การใช้วัสดุแกนโช้คโหมดร่วม: นาโนคริสตัลไลน์กับเฟอร์ไรต์

Common Mode Choke คืออะไร?

1. คำจำกัดความทางวิชาชีพ

โช้คโหมดทั่วไปหรือที่เรียกว่าตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปเป็นส่วนประกอบแม่เหล็กแบบพาสซีฟที่ยับยั้งการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) แบบสองทิศทาง มันถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดสองชุดที่มีการหมุนเหมือนกันและมีทิศทางการพันที่เหมือนกันซึ่งพันกันอย่างสมมาตรบนแกนแม่เหล็กเดียวกัน

2. ความเข้าใจธรรมดา

ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อกรองสัญญาณรบกวน-โหมดรบกวนทั่วไปในวงจร ขณะเดียวกันก็ปล่อยให้กระแสที่มีประโยชน์ในโหมดดิฟเฟอเรนเชียลปกติ-ผ่านไปได้อย่างราบรื่น โดยทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบหลักสำหรับการป้องกัน-สัญญาณรบกวนและป้องกัน-รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟและสายวงจร

3. หลักการทำงานหลัก

(1) สัญญาณโหมดดิฟเฟอเรนเชียล- (กระแสไฟทำงานปกติ)

กระแสไหลในทิศทางตรงกันข้ามในขดลวดทั้งสองชุด และสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะหักล้างกัน ตัวเหนี่ยวนำมีขนาดเล็กมาก ทำให้แทบไม่มีความต้านทานต่อกระแสปกติเลย

(2) สัญญาณโหมดร่วม- (สัญญาณรบกวน/สัญญาณรบกวนแบบคงที่)

กระแสรบกวนจะไหลไปในทิศทางเดียวกันในขดลวดทั้งสอง สนามแม่เหล็กซ้อนทับกันเพื่อสร้างรีแอกแตนซ์สูง ซึ่งจะบล็อกและระงับการรบกวนในโหมด-ทั่วไป

4. ฟังก์ชั่นหลัก

• ระงับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าโหมดทั่วไป-ในสาย
• ป้องกันการรั่วไหลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าภายในของอุปกรณ์ (สำหรับการปฏิบัติตาม EMC)
• ต้านทานการรบกวนจากภายนอกจากโครงข่ายไฟฟ้าและสายไฟจากการเข้าสู่อุปกรณ์
• ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการกรอง ลดเสียงรบกวน ป้องกันฟ้าผ่า และป้องกัน-ไฟฟ้าสถิต

5. วัสดุหลักทั่วไป

1. นาโนคริสตัลไลน์
2. MnZn เฟอร์ไรต์

6. สถานการณ์การใช้งาน

1. เครื่องใช้ไฟฟ้า
2. ยานพาหนะพลังงานใหม่
3. การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และพลังงาน
4. อุปกรณ์สื่อสารและเครือข่าย
5. อุปกรณ์การแพทย์
6. การบินและอวกาศ

และสาขาอุตสาหกรรมอื่นๆ

 

ความแตกต่างระหว่างวัสดุแกนแม่เหล็ก

1. MnZn เฟอร์ไรต์

ข้อดี

ความต้านทานสูง การสูญเสียต่ำที่ความถี่สูง MHz และผลการปราบปรามที่ยอดเยี่ยมสำหรับสัญญาณรบกวนความถี่สูง-

ข้อเสีย

ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กอิ่มตัวต่ำ (Bs) ประมาณ 0.3–0.5T แกนกลางอิ่มตัวได้ง่ายภายใต้กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไป ส่งผลให้ค่าความเหนี่ยวนำลดลงอย่างรวดเร็วและสูญเสียประสิทธิภาพของแม่เหล็ก ความสามารถในการซึมผ่านค่อนข้างต่ำ โดยความสามารถในการซึมผ่านเริ่มต้นเพียงประมาณ 1,000–10,000 μi

2. นาโนคริสตัลไลน์

ข้อดี

ความสามารถในการซึมผ่านเริ่มต้นสูงพิเศษ- สูงถึงประมาณ 80,000 μi; ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กอิ่มตัวสูง (Bs) ที่ประมาณ 1.25T ซึ่งมากกว่าเฟอร์ไรต์หลายเท่า มันรักษาความสามารถในการซึมผ่านสูงที่ความถี่สูงโดยมีค่า coercivity และการสูญเสียแกนที่ต่ำมาก

ข้อเสีย

ความต้านทานค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับเฟอร์ไรต์

 

3. ลักษณะสำคัญของนาโนคริสตัลไลน์

1) การซึมผ่านเริ่มต้นสูง

ความสามารถในการซึมผ่านเริ่มต้นของผลึกนาโนคริสตัลไลน์สูงถึง 80,000 ซึ่งสูงกว่าเฟอร์ไรต์มาก (1,000–10,000) ความสามารถในการซึมผ่านสูงหมายความว่าต้องใช้ขดลวดน้อยลงในการเหนี่ยวนำเดียวกัน และช่วยลดสัญญาณรบกวนในโหมด-ความถี่สูงทั่วไป-ได้ดีกว่า

2). ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กอิ่มตัวสูง

ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (Bs) ที่มีความอิ่มตัวของนาโนคริสตัลไลน์มีค่าประมาณ 1.25T ซึ่งสูงกว่าเฟอร์ไรต์หลายเท่า สามารถทนต่อกระแสสูงและสัญญาณรบกวนที่รุนแรงโดยไม่ทำให้อิ่มตัวได้ง่าย โดยยังคงรักษาประสิทธิภาพของแม่เหล็กและอิมพีแดนซ์ที่ความถี่สูงให้เสถียร

3). ความถี่กว้างและการสูญเสียต่ำ

นาโนคริสตัลไลน์มีการสูญเสียต่ำในช่วง 20kHz–1MHz ซึ่งระงับสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไป-ในย่านความถี่กว้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ และตรงตามข้อกำหนดในการกรองในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน

4) ความคงตัวของอุณหภูมิที่ดีเยี่ยม

อุณหภูมิคูรีของนาโนคริสตัลไลน์อยู่ที่ประมาณ 570 องศา ภายในช่วงอุณหภูมิ -40 องศาถึง 150 องศา อัตราการเปลี่ยนแปลงของประสิทธิภาพแม่เหล็กจะน้อยกว่า 10% โดยมีการเปลี่ยนแปลงเกือบเชิงเส้น ในทางตรงกันข้าม อุณหภูมิคูรีของเฟอร์ไรต์ต่ำกว่า 300 องศา นาโนคริสตัลไลน์แสดงความคงตัวของอุณหภูมิได้ดีกว่ามาก

5). ลักษณะความถี่ที่ยืดหยุ่น

ด้วยการปรับกระบวนการบำบัดความร้อน แกนนาโนคริสตัลไลน์จึงสามารถบรรลุลักษณะความถี่ที่กำหนดเองได้ การจับคู่กับการหมุนคอยล์ที่เหมาะสมสามารถตอบสนองความต้องการการกรองของคลื่นความถี่ที่แตกต่างกัน

6). ข้อดีขนาดและน้ำหนัก

ปริมาตรและน้ำหนักของแกนนาโนคริสตัลไลน์มักจะลดลง 50%–75% เมื่อเทียบกับเฟอร์ไรต์ สามารถลดขนาดของส่วนประกอบแม่เหล็กได้อย่างมาก และปรับปรุงการรวมระบบในพื้นที่-แอปพลิเคชันที่มีจำกัด

 

4. ตารางเปรียบเทียบพารามิเตอร์หลักที่แม่นยำ

พารามิเตอร์	นาโนคริสตัลไลน์	MnZn เฟอร์ไรต์ (เกรด PC40/PC95)	หมายเหตุ
ความอิ่มตัวของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก Bs	1.2–1.5 T	0.35–0.5 T	นาโนคริสตัลไลน์สูงกว่าประมาณ 3 เท่า ป้องกัน-ความอิ่มตัวและการย่อขนาดได้ดีขึ้น
ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กตกค้าง Br	0.7–0.85 T	0.06–0.15 T	เฟอร์ไรต์ MnZn มีคุณสมบัติคงสภาพต่ำ
การบีบบังคับ Hc	0.8–1.5 A/m	4–12 A/m	นาโนคริสตัลไลน์มีค่า coercivity ต่ำกว่าและการสูญเสียฮิสเทรีซีสน้อยกว่า
ความสามารถในการซึมผ่านเริ่มต้น μi	15,000–100,000+	2,000–15,000	นาโนคริสตัลไลน์ที่มีการซึมผ่านสูงกว่า การปราบปรามโหมดทั่วไปที่แข็งแกร่ง
การซึมผ่านที่มีประสิทธิภาพ μe @ 100kHz	16,000–26,000	5,000–7,000	ความต้านทานที่สูงขึ้นของนาโนคริสตัลไลน์ที่ความถี่เดียวกัน
อุณหภูมิกูรี Tc	550–580 องศา	180–220 องศา	นาโนคริสตัลไลน์มีความคงตัวที่อุณหภูมิสูงอย่างดีเยี่ยม
ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน	-50 องศา ~ +180 องศา	-40 องศา ~ +125 องศา	นาโนคริสตัลไลน์เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนสูง
ช่วงความถี่ที่ใช้งานได้	DC–1 MHz (เหมาะสมที่สุด: 10kHz–500kHz)	1kHz–100MHz (เหมาะสมที่สุด: 20kHz–2MHz)	นาโนคริสตัลไลน์ดีกว่าที่ความถี่ต่ำและปานกลาง เฟอร์ไรต์ดีกว่า 2MHz
การสูญเสียคอร์ Pcv @100kHz, 0.2T	50–150 กิโลวัตต์/ลบ.ม	250–400 กิโลวัตต์/ลบ.ม	นาโนคริสตัลไลน์มีการสูญเสียน้อยกว่าและมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นต่ำกว่า
ความต้านทาน ρ	≈1.3×10⁻⁶ Ω·m	≈1–10 Ω·m	เฟอร์ไรต์ MnZn มีการสูญเสียกระแสไหลวนต่ำตามธรรมชาติ
ความต้านทานอคติ DC	ยอดเยี่ยม	เฉลี่ย	นาโนคริสตัลไลน์ทนทานต่อกระแสไบแอส DC ที่สูงกว่ามาก
สมบัติทางกล	ริบบิ้นพันแผล มีความเหนียวและต้านทานแรงสั่นสะเทือนได้ดี	เซรามิกเผา เปราะและแตกง่าย	Nanocrystalline ทนต่อแรงกระแทกและแรงสั่นสะเทือนได้ดีกว่า
ค่าใช้จ่าย	ค่อนข้างสูง	ต้นทุนต่ำและกระบวนการที่ครบกำหนด	เฟอร์ไรต์ MnZn สำหรับการใช้งานที่มีต้นทุนต่ำ-

 

5. สรุป

เฟอร์ไรต์ MnZn มีต้นทุนต่ำและมีความต้านทานความถี่สูง-สูง เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ละเอียดอ่อนด้านต้นทุน-และความต้องการด้านประสิทธิภาพทั่วไป

ด้วยข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่ครอบคลุม นาโนคริสตัลไลน์จึงเหมาะสมกว่าสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่ซับซ้อนซึ่งต้องการกระแสไฟฟ้าสูง ความถี่สูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และพื้นที่การติดตั้งที่จำกัด เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่ การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การควบคุมทางอุตสาหกรรมระดับสูง- ฯลฯ นี่คือเหตุผลหลักว่าทำไมนาโนคริสตัลไลน์จึงค่อยๆ เข้ามาแทนที่เฟอร์ไรต์ MnZn และขยายส่วนแบ่งการตลาดในโหมดโช้คทั่วไป

อุตสาหกรรมต้องการโช้คโหมดทั่วไปที่มีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าและประสิทธิภาพสูงกว่า และนาโนคริสตัลไลน์ก็เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย