بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله به بررسی روشهای بهبود مشخصات الکترومغناطیسی و کاهش تلفات هستههای فریت مورد استفاده در منابع تغذیهی سوئیچینگ و مبدلهای الکترونیک قدرت پرداخته شده. در این بین روشهای تولید نانو ساختارها بروشهای سنتی و مدرن مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها تاثیر افزودن اکسید فلزات و همچنین روش افزودن آنها به هسته، جهت رسیدن به بهترین نتایج مورد تحلیل قرار گرفته است.
- 1 مقدمه
فریتهای - MZF - Mn-Zn در وسایل الکترونیکی مدرن از قبیل منابع تغذیهی سوئیچینگ - SMPS - ، مبدلهای الکترونیک قدرت، فیلترهای EMI، مدارات انتقال داده و تجهیزات پزشکی کاربرد فراوانی دارد .[1-4] مادهی فریت Mn-Zn به عنوان هسته ترانس در منابع تغذیهی سوئیچینگ - SMPS - مورد استفاده است، لذا بایستی دارای چگالی اشباع مغناطیسی - Bs - زیاد، نفوذپذیری مغناطیسی - Mi - بالا و تلفات هستهی - PL - کم باشند. ویژگیهای مذکور بطور قطع بوسیلهی ترکیبات اصلی تشکیل دهندهی فریت، وزن موادی که در فرآیند تغلیظ به آن افزوده میشود مانند: CaO, SiO2, SnO2, TiO و شرایط تهنشینی در ساخت ماده، وابسته است .[3]
در کاربردهای بالاتر از 2MHz، هستههای فریت Mn-Zn به طور وسیع به دلیل دارا بودن نفوذپذیری مغناطیسی بالا و تلفات هستهای کم که به روش Ceramic route ساخته میشوند، استفاده میشوند .[5-8] اما با پیشرفت صنایع و ادوات الکترونیکی نیاز به اصلاح هستههای فریت در جهت کاهش بیشتر تلفات هسته مورد نیاز است. مشکل تلفات هسته مذکور در فرکانس بالاتر از 500 KHz بیشتر میشود .[6] در کل تلفات هسته را میتوان به سه مؤلفهی ،تلفات هیسترزیس - ph - ، تلفات جریان فوکو - - pe و تلفات ته ماند - pr - اشاره کرد. هر یک از این تلفات وابسته به حرارت میباشند.
-2 تکنیک اندازه گیری
جهت اندازهگیری نفوذپذیری مغناطیسی و بررسی روی تلفات، هسته تحت آزمایش B-H و با استفاده از منحنی شدت میدان H به چگالی میدان B قرار گرفته است.
-3 وابستگی حرارتی تلفات هسته
همانطور که میدانید، تلفات هسته جمع سه مولفهی تلفات هیسترزیس - Ph - ، تلفات جریان فوکو - Pe - و تلفات تهماند - Pr - میباشد، که در فرکانسهای کم میتوان از Pr صرفنظر کرد.
-4جایگزینی اکسید عناصر درون فریت Mn-Zn
همانطور که ذکر شد جایگزینی اکسید فلزات در فریت Mn-Zn میتواند در بهبود مشخصات الکترومغناطیسی و تلفات هسته موثر واقع شود. از جملهی این اکسیدها میتوان به SnOn، CaO، ZrOz و... اشاره کرد که در این مقاله تاثیر هریک از این اکسیدها را به فریت مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
: 1-4 نفوذ SnOz به فریت
فریت Mn0.698-x Zn0.236 Snx Fe2.066 O4 با مقادیر - x = 0 , 0.002 , 0.004 , 0.006 - مورد آزمایش قرار گرفته است.
: 1-1-4 تاثیر بر روی نفوذ پذیری مغناطیسی
شکل2 ، نتایج حاصل از بررسیهای انجام شده روی وابستگی حرارتی نفوذ پذیری مغناطیسی Mi هسته نشان داده شده است. در این شکل دو نقطه پیک به ترتیب تحت دمای 210oC و 100oCوجود دارد که با افزایش میزان Sn نفوذ داده شده ، دمای نقطه پیک دوم با افزایش دما به سمت دماهای کمتر حرکت میکند. اما این تاثیر بر روی نقطهی پیک اول کمتر میباشد. نفوذ پذیری مغناطیسی هسته از فرمول زیر تبعیت میکند .[3]
Ms ضریب اشباع مغناطیس کننده ،K ثابت ناهمسانگردی کریستال مغناطیسی V ضریب تغییر شکل در اثر میدان مغناطیسی، فشار درونی، میزان نا خالصی افزوده شده، ضخامت دیوارهی حوزه و d ضخامت و قطر ناخالصی می باشد. جهت دستیابی به نفوذپذیری مغناطیسی بالا، بایستی ثابت k1 و V را کاهش و در عوض Ms را افزایش دهیم. کلیهی این پارامترها در ارتباط با حرارت میباشند .[3] تغییرات ضریب k1 نسبت به حرارت خیلی بیشتر از تغییرات Ms2 بر حسب حرارت می باشد، لذا مهمترین فاکتور تعیین کننده در وابستگی نفوذپذیری مغناطیسی L بر حسب حرارت، ضریب k1 میباشد.
شکل 4 و 5 به ترتیب منحنیهای وابستگی حرارتی تلفات پسماند - Ph - و تلفات جریان فوکو - Pe - را نمایش میدهد. همانطور که از این شکل برداشت میشود، افزایش در میزان SnOz درون فریت Mn-Zn منجر به حرکت حداقل مقدار تابع تلفات- حرارت به سمت دماهای کمتر میباشد. تا به حال بسیار در مورد انتقال به دمای کمتر بحث شد، دلیل این امر این است که کارکرد دستگاهها و مدارات الکتریکی تحت دمای اتاق و در دماهای معمولی میباشد و انتقال نقاط مفید توابع تلفات حرارت و همچنین نفوذ پذیری- حرارت به دماهای کم، همان هدف نهایی در این مقاله میباشد.
