Im Herzen von Hochfrequenzschaltungen stehen die unbesungenen Helden - Induktivitäten und Transformatoren - deren Leistungsengpässe sich in ihren kleinen Weichferritkernen verbergen können. Der Schlüssel zur Erschließung des vollen Potenzials einer Schaltung liegt in der genauen Bewertung der kritischen elektromagnetischen Eigenschaften dieser Kerne.

Dieser Artikel untersucht die Messmethoden für die elektromagnetischen Eigenschaften von Weichferritkernen und liefert entscheidende Erkenntnisse zur Optimierung der Kernleistung in Hochfrequenzanwendungen. Basierend auf wertvollen Forschungsergebnissen, die auf der Konferenz über elektrische und elektronische Isolierung und elektrische Fertigung & Spulenwicklung 1995 vorgestellt wurden, präsentieren wir einen erweiterten und praktischen Leitfaden zu diesen wesentlichen Techniken.

Weichferrite sind keramische elektromagnetische Materialien, die sich durch ihre "weichen" magnetischen Eigenschaften auszeichnen, was bedeutet, dass sie leicht magnetisiert und entmagnetisiert werden können. Diese Eigenschaft macht sie für Hochfrequenzanwendungen besonders geeignet. Diese Materialien dienen als Kernkomponenten in Induktivitäten und Transformatoren, wo sie mit Draht gewickelt oder um Spulen herum angeordnet werden, um kritische Schaltungselemente zu bilden. Die Leistung des Kerns wirkt sich direkt auf die Effizienz, Stabilität und Gesamtfunktionalität der Schaltung aus.

Um das Potenzial von Weichferriten voll auszuschöpfen, müssen Ingenieure ihre wichtigsten elektromagnetischen Eigenschaften präzise messen und berechnen:

• Induktivität: Dies misst die Energiespeicherkapazität eines Kerns. Typischerweise mit Induktivitätsmessgeräten oder Impedanzanalysatoren gemessen, erfordern genaue Induktivitätswerte die Berücksichtigung von Kerngeometrie, Windungszahl und Materialeigenschaften. Präzise Induktivitätsmessungen sind für die Entwicklung von Hochleistungsinduktivitäten und Transformatoren unerlässlich.
• Hysteresekurven: Diese Diagramme veranschaulichen die Beziehung zwischen der Magnetisierung eines Kerns und dem angelegten Magnetfeld. Durch die Analyse von Hysteresekurven können Ingenieure die Hystereseverluste und die Koerzitivfeldstärke des Kerns bewerten. Hystereseverluste stellen eine primäre Quelle für Energieverluste dar, insbesondere in Hochfrequenzanwendungen, während die Koerzitivfeldstärke den Widerstand eines Kerns gegen Entmagnetisierung angibt. Für diese Messungen werden spezielle Hysteresegraphentester verwendet.
• Impedanz: Die Impedanz stellt den Widerstand eines Kerns gegen Wechselstrom dar (einschließlich Widerstand und Reaktanz). Impedanzeigenschaften werden über Frequenzen mit Impedanzanalysatoren gemessen. Diese Messungen sind entscheidend für die Bewertung der Hochfrequenzleistung und die Optimierung des Frequenzgangs und der Impedanzanpassung der Schaltung.

Eine genaue Bewertung von Weichferritkernen erfordert geeignete Geräte und präzise Berechnungen:

• Induktivitätsmessung: Mit LCR-Messgeräten oder Impedanzanalysatoren berechnen Ingenieure die Induktivitätswerte basierend auf Kerndimensionen und Wicklungsparametern, unter Berücksichtigung von Faktoren wie Permeabilität, Windungszahl und magnetischer Pfadlänge.
• Hysteresekurvenmessung: Spezielle Tester legen variierende Magnetfelder an und messen gleichzeitig die Kernmagnetisierung, um Hysteresekurven zu erstellen. Die Form und die eingeschlossene Fläche der Kurven zeigen Hystereseverluste und Koerzitivfeldstärke.
• Impedanzmessung: Impedanzanalysatoren messen die Kernimpedanz über Frequenzen, um Impedanzspektren zu erstellen. Die Analyse der spektralen Eigenschaften und Resonanzfrequenzen ermöglicht die Bewertung der Hochfrequenzleistung.

Daten zu elektromagnetischen Eigenschaften ermöglichen optimierte Schaltungsdesigns. Beispielsweise verbessert die Auswahl von Kernen mit geringeren Hystereseverlusten die Schaltungseffizienz, während die Anpassung der Wicklungsparameter die Induktivität und Impedanzanpassung optimiert. Simulationssoftware kann auch Schaltungen basierend auf Kerneigenschaften modellieren, um die Leistung vorherzusagen.

Die präzise Messung der elektromagnetischen Eigenschaften von Weichferritkernen ist grundlegend für die Entwicklung von Hochleistungs-Hochfrequenzschaltungen. Durch die Beherrschung von Induktivitäts-, Hysteresen- und Impedanzmesstechniken - kombiniert mit geeigneten Formeln und Geräten - können Ingenieure die Kernleistung besser verstehen, Designs optimieren und die Gesamtsystemeffizienz und -zuverlässigkeit verbessern. Diese Techniken ermöglichen es Designern, das Potenzial von Weichferritkernen voll auszuschöpfen, um überlegene Hochfrequenzschaltungen zu erstellen.