Leistungselektronikingenieure, die sich mit der Herausforderung auseinandersetzen, Größe und Effizienz in Schaltnetzteilen, unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge in Einklang zu bringen, könnten ihre Lösung in nanokristallinen Kernen finden. Diese fortschrittlichen magnetischen Komponenten, angeboten von Magnetics Inc., definieren durch ihre außergewöhnlichen magnetischen Eigenschaften die Designmöglichkeiten für Hochfrequenzanwendungen neu.

Die nanokristallinen Kerne von Magnetics wurden speziell für Stromtransformatoren, Gleichtaktdrosseln (CMC) und magnetische Verstärker (MagAmp) entwickelt. Diese Kerne weisen überlegene Eigenschaften auf, darunter hohe Permeabilität, geringer Leistungsverlust und hohe Sättigungsflussdichte, was kleinere Komponentengrößen mit größerer Stromverarbeitungskapazität ermöglicht. Mit einer Sättigungsflussdichte von 1,25 T und einem großen Betriebstemperaturbereich behalten Gleichtaktdrosseln mit nanokristallinem Kern auch unter Hochtemperaturbedingungen und Stromungleichgewichten eine stabile Leistung bei.

Im Vergleich zu herkömmlichen Ferritkernen bieten nanokristalline Kerne erhebliche Verbesserungen:

• Größerer Temperaturbereich und höhere Hochfrequenzimpedanz:Das Material behält stabile magnetische Eigenschaften über breitere Temperaturschwankungen bei und weist gleichzeitig eine erhöhte Impedanz bei hohen Frequenzen auf – entscheidend für die Rauschunterdrückung.
• Erhöhter Widerstand:Der hohe spezifische Widerstand reduziert Wirbelstromverluste und verbessert so die Gesamteffizienz der Komponenten.
• Außergewöhnlicher Frequenzgang und Effizienz:Eine konstante Leistung über weite Frequenzbereiche gewährleistet eine optimale Betriebseffizienz.

Diese Vorteile machen nanokristalline Kerne besonders geeignet für:

• Schaltnetzteile (SMPS) für verbesserte Effizienz und geringere Größe
• Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) sorgen für einen stabilen Betrieb bei Stromausfällen
• Solarwechselrichter verbessern die Effizienz der Energieumwandlung
• Frequenzumrichter für präzise Motorsteuerung
• EMV-Filter zur wirksamen Unterdrückung elektromagnetischer Störungen
• Ladegeräte für Elektrofahrzeuge ermöglichen schnelles und effizientes Laden

Um unterschiedlichen Anwendungen gerecht zu werden, bietet Magnetics nanokristalline Kerne in mehreren Konfigurationen an, darunter toroidale, Cut-Core-, geschlitzte und segmentierte Designs. Die Kerne können optional in robusten Gehäusen aus Polyester (ausgelegt für <+130 °C) oder Rynite®-Polyester (ausgelegt für <+155 °C) untergebracht werden, wodurch sie für Anwendungen mit dicken Wicklungen geeignet sind.

Die außergewöhnliche Leistung nanokristalliner Kerne in Hochfrequenzanwendungen beruht auf ihrer einzigartigen Mikrostruktur. Die Schnellerstarrungstechnologie erzeugt Metalllegierungen mit nanoskaligen Kornstrukturen, die hervorragende weichmagnetische Eigenschaften bieten. Diese Mikrostruktur bietet drei wesentliche Vorteile:

• Hohe Durchlässigkeit:Die nanokristalline Struktur beseitigt Korngrenzenhindernisse bei der Bewegung magnetischer Domänen und ermöglicht so eine einfachere Flusskonzentration und -verbesserung.
• Niedrige Koerzitivfeldstärke:Die Aufhebung anisotroper Magnetfelder innerhalb der nanokristallinen Struktur verringert die Koerzitivfeldstärke und verringert dadurch Hystereseverluste.
• Hohe Sättigungsflussdichte:Das Material widersteht stärkeren Magnetfeldern ohne Sättigung und erhöht so die Belastbarkeit.

Als kritische Komponenten für die Unterdrückung von Gleichtaktstörungen in SMPS und Frequenzumrichtern bieten Gleichtaktdrosseln mit nanokristallinem Kern deutliche Vorteile:

• Kompakte Größe:Durch die hohe Permeabilität kann die erforderliche Induktivität mit weniger Wicklungen erreicht und so die Bauteilgröße reduziert werden.
• Größere Impedanz:Die verbesserte Hochfrequenzimpedanz unterdrückt Gleichtaktstörungen effektiver.
• Verbesserte thermische Stabilität:Temperaturunabhängige magnetische Eigenschaften sorgen für eine konstante Leistung in Umgebungen mit hohen Temperaturen.

Mit der Weiterentwicklung der Leistungselektroniktechnologie, die eine höhere Leistung magnetischer Komponenten erfordert, werden nanokristalline Kerne in hochfrequenten, hocheffizienten und kompakten Leistungs- und Filteranwendungen eine immer wichtigere Rolle spielen. Die zukünftige Entwicklung wird sich wahrscheinlich auf Folgendes konzentrieren:

• Verbesserung der Sättigungsflussdichte durch Material- und Prozessoptimierung
• Reduzierung von Verlusten durch mikrostrukturelle Verfeinerung
• Entwicklung neuer nanokristalliner Materialien mit verbesserter Permeabilität, geringeren Verlusten und besserer thermischer Stabilität

Nanokristalline Kerne stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Magnetkomponententechnologie dar und bieten Leistungselektronikingenieuren leistungsstarke Lösungen für immer anspruchsvollere Anwendungen. Ihre überlegenen Eigenschaften und vielseitigen Konfigurationen machen sie zu transformativen Elementen in modernen Energieumwandlungs- und Konditionierungssystemen.