הלב של השנאי: מדוע ליבות פריט מנצחות בתדירות גבוהה

הקדמה - מהי "הליבה" ולמה צריך לדאוג לך?

אם שנאי הוא מכשיר המעביר אנרגיה חשמלית ממעגל אחד למשנהו באמצעות מגנטיות, הליבה היא הכביש המהיר הבלתי נראה בו האנרגיה נעה. מתחילים יכולים לדמיין את זה כך: חוטי הנחושת הם שתי שכונות נפרדות, והליבה היא הגשר שמאפשר לכוח לחצות ביניהם מבלי שהשכונות ייגעו לעולם. בחר את חומר הגשר הלא נכון והאנרגיה מתחממת יתר על המידה, דולפת או פשוט לא יכולה לזרום מהר מספיק.

בשנאי אלקטרוני (מצב מתג), הגשר הזה הוא כמעט תמיד פריט - תערובת דמוית קרמיקה של תחמוצת ברזל עם מנגן, אבץ או ניקל. אבל למה פריט, ולא ברזל רגיל?

עיקרון וסוגים - חומרים וצורות

תפקידה של ליבה מגנטית הוא לרכז שטף מגנטי תוך בזבוז של כמה שפחות אנרגיה. שני מספרים קובעים הכל:

• צפיפות שטף הרוויה (Bs): ה"עומס" המגנטי המרבי שהחומר יכול לשאת לפני שהוא מפסיק להתנהג כמו מגנט. Bs גבוה יותר פירושו ליבה קטנה יותר עבור אותו הספק.
• אובדן ליבה (Pv): כוח הופך לחום כאשר השדה המגנטי מתהפך קדימה ואחורה. הוא מטפס בתלילות בתדירות.

לפי גיליון הנתונים N95 מנגן-אבץ (MnZn) פריט של TDK, חומר זה מציע חדירות ראשונית של μi ≈ 3000, שטף רוויה של 525 mT ב-25 מעלות צלזיוס, ואובדן ליבה של כ-425 קילוואט/מ"ר בטווח של 100 קילו-הרץ / תדר אופטימלי של 100 קילו-הרץ / תדר אופטימלי. 25-500 קילו-הרץ. מכיוון שפריט הוא קרמיקה עם התנגדות חשמלית גבוהה מאוד (TDK מציג ρ ≈ 6 Ω·m), הפסדי זרם מערבולת נשארים זעירים אפילו ב-100 קילו-הרץ - בדיוק הסיבה לכך שהוא מנצח את ליבות המתכת בתדר גבוה.

חומרים אחרים מחליפים תכונה אחת באחרת: ליבות אבקת ברזל ו-Sendust מגיעות ל-Bs של בערך 1000–1400 mT (מצוין להטיית DC) אך מאבדות יותר בתדירות גבוהה; ליבות ננו-גבישיות מגיעות ל-Bs ≈ 1200-1300 mT אך עולות פי כמה.

ליבות מגיעות גם בצורות. "סוס העבודה" EE/EI קל לרוח וזול. הטורואיד הוא לולאה סגורה עם הדליפה הנמוכה ביותר ו-EMI, אך קשה לרוחב. ליבת הסיר RM/PQ מוגנת ופולטת מעט EMI. הליבה המישורית שטוחה ומותקנת PCB, אידיאלית לייצור המוני.

דוגמה ליישום - מטען למחשב נייד 65 וואט

פתחו מטען USB-C מודרני של 65 וולט וסביר להניח שתמצאו מיתוג ליבת MnZn פריט EE קטן ליד 100 קילו-הרץ. בתדירות זו הליבה יכולה להיות בגודל של תמונות ממוזערות. החליפו את הפריט בליבת פלדת סיליקון של 50/60 הרץ בעלת עוצמה שווה והשנאי יבלון לגודל של אגרוף - התדר הנמוך דורש הרבה יותר ברזל.

טעות נפוצה / עובדה מהנה