриты выдержат 100 кГц при 4-х витках без ухода в насыщение. Если же феррит не тянет – добавляем ему витков дабы увеличить индуктивность первички.
При большей индуктивности ток от приложенного напряжения растёт медленнее, и становится возможным гонять феррит на более низких частотах перед тем как тот достигнет насыщения;
3. И наконец – тест на потери. 10 нФ емкость заменяется на 100 нФ, что уже соответствует мосту из 8-ми IGBT в TO-247. Мы начинаем гонять эту ёмкость в CW, что в случае драйва от SD соответствует около 30 Вт мощности. Если феррит не предназначен для работы на наших частотах – он вскипит практически за секунды.
Да, при такой мощности на резисторе и даже конденсаторе выделяется масса тепла – их нужно окунуть в жидкость для охлаждения.

Подробно, о расчёте количества витков для известных сердечников:
Хотя статья почти полностью посвящена экспериментальному методу подбора витков – она была бы не полна без инструкции как количество витков можно расчитать математически.
Для этого есть формулы, и даже онлайн-калькуляторы, однако мало кто из людей умеет ими правильно пользоваться.
Например, известный калькуляторчик GDT из Калькулятории: tqfp.org/calculatoria/gdt/
Обычно, всё посчитав он выдаёт пользователю какое-то непонятное значение, например 1 или 2 витка — которые более того не работают с трансформатором на практике.
Происходит это т.к. при вводе данных юзер не учитывается большое количество нюансов.
Например, графа «амплитуда индукции магнитного поля, мТл». Человек просто посмотрит это значение в даташите, например 490 mT для Epcos N87. Однако ввести его в калькулятор будет неправильно, ибо как минимум это значение для 25-ти °C – эта температура будет превышена как при летней погоде(50°C в корпусах приборов это норма), так и от потерь при работе – феррит может разогреваться до 80°C при макс. нагрузке. По даташиту, значение магнитной индукции при 100 градусах уже падает до 390 мТ…
Однако и это значение не подходит формуле. :)
Вот на этом графике, чуть поглубже в даташите видно, что область BH графика с линейной характеристикой лежит значительно ниже чем макс. значение(B-H curve — зависимость магнитного потока от мощности магнитного поля).
Уже после этой точки феррит начинает насыщаться и линейность теряется:


Число в калькулятор снижается уже в 3-й раз, и теперь достигает 300 миллиТесла. :)
Однако и это ещё не всё.
Теперь добавим погрешности, например формула расчитана на то, что частотой в ней будет синусоида… Однако мы подаём прямоугольник, и таковой представляет из себя большое количество синусоид большей частоты.
Т.е. значение, которое мы записываем в поле «Рабочая частота, кГц» уже не совсем соответствует требованиям формулы.
Сами сердечники ещё имеют погрешность, их проницаемость из-за manufacturing tolerance может плавать аж на 10-15% в зависимости даже не от партии к партии, а от кольца к кольцу.
Особенно в старых ферритах по типу отечественного М2000НМ.
Когда феррит имеет округлости в форме – ещё сложно точно измерить его сечение(это нужно делать проволочкой, а не штангенциркулем).
В итоге накапливаются доп. погрешности, скомпенсировать которые можно разве что ещё дополнительным снижением значения амп. магн. поля – например гоняя кольцо на 85% от амплитуды линейной области B-H графика при 100 градусах.
Итого, значение в формулу у нас упало аж до 255 мТ от оригинальных 490 мТ из даташита – практически в 2 раза.
Если забить в калькулятор данные для GDT в SimpleTesla с учётом вышеперечисленного – он выдаёт нам правильные 4 витка, которые отлично работают. :)


Главная проблема мат. расчётов – это то что на материалы редко можно найти такой подробный даташит как у Epcos N87,
не редко другие даташиты полностью упускают B-H график при 100°C, что делает расчёт каких-либо моточных изделий практически невозможным.
Без графика единственным надёжным вариантом остаётся лишь экспериментальный способ подбора витков.

Кстати, может возникнуть желание просто намотать витков побольше, дабы сердечник уж точно не уходил в насыщение(в сети можно встретить конструкции где у GDT по 10-20 витков), однако так делать не стоит – не достигая пределов по амплитуде поля мы по сути перестаём эффективно использовать возможности кольца.
Кроме того, лишняя индуктивность может стать источником звона уже на реальных транзисторах во время переключения тока.

Больше информации о расчёте витков для ферритовых трансформаторов можно найти по ссылкам ниже:
makingcircuits.com/blog/how-to-calculate-ferrite-transformer-for-smps/
vpayaem.ru/information19.html

Что же, я думаю теории будет достаточно – приступим к практике!

Тестирование кандидатов на замену P4:

На самом деле их не так много, без особого труда на рынке можно достать следующие марки:

TP4A от TDG Group
Параметрами по идее лучше чем P4 и N87, однако даташит на TP4A весьма скудный:
www.tdgcore.com/Private/Files/5420e155d57446ac8c9f.pdf
Хороший показатель потерь – 300 кW/m^3 при 200 мТ, 100 кГц.
На 4-х витках держит переключение 100 кГц и 300 кГц, тест на прожиг так же проходит:



Стоят 7 UAH/штучку 18x10x8, что очень(!) дешево. 3 образца были куплены в РКС Компонентах. Отличное колечко!

PC40 от TDK
Он много где упоминается, но толкового даташита на материал мне найти не удалось, только вот это:
product.tdk.com/info/en/catalog/datasheets/ferrite_mn-zn_material_characteristics_en.pdf
Параметры на первый взгляд не плохие: 500 мТ индукция, 2300 ui проницаемость.



Но ведёт себя материал фигово, при 4-х витках на 100 кГц он почти насыщается – нужно доматывать виток.
Это значит что линейная область B-H графика у него лежит достаточно низко.
3 образца были куплены в 9В на радиорынке Караваевы Дачи, по 12 UAH/штучку.

EPCOS N87
Наверное, самый известный general purpose феррит, присутствующий на рынке уже почти 15 лет. :)
Примечательно, что хотя N87 и прочую линейку ферритов до сих пор приписывают конторе Epcos – та ещё в 2009-м была с потрохами выкуплена TDK и теперь является не более чем подразделением. Уже как 10 лет это TDK:
www.tdk-electronics.tdk.com/download/528882/71e02c7b9384de1331b3f625ce4b2123/pdf-n87.pdf



Тест колечко проходит, во время прожига не греется. Материал отличнейший, единственная его проблема – это цена.
Колечко 20x10x6 мм сегодня стоит 28 UAH, или же чуть больше $1/штуку.

ACME P4
О названии производителя:
Одному мне название напомнило мультфильм где койот гонялся за фиолетовой птицей? :D


Назвать свою контору ACME – это ещё тот прикол. С 30-х и по 90-е года, когда США были мировым производителем товаров – это было собирательное для американского низкокачественного ширпотреба(от «american companies make everything»), который мог бабахнуть в руках или подвести в самый нужный момент. По этому у койота взрывался сам детонатор когда тот пытался бабахнуть птицу шашками с динамитом:


Сегодняшние китайские аналоги названия это NoName Brand или же Wun Hung-Lo Factory. :)
… но, не будем отвлекаться от темы ферритов.

Купить P4 сегодня уже напряг, но у меня ещё осталось около десятка сердечников. Конкретного даташита на материал нет, но по крупицам можно собрать необходимую информацию:
www.acme-ferrite.com.tw/en/material_p4.asp
www.acme-ferrite.com.tw/en/images/pro/p4material.pdf



На 100 кГц чуть-чуть не дотягивает, начинает сваливаться в насыщение – линейная область B-H графика у этого материала лежит достаточно низко, возможно даже ниже отметки в 300 мТ.
В принципе, какими-то фантастическими возможностями этот феррит не обладает – такой себе среднячок.
Популярность набрал сугубо из-за своей массовости и дешевизны, у нас продавался не дороже лежалых М2000НМ.

Советский М2000НМ
Запасы этого феррита наверное бесконечны. :)
Продаются в любом ларьке обеих радиорынков в Киеве, причем закупать можно чуть ли не оптовыми партиями. Большинство сердечников были изготовлены ещё в 80-е, и параметрами этот материал далеко не блещет.
Производитель даже не рекомендует применять его на частоте выше 100 кГц. Наш тест показывает следующую картину:



Как можно видеть – он вполне удовлетворительно держится и на частоте 300 кГц, но вот на 100 кГц при 4-х витках уже уходит в насыщение. Это влияет та самая низкая индукция насыщения, линейная область которой лежит ещё ниже. Однако, даже такой феррит вполне можно применять – достаточно намотать 6 витков вместо 4-х(уменьшить магнитную индукцию на 33%) и тот начнет выдавать честный прямоугольник. Вот сравнение сигналов с N87 на 4-х витках и М2000НМ при 6-ти:



На самом деле слабые параметры – это ещё не последняя проблема наших колечек. У этого феррита очень большие кристаллы, в отдельных случаях их даже видно невооруженным глазом, как те переливаются(можно было наблюдать на образцах ранних партий). Выливается это в большой разлёт параметров даже не от партии к партии, а прямо от кольца к кольцу. Я протестировал 5 колечек, и в насыщение на 100 кГц они уходили в разное время, наверное с разлётом в 10%, что очень не мало. Если гонять наш феррит на пределе возможностей то обязательно нужно проверять выходной сигнал осциллографом.

Примечательные ферромагнетики:

Большинство из них не предназначались производителем для интересуемых нами целей.
Это просто те материалы, которые мне удалось собрать по дому – однако давайте и их прогоним через стандартный тест, так сказать для расширения кругозора. :)

Распыленное железо
Наверное, любимая западня всех начинающих в силовой электронике. :)
Обычно такие кольца попадаются в желто-белом, или салатово-синем окрасе – новички принимают их за феррит и выкусывают из старых ATX блоков питания. Схемы на них естественно не запускаются, и когда человек идёт на форум – всем всё сразу понятно только по цвету колечка.
На самом деле, цветовые кода powdered iron колец предусматривают аж 13 вариантов, так что сугубо по цвету ориентироваться нельзя. Мне когда-то пападались полностью зелёные и чёрные кольца, которые тоже в итоге оказались распыленным железом и обеспечили увлекательные часы дебага. Проверить неизвестное кольцо наверняка можно только двумя способами: либо счистив краску надфилем(под ней будет блестящий металл), либо же проверив сигналы осциллографом.
В нашем тесте все 4 кольца выдают примерно похожую картину:



При 4-х витках кольцо распыленного железа сразу насыщается, т.к. основная фича этого материала – равномерно распределённые немагнитные зазоры, от чего проницаемость таких колец составляет всего 14-100 ui в зависимости от подтипа.
Ошибочно принято считать, что подобный материал годится не более чем для индукторов или фильтров синфазной помехи, глобально предназначаясь для частот сетевого диапазона 50-60 Гц.
На самом деле это заблуждение, данные колечки не представляют собой цельный кусок железа как сетевые трансформаторы – это железная пудра, которую смешивают с эпоксидкой и после заливают под давлением в форму. После схватывания получается материал с определёнными супер-способностям, а в частности:
1. Гранулы не находятся между собой в электрическом контакте, что драматически снижает нагрев этого материала от высокочастотных токов;
2. Мелкие гранулы в добавок имеют небольшие потери на перемагничивание, что позволяет распыленному железу работать на частотах вплоть до 500 кГц, а в случае отдельных материалов – до 2.5 МГц!
3. Т.к. это по прежнему железо – оно сохраняет высокую устойчиваость к магнитному полю, выдерживая вплоть до 1.6 Тесла(как у неодимовых магнитов), что очень впечатляет. Типичный магнитомягкий феррит уходит в насыщение ещё при 300 миллиТесла.

Дабы продемонстрировать работу этих колец на высоких частотах – я домотал первичку до 19-ти витков, кольцо перестало насыщаться и выдало тот самый прямоугольник 300 кГц. :)



Хотя это и работает, железо всё же сильно проигрывает ферритам если применяется как высокочастотный трансформатор. Можно заметить что на осциллограмме фронт прямоугольника более плавный нежели с ферритов, это вызвано тем что железо отфильтровывает резкий фронт тепловыми потерями(не пропускает высокочастотную составляющую прямоугольника). Железо так же имеет намного большие потери чем у феррита, прокачивая через кольцо 300 кГц на 10 нФ оно уже становится тёплым, а на тесте прожига в 30 Вт(драйв 100 нФ ёмкости) оно буквально вскипает за секунды.

Поставить железное колечко намеренно в качестве трансформатора могут только с целью снижения стоимости производства прибора, т.к. распыленное железо в разы дешевле изделий из ферритов.
Основное же направление в использовании – это намотка индукторов, и для этой цели powdered iron даже выигрывает у феррита. Из-за мощной устойчивости в 1.6 Тесла возможно мотать индукторы даже меньшего размера чем если бы они были из феррита с зазором.

Подробней ознакомиться с типами и цветовой маркировкой железных колец можно здесь:
www.coretech.com.ua/docs/coretech_iron_powder_cores_%5B2012%5D.pdf

Ш-образный феррит от импульсного блока питания
Казалось бы, большинство таких питальников работают на частоте 60-300 кГц, и ферриты от них вполне должны работать в качестве GDT… Однако, картина на осциллографе говорит об обратном, сигнал с него 1 в 1 как с железа. :)



На самом деле феррит здесь такой как нужно, эффект на осциллограмме вызван наличием зазора в магнитопроводе(по центру), что в десятки раз повысило магнитное сопротивление контура.
Получается так потому, что воздух и даже вакуум тоже имеют некоторую магнитную проницаемость – итого зазор не обрывает магнитный контур, а встраивается в него, изменяя параметры.
Кстати, проницаемость пустого пространства μ0 – это одна из фундаментальных констант нашей вселенной и составляет она 0.0000012566370614 H/m, или же 1 μi.

Здесь много текста относительно зазоров в сердечниках:
Для удобства расчётов трансформатора на сердечнике с зазором придумали такую штуку как эквивалентная проницаемость μe – кольцо воспринимается как сделанное из менее проницаемого материала, чтобы при том же сечении и длине магнитопровода получалось такое же магнитное сопротивление.
К примеру, если бы наш Ш-образный сердечник не имел зазора, но был сделан из материала с проницаемостью 75 ui – это 100% эквивалентно такому же сердечнику с проницаемостью 2200 ui, но с зазором 0.2 мм.
Исключив зазор такой хитростью – μe можно забивать в стандартную формулу обмоток для сердечника без зазора.

Кстати, у рассматриваемого ранее распыленного железа тоже проницаемость сугубо эквивалентная.
Чистое железо имеет проницаемость 500 μi, но дабы не иметь проблем с расчётом миллиона микроскопических зазоров в виде эпоксидки – материал сразу позиционируют как 75 μe.

Да, относительно феррита с зазором и распыленного железа может возникнуть вопрос:
Если эти сердечники выдерживают больший ток через первичку перед насыщением – почему тогда он сразу уходит в насыщение на осциллограммах?
Ответ прост – от проницаемости зависит то сколько индуктивности нам даёт каждый виток в первичке.
Если 4 витка вокруг 20x10x6 колечка N87(2200 ui) дают нам 30 мкГн, то такая же обмотка на кольце распыленного железа(75 ui) дадут нам всего 0.9 мкГн. Приложенный прямоугольник на такую первичку быстро взлетает по току и насыщает кольцо.

Дабы получить 30 мкГн например на пыльном железе(75 μe) – нам понадобится аж 133 витка… Но у железа есть фича – 1.6 Тесла индукция насыщения – именно на железе можно намотать в 5 раз меньше витков и железное колечко не будет насыщаться.
По этому в разделе про распыленное железо получилось выжать какой-никакой сигнал всего при 19-ти витках.

Феррит с зазором же – по прежнему выдерживает всего 300 мТ, так что ему 133 витка обязательны.
В чём же тогда смысл добавлять зазор ферриту?
«Зазорные» сердечники в основном используют для преобразователей в топологии flyback(обратоходовый преобразователь). Они работают по другому принципу нежели прямоходовые преобразователи(в т.ч. и GDT) – и зазор там нужен дабы пропуская большой ток через первичку запасать энергию в индуктивности.
Подробно flyback топологию в этой статье мы рассматривать не будем т.к. это займет не менее ещё одной статьи.

Достаточно сказать что ферритовые сердечники с зазором нет смысла использовать для forward преобразователей – вам просто придётся наматывать 100+ витков дабы скомпенсировать низкую проницаемость, вместо нескольких витков при замкнутом контуре.

Ферритовая бусина с USB кабеля
Достаточно большим сюрпризом оказались фильтры для кабелей, которые казалось бы – одна из самых бесполезных штуковин в электронике. Всё, что они делают на кабелях – это гасят небольшую толику излучения, которая проскакивает во время общения по USB шине. Фильтры были навязаны законом об EMC-совместимости, но на практике ничего не решающем т.к. эфир давно промышленно глушится миллионом дешевых китайских импульсных БП. С любого кабеля можно этот фильтр снять без последствий, а многие китайские кабеля и вообще производятся без него.

В любом случае, оказалось что феррит этих бусин просто идеально подходит на роль GDT!
В достаточно широком диапазоне 80-400 кГц он выдаёт идеальный прямоугольник при 4-х витках, и не греется даже если пропускать сквозь него 30 Вт в CW. Почему так, ведь по идее данный феррит должен обладать большими потерями? А просто, эти потери возникают только начиная с сотен МГц, т.к. даже стандартный полезный сигнал USB 2.0 это 12 МГц.
Для низкочастотного трансформатора это замечательное кольцо – т.ч. можно начинать курочить старые USB кабеля. :)



Думаю особенно пригодится начинающим, у кого возникают проблемы с поиском ферритовых колец хороших марок. Старые кабеля есть практически в каждом доме по целой связке.

Всего было протестировано 3 больших бусин и 1 мелкая, причем мелкая была снята уже с аудиокабеля – совершенно не понимаю что она там делала. Все 4 бусины прошли тест на отлично.

Стоит правда подметить, что годятся только литые бусины. Разборные и защёлкивающиеся хоть и сделаны из того же феррита – они часто не смыкаются до конца, образуя крохотный зазор как на Ш-образном феррите.
Помехи такая бусина наверняка будет глушить не менее эффективно, а вот проводить сигнал уже будет фигово.

П-образные ферриты от синфазных фильтров
Эо ещё одно место, где повседневно можно встретить ферритовый сердечник.
Подобные фильтры ставят на сетевом входе импульсных блоков питания, где они отделяют высокочастотный шум генерации от проникновения обратно в сеть.
1. Первым на нашем тесте феррит от фильтра серии SU16VD от Kemet. От него удалось найти весьма адекватный даташит, однако упоминаются в нём лишь данные о помехоподавлении и ни капли о ферромагнетике который юзается:
content.kemet.com/datasheets/KEM_LF0021_SU16VD.pdf



Не смотря на то что там не имеется никаких зазоров – сердечник достаточно быстро уходит в насыщение.
Похоже, что это материал NiZn(никель-цинк), проницаемость которых обычно в районе 800 μi.
Такие ферриты обычно расчитаны на работу от 1 МГц и выше.

2. Этот сердечник был вытащен из фильтра японского блока питания 80-х годов, по всей видимости от древнего VHS видеомагнитофона. Он, в отличии от предыдущего выдаёт абсолютно адекватную форму сигнала при стандартном тесте, т.е. сделан из какой-то марки MnZn ферритов:



В итоге, всё что можно сказать о сердечниках из фильтров – это то что они могут попасться из самых разных материалов, что не удивительно, ведь от этого зависит полоса подавления.
Если и вытаскивать такие сердечники, то их стоит обязательно проверять.

Подведем итоги

Сказать по правде – я был весьма удивлен тем насколько схоже ведут себя мягкие ферриты.
На рынке доступно огромное количество материалов от самых разных производителей, материалы производятся по разным технологиям, имеют разный химический состав, и им даже даются брендовые имена…
Когда-то прямо были баталии на форумах, где народ спорил относительно марок одного и того же феррита MnZn: одни хаяли отечественную марку М2000НМ, мол та плохая и не годится никуда, а другие рядом обожествляли импортный Epcos N87. :)
На практике же оказалось проще — все мягкие ферромагнетики работают примерно одинаково.

Нет, конечно среди них есть различия: отличается амплитуда намагничивания, у них разная проницаемость, разные потери на перемагничивание, потери от токов Фуко и т.д… Учтя все параметры материала можно подобрать такой, который будет более оптимален в определённых условиях – например на частоте 5 кГц, 100 кГц, 500 кГц, или 2 МГц. Но в конечном итоге все эти материалы работают через одни и те же принципы электромагнетизма, и более того работают в широких диапазонах, очень хорошо перекрывая друг друга по возможностям.
Главное оказалось – это всегда правильно посчитать обмотку дабы избежать насыщения.

P.S. Статейка получилась просто ужасно раздутой, так что кто дочитал – молодцы. :)
Если у кого есть замечания или вопросы относительно материала – буду рад зачитать ваши комментарии.
Так же мне вседа можно написать на почту: eugene.negrobov@gmail.com

8 комментариев

avatar
Хорошая статья. Думаю будет полезно начинающим или тем у кого дефицит магазинов. Да и для общего ознакомления очень интересно почитать. Результат с ферритом от проводов удивил =)
Комментарий отредактирован 2019-08-18 21:59:37 пользователем Feros
avatar
Мне бы самому пригодилась такая статейка, когда только начинал в 2011-м. :)
Кстати, на то время уже была статья от Сергея – думаю будет актуально и на неё выложить ссылочку:
bsvi.ru/raschet-i-primenenie-gdt/ (есть инфа про индуктивность рассеяния, о которой я не упомянул)

P.S. Вообще, по секрету – сверху на днях появилась кнопочка «Топ Статьи», куда я хочу собрать самые полезные статейки с обеих сайтов. На bsvi.ru сегодня уже мало кто заходит т.к. сайт давно перестал обновляться, а на TQFP оказалась достаточно дуратская система с лентой, где все статейки оказавшиеся на странице 2+ по сути оказываются утерянными из виду.
Хочу это дело поправить – за года тут действительно была накоплена куча топовой инфы. :)
avatar
Именно по этой статье я и делал ГДТ давным давно =)
avatar
Зарегистрировался, что бы сказать спасибо за статью! Очень информативно, кое-что теперь понятнее стало!
avatar
Why, you're welcome young lad!

P.S. Что-то, пролистав её снова – нашел просто кучу орфографических ошибок, видимо уже закипал мозг на момент публикации. Надо пофиксить лажу. :)

Edit: Нашел и исправил около 30-ти слов с ошибками.
Может кому пригодится – удобная страничку с онлайн-проверкой орфографии:
advego.com/text/
Комментарий отредактирован 2019-08-19 16:29:24 пользователем iEugene0x7CA
avatar
Есть ещё такие страшные слова как альсифер и Мо-пермаллой. Их надо тоже классифицировать.
avatar
Да, есть и такие материалы. :)
Альсифер кстати есть в статейке – чёрное колечко CS229075, в разделе распыленного железа.
Оно не показало себя с какой-то фантастической стороны, проницаемость у него судя по даташиту – 75 μi, насыщается при 1 Тесла… Соответственно, оно и вело оно себя примерно как другие железки.
Отличительная фича альсифера – это меньшие потери, в 4 раза ниже чем у распыленного железа.
Т.е. оно уже может кое как использоваться на частоте под 100 кГц.
О, ещё у этого материала очень низкая магнитострикция, так что намотанные на нём трансформаторы будут меньше пищать. :)

Вообще, из статейки было вырезано немало материала. Я хотел отписать в т.ч. и об экзотических ферромагнетиках с большой проницаемостью, а так же стоит ли за таковой гоняться.
Даже было закуплено и проверено кольцо с 10,000 μi, из китайского материала H10K.
Возможно стоит дописать этот материал, но на момент публикации статейка уже казалась настолько большой, что её просто никто не будет читать. xD
avatar
Неплохая статья. Я бы добавил что:
1) Флайбэк — вообще совсем не трансформатор по принципу работы. Больше похоже на катушку зажигания, 2 катушки индуктивности на 1 сердечнике. Требования к сердечнику там совсем другие — должен запасать энергию, а не передавать на прямом ходе. Без зазора энергии запасается мало. Зазор уменьшает индуктивность на виток, но сильно увеличивает напряженность ухода в насыщение. Так что если ну очень уж хочется сделать из именно из этого, именно трансформатор, придется домотать витков, как с железными колечками. С отличием в том что это все-таки феррит, поэтому потери и все такое будут типичными для феррита. Если автору не лениво — гляньте такой вариант? :)
2) Если что, N87 имеет смысл сравнивать с PC44. PC40 это если не ошибаюсь более старый феррит, несколько хуже по почти всем параметрам.
3) Насыщение и потери в феррите зависят от температуры (феррита). Минимум потерь у типичных ферритов подобных чему-то типа N87/PC44 и т.п. — в районе 80… 130 градусов (зависит от конкретики и приоритетов компоновки формулы феррита). Так что «кипит» — относительное понятие. Для ИИП трансформатор шпаряший на 90 градусах может быть «так и задумано». При нагреве у феррита в общем случае снижается гистерезис. До известного порога. Есть формулы ферритов, оптимизированные на работу с низкой темературой, у них минимум будет градусах на 50-60, например. Но они относительно экзотичные. Хотя если сильно хочется — найти можно.

А так есть например вот такая табличка соответствия www.r3tec-deutschland.de/fileadmin/1_r3tec/6_partner/FERRIWO/Cross_ref_Material.pdf — у этих узкоглазых она относительно правдоподобная вроде бы. Хотя стоит понимать что и там есть немного вольностей, соответствия приблизительные.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.