ferit_nuveler

Ferit nüveler günümüzde oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.Elektroniğin her dalında kendine has özel kullanım metodları olan bu nüveleri ben daha çok anahtarlamalı güç kaynakları(SMPS) yönünden elimden geldiğince size anlatmaya çalışacağım.

Eğer bir yanlışlık veya eksiklik görürseniz iletişim kurmanızı isterimki düzeltebilelim.
ferit-nuve_1
Öncelikle bir smps yapmaya kalkan her elektronikçinin ilk aklına gelen soru hangi nüveden hangi gücü alırım olmuştur.İnternette yazılan çizilenlere bakıldığında aynı fiziksel özelliklere sahip nüvelerden çok değişik güçler alındığı görülmüştür , buda bizlerin kafasını oldukça bulandırmaktadır.Nüvemizin kaldırabileceği güç bazı önemli değişkenlere bağlıdır.

Bu değişkenler ise ;

•Nüve “Ac” sı (cm2)
•Nüve “Wa” sı (cm2)
•Bmax ,Çalışılan Manyetik akı değeri (Gauss)
•Fsw , Çalışılan anahtarlama frekansı (Hertz)
•Çalışılan akı yoğunluğu Hava soğutmalı bir trafo için 500 J/mm2 yeterlidir
•Kt ,Çalışılan topolojiye bağlı katsayı ( F-H.Bridge 0,0014 , Flyback 0,00025 , Forward 0,005 , P.Pull 0,001)
•Pout , nüveden alabileceğimiz güç değeri (Watt)

Yukarıdaki değerleri pratik şekilde formülüze edersek ;

ferit-nuve_formul

Yukarıdaki formülde görüldüğü gibi olabildiğince yüksek Gauss ve Frekans değerlerinde çalışmayı arzularız , fakat bunları sınırlandıran bazı etmenler mevcuttur.Şimdi bunları inceleyelim ;

Aşağıda vermiş olduğum grafikler piyasada bolca bulunan nüve materyallerine uygun değerlerdedir.(DMR40 , TDK PC40 ,EPCOS N67-N87 ,MAGNETİCS P ,FERROX 3C85 )
nuve_tablo
Nüvemizi olabildiğince yüksek Gauss değerlerinde çalıştırmayı istiyorduk fakat nüvenin de bunu yaparken doyuma ulaşmaması lazım.Genellikle yapılan hataların çoğu nüveyi aşırı manyetik akıya (Gauss) maruz bırakmak ve nüvenin doyuma giderek mosfetlerden yüksek akım çekmesiyle sonuçlanan arızalar.Bu yüzden nüvelerimizi kesinlikle belirtilen doyum noktasına uzakta çalıştırmak gerekir.Yukarıda verilen tabloda bu değer (Saturation flux density) 25◦C sıcaklıkta 5100 Gauss tur,Bizim kesinlikle bu değere çok yaklaşmamız lazım , nüvemiz çalışırken ısındığında görüldüğü gibi bu değer 100◦C sıcaklıkta 3900Gauss a kadar düşmektedir.Şimdi gelelim biz trafomuzu sararken bu Gauss değerini neye göre saptayabiliyoruz.Yani kaç tur sardığımda hangi Gauss da çalıştığımı nerden bilebilirim.

ferit-nuve_formul_2

N: Sarım Sayısı (Tur)
Vin: Girilen Voltaj (Volt)
Fsw: Çalışma Frekansı(Hertz)
Ac: Nüve kesiti (cm2 )
Bmax : Çalışılan Manyetik Akı Yoğunluğu (Gauss)

Özet olarak sarım sayımızı uygun değerde tutup Gauss değerini fazla yükseltmemiz lazım.Ama bu Gauss değerininde Frekans ile oldukça yakın ilişkileri var bu ilişkiyi bozmamak için grafiklere bakmamız gerekecek.

nuve_tablo

Frekans arttıkça gauss değerinide düşürmemiz gerekecek.Bunu nerden anlıyoruz dersek , Power Loss (mw/cm3 ) diye bir değişkene bakmamız gerekiyor.Bu değişken nüve materyaline bağlıdır , pratik de bu değeri olabildiğince 100mW altında tutmaya gayret etmeliyizki nüve üzerindeki güç kayıpları azalsın güç kaynağımızın verimide artsın.Eğer bu değer yüksek tutulursa verimi %50 seviyelerinde görmek hiçde süpriz olmaz.(Tipik bir G.Kaynağında %80)
Örneğin 100Khz de çalışan bir smps yapacağız.Grafiğe bakarsak 25◦ C sıcaklıkta ,100mW güç kaybını kabul ederek ulaşacağımız Gauss değeri 1000-1500Gauss değerleri olacaktır.Nüvemizi sararken bu değere göre sarmamız gerekecek.

Bu değişkenleri hesaplayarak çeşitli nüve boyutlarına ulaşmak mümkün.Her fiziksel boyutu aynı olan nüvelerin farklı güçleri vermeside yapıldıkları materyale bağlı güç kayıplarına (PowerLoss mW/cm3) , çalışılan Gauss değerine ,Frekans değerine ve sıcaklığa bağlı olarak değişmekte.Ayrıca topolojilerinde büyük önemi var.(Bkz Kt katsayıları ).Bunlar gözönüne alındığında çok kabaca yaklaşımlar elde etmek ve bir başlangıç noktası belirlemek amacı ile aşağıda Forward topolojide nüvelerden alınabilecek yaklaşık güç değerleri verilmiştir.

nuve_tablo_3

Makaleme bir örnekle son vermek istiyorum.Elimizde EE20 nüve olduğunu kabul edersek Gauss un 1200G ,Forward topolojide çalıştığımızı , 12Volt girişimiz olduğunu , 100Khz anahtarlama frekansında çalıştığımızı sarılacak tur sayısını ,alınabilecek gücü ;

Forward Katsayısı Kt : 0,0005
Bmax: 1200 Gauss
Vin : 12VDc
Fsw : 100000Hertz

EE20 için;
Wa : 0,75 cm2
Ac : 0,33 cm2
WaAc : 0,75 X 0,33 = 0,24 cm4

ferit-nuve_formul_3

Pout:28,8 Watt ( Bu nüveden yukarıdaki şartlar altında alabileceğimiz teorik max güç tür)

Primary e sarılacak tur sayısı ise ;

ferit-nuve_formul_4

N : 15,15 tur = 16tur ( Bu nüve üzerine 16 tur sarım yaptığımızda 1200 Gauss değerinde çalışmış olacağız)

Umarım bu bilgiler yararlı olmuş ve pratikte uygulayabilceğiniz hale dönüşmüştür.Hepinize İyi Çalışmalar dilerim.

Sevgi ve Saygılarımla
EMRAH MERCAN (root@emr-systems.net)