بعض التطورات الجديدة في المحولات الإلكترونية في إمدادات الطاقة

مقدمة في السنوات الأخيرة ، استمرت أسعار المواد الأساسية والمواد الموصلة المستخدمة في المحولات الإلكترونية في إمدادات الطاقة في الارتفاع ، وشكلت المواد الخام الأولية سوق بائع &. كمستخدم قوي للمحولات الإلكترونية المصب ، يمكنهم الاختيار والشراء على نطاق عالمي لتشكيل سوق مشتري&# 39 ؛ s. في المركز الأوسط لصناعة المحولات الإلكترونية ، فقط من خلال السير في طريق الابتكار التكنولوجي ، يمكننا التخلص من معضلة الغضب في كلا الطرفين. ومع ذلك ، في صناعة المحولات الإلكترونية الناضجة ، يكون الابتكار التكنولوجي أكثر صعوبة. لكن كل تحسين صغير للروابط يمكن أن يجلب أفكارًا جديدة ومنتجات جديدة. لذلك ، تقدم هذه المقالة بعض التطورات الجديدة في المحولات الإلكترونية في إمدادات الطاقة في السنوات الأخيرة من أربعة جوانب: المواد الجديدة ، والهياكل الجديدة ، والمبادئ الجديدة ، والمنتجات الجديدة ، للقراء&# 39 ؛ المرجعي. الرجاء تصحيح لي إذا كان هناك أي خطأ. عند السير في طريق الابتكار التكنولوجي ، يجب أن نتذكر دائمًا الهدف الذي يجب تحقيقه. يقوم المحول الإلكتروني في مزود الطاقة ، مثل جميع المنتجات كسلعة ، بتنفيذ أي ابتكار تقني ، ويجب أن يؤدي وظائف محددة في ظل ظروف استخدام محددة ، والسعي لتحقيق أفضل نسبة أداء إلى سعر. تتميز منتجات الطاقة الحالية عمومًا بأنها&مثل ؛ خفيفة ورقيقة وقصيرة وصغيرة&مثل ؛ نحو التصغير وقابلية. يجب أن تتكيف المحولات الإلكترونية مع متطلبات الحجم والوزن لمنتجات الطاقة كمستخدمين. في الوقت نفسه ، ارتفعت أسعار المواد الخام (المواد الأساسية والمواد الموصلة) للمحولات الإلكترونية. لذلك ، أصبحت كيفية تقليل الحجم والوزن ، وكيفية تقليل التكلفة ، الاتجاه الرئيسي لتطوير المحولات الإلكترونية في السنوات الأخيرة. 1. مواد جديدة 1.1 فولاذ السليكون فولاذ السليكون مادة أساسية تستخدم على نطاق واسع في المحولات الإلكترونية في إمدادات طاقة التردد الصناعي. لتقليل كمية اللب في المحولات الإلكترونية ، يجب زيادة كثافة التدفق المغناطيسي العاملة (الكثافة المغناطيسية العاملة) لصلب السيليكون. يتم تحديد كثافة العمل المغناطيسية لصلب السليكون بواسطة كل من كثافة التدفق المغناطيسي للتشبع والخسارة. نظرًا لأن الكفاءة هي مؤشر أداء مهم للمحولات الإلكترونية ، فإن العديد من منتجات الطاقة تتطلب الآن فقدًا في وضع الاستعداد لتوفير الطاقة. تعتبر الخسارة الأساسية للمحول الإلكتروني هي المكون الرئيسي للخسارة الاحتياطية ، لذلك يتم وضع متطلبات واضحة وصارمة على كفاءة أو فقدان المحول الإلكتروني. في السنوات الأخيرة ، ارتفع سعر فولاذ السليكون المدلفن على البارد وغير الموجه. بالمقارنة مع النوى من النوع R والنوع المضغوط والنوع EI ، يمكن أن توفر النوى الحلقية الملفوفة أكثر من 20 % من تكلفة المواد الأساسية بسبب انخفاض استهلاك المواد. نطاق الاستخدام في المحولات. يمكن أن يعطي جوهر الجرح الحلقي دورًا كاملاً في أداء فولاذ السليكون المدلفن على البارد. بالمقارنة مع الفولاذ المدلفن على البارد غير الموجه ، فإن كثافة العمل المغناطيسية أعلى بكثير. في الوقت نفسه ، على عكس النوى الحديدية من النوع R و CD و EI ، يمكن استخدام مواد الصلب السليكونية بالكامل ، ولن يكون هناك نفايات في الزاوية ، ويمكن أن يصل معدل استخدام المواد إلى أكثر من 98 %. في السنوات الأخيرة ، كان هناك تحسن كبير في الفولاذ السليكوني الموجه المدلفن على البارد. إن فولاذ السليكون المدلفن على البارد 0.23 مم المنتج محليًا من 23Q110 له كثافة تدفق مغناطيسي عاملة 1.7 T و 50 هرتز ، وفقدان وزن الوحدة هو 1.10 Wkg. يبلغ سمك فولاذ السليكون المدلفن على البارد P1.750 الموجه بسمك 0.23 مم المنتج في اليابان 0.88 وات كجم. بعد المعالجة السطحية لشريط السيليكون الفولاذي بطلاء شد ، ينخفض ​​P1.750 إلى 0.7Wkg. تغيير عملية التلدين لتحسين المجالات المغناطيسية ، ينخفض ​​P1.750 إلى 0.55 0.45Wkg ، وهو أقل بكثير من فولاذ السيليكون المدلفن على البارد بسمك 0.35 مم بكثافة مغناطيسية تشغيل 1.5T و 50 هرتز (P1. 550) من 2Wkg. تحت شرط ضمان نفس الخسارة ، يمكن أن تصل الكثافة المغناطيسية العاملة بسماكة 0.23 مم لفولاذ السيليكون المدلفن على البارد إلى 1.85T. إذا تم اختياره لمعالجة النواة الحلقية ، فهو أعلى بمقدار 1.23 مرة من الكثافة المغناطيسية العاملة لفولاذ السيليكون المدرفل على البارد غير الموجه 1.5 T. ويمكن تقليل القسم الأساسي والحجم بأكثر من 23 %. في الوقت الحاضر ، تُستخدم محولات الطاقة ذات التردد الأساسي من الحديد من النوع EI على نطاق واسع في محولات الطاقة لشواحن الهواتف المحمولة والأجهزة المنزلية ، وفي بعض الأحيان يحدث ارتفاع في درجة الحرارة. يتكون قلب EI من صفائح مثقوبة على شكل EI. خُمس طول الصفيحة المثقوبة على شكل حرف E متعامد مع الاتجاه الطولي (اتجاه الاتجاه). لتحمل المجال المغناطيسي المستعرض ، يتم استخدام فولاذ السيليكون المدلفن على البارد غير الموجه بشكل عام. في السنوات الأخيرة ، طورت شركة Kawasaki اليابانية سلسلة RGE من الفولاذ السليكوني المدلفن على البارد والذي يمكن استخدامه في قلب EI. السماكة 0.35 مم ، الكثافة المغناطيسية للتشبع الطولي 1.80 1.90 T ، الكثافة المغناطيسية للتشبع الجانبي 1.825T ، والخسارة P1.750 هي 1.10 1.25Wkg. في الوقت نفسه ، يكون الفيلم العازل رقيقًا نسبيًا ، وأداء الختم جيد. باستخدامه لصنع قلب الحديد ، يمكن أن تكون الكثافة المغناطيسية العاملة أكثر من 1.7 تيرابايت ، أي 15 % أعلى من الفولاذ السليكوني المدلفن على البارد غير الموجه. يمكن تقليل المقطع الأساسي والحجم بأكثر من 15 % ، وتقليل الخسارة بشكل كبير. ، لن يكون هناك المزيد من السخونة الزائدة. طورت شركة Kawasaki اليابانية أيضًا الفولاذ المدلفن على البارد غير الموجه مع كثافة مغناطيسية عالية التشبع. السماكة 0.5 مم ، ومحتوى السيليكون أقل من 1 % ، 0.6 % ، ومحتوى الألومنيوم 0.3 %. بعد إضافة 0.52 % النيكل ، كثافة التشبع المغناطيسية 1.96T. ، الخسارة P1.550 هي 3Wkg. باستخدامه كمواد أساسية EI ، يمكن أن تكون الكثافة المغناطيسية العاملة 1.7T ، لكن الخسارة كبيرة نسبيًا. تجدر الإشارة إلى أنه: كفئة كبيرة من المحولات الإلكترونية ، فإن استخدام المواد الأساسية ذات الكثافة المغناطيسية العالية للعمل يمكن أن يقلل من عدد لفات الملف ويقلل من كمية النحاس ، بدلاً من تقليل القسم الأساسي والحجم. في ظل الحالة التي يكون فيها سعر المواد النحاسية أعلى بكثير من سعر المواد الأساسية ، فقد تكون خطة تحسين التصميم أفضل. 1.2 الفريتات اللينة هي المواد الأساسية التي تستخدم على نطاق واسع في المحولات الإلكترونية في إمدادات الطاقة المتوسطة والعالية التردد. بالمقارنة مع المواد المغناطيسية المعدنية الناعمة ، فإن الحديد الناعم له كثافة مغناطيسية منخفضة التشبع ، ونفاذية منخفضة ، ودرجة حرارة كوري. المنخفض هو نقطة ضعفها الرئيسية. خاصة عندما تكون درجة حرارة كوري منخفضة ، فإن كثافة التشبع المغناطيسية Bs وفقدان الطاقة لكل وحدة حجم Pcv سوف تتغير مع درجة الحرارة. ترتفع درجة الحرارة ، وتنخفض B ، ويبدأ Pcv في الانخفاض ، ثم يرتفع بعد الوصول إلى نقطة الوادي. لذلك ، في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة ، طالما تحافظ B على مستوى عالٍ ، يمكن اختيار كثافة العمل المغناطيسية Bm أعلى ، وبالتالي تقليل عدد لفات الملف ، وتقليل كمية النحاس المستخدمة والتكلفة. درجة الحرارة العالية والتشبع العالي للمواد الفريتية الناعمة ذات الكثافة المغناطيسية يمكنها أيضًا توسيع حد درجة الحرارة العليا للمحولات الإلكترونية إلى 120 أو حتى 150 فائدة. على سبيل المثال ، يجب أن تستخدم المحولات الإلكترونية عالية التردد في المعدات الإلكترونية للسيارات حديدي ناعم عالي الكثافة وعالي التشبع مغناطيسي للعمل في ظروف درجات الحرارة العالية مع تغيرات كبيرة في ظروف درجة الحرارة الخارجية والحرارة في غرفة المحرك. بصفتها حديدي ناعم MnZn للمحولات الإلكترونية ذات التردد المتوسط ​​والعالي ، التي تمثلها شركة TDK اليابانية&، فقد شهدت تقريبًا عملية تطوير PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. في ظل ظروف الاختبار 100 ℃ ، 100kHz ، و 200mT ، يستمر فقدان الطاقة لكل وحدة حجم في التناقص. وفقًا للبيانات الصادرة عن الشركة في أبريل 2006 ، يبلغ PC30 600mW / cm3 ؛ PC40 هو 420 ميغاواط / سم 3 ؛ PC44 هو 340 ميغاواط / سم 3 ؛ PC47 هو 270 ميغاواط / سم 3. ومع ذلك ، فإن كثافة تدفق التشبع Bs تحت 100 فائدة ، PC30 ، PC40 ، و PC44 هي أساسًا 390 mT ، PC47 هو 410 mT ، وهو بعيد عن القيمة النظرية البالغة 600 mT ، ولا يمكن اعتباره درجة حرارة عالية وتدفق عالي التشبع مادة الكثافة. في السنوات الأخيرة ، من أجل التنافس مع المواد المعدنية اللينة المغناطيسية في تطبيق المحولات الإلكترونية ، كانت هناك موجة من التطور لدرجات حرارة عالية وكثافة مغناطيسية عالية التشبع من مواد الفريت MnZn. طورت شركة FDK اليابانية&# 39 ؛ s سلسلة 4H من المواد ذات الكثافة المغناطيسية عالية التشبع ودرجة الحرارة العالية في مارس 2003. من بينها ، BS من 4H45 و 4 H47 هي 520 طن متري و 530 طن متري عند 25 ، 450mT و 470mT عند 100 ℃ ، ولكن عند 100 ℃ ، يكون فقد الطاقة Pcv مرتفعًا نسبيًا ، على التوالي 450mW / cm3 و 650mW / cm3. وفقًا للتقارير ، طورت FDK مادة 4H50 في ظل ظروف معملية. تبلغ درجة حرارة B عند 100 درجة مئوية 490 طن متري ، لكن Pcv كبير جدًا عند 800 ميجاوات / سم 3. قامت شركة TDK اليابانية بتطوير مادة PC90 في سبتمبر 2004. عند 25 ℃ ، B يكون 540mT و Pcv 680 mW / cm3 ؛ عند 100 ، يكون Bs 450 mT و Pcv 320mW / cm3 ، وهو أعلى من مستوى المواد 4H45. طورت شركة TOKIN مادة BH3. عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ، تبلغ درجة سعتها القصوى 540 طن متري و 600 ميغاواط / سم 3 ؛ عند 100 درجة مئوية ، يكون Bs 440 طنًا متريًا و Pcv 370 ميجاوات / سم 3. طورت شركة NICERA مادة BM30 ، مع Bs من 540 mT و Pcv 720 mW / cm3 عند 25 درجة مئوية ؛ عند 100 درجة مئوية ، Bs لـ 450mT و Pcv 320mW / cm3. مادة الفريت عالية الحديد ومنخفضة الزنك التي طورتها شركة هيتاشي للمعادن ، Bs هي 563 طن متري عند 25 ؛ 560 mT عند 100 ، بشكل أساسي دون تغيير ، 150 0 تساوي 490 طن متري ، ولكن عند 100 ، 100 كيلو هرتز ، في ظل ظروف الاختبار البالغة 200 طن متري ، يكون Pcv 1700mW / cm3 ، وهو مرتفع جدًا ويحتاج إلى تحسين. لا تتطلب العديد من معدات إمداد الطاقة فقط أن يكون المحول الإلكتروني في حالة عمل ، أي أن الخسارة يجب أن تكون صغيرة في درجة حرارة عالية ، ولكن أيضًا في حالة الاستعداد ، أي أن الخسارة يجب أن تكون صغيرة في درجة الحرارة العادية. يمكن لهذه المحولات الإلكترونية استخدام الفريت الناعم مع درجة حرارة واسعة واستهلاك منخفض للطاقة. PC95 التي طورتها اليابان&TDK هي مادة حديدية عالية المستوى وذات درجة حرارة واسعة ظهرت في السنوات الأخيرة. استهلاك الطاقة Pcv هو 350mW / cm3 عند 25 درجة مئوية ، 280 ميجا واط / سم 3 عند 80 درجة مئوية ، 290 ميجا واط / سم 3 عند 100 درجة مئوية ، 350 ميجا واط / سم 3 عند 120 درجة مئوية ، وكثافة مغناطيسية للتشبع تبلغ 410 مللي واط عند 100 درجة مئوية. في السنوات الأخيرة ، تم تطوير سلسلة من مواد الفريت الناعمة عالية النفاذية. يتم استخدامها كمحولات نبضية في معدات الطاقة الإلكترونية. يجب أن تكون النفاذية μ عالية نسبيًا. يوجد H5C3 من TDK ، والذي يحتوي على μ 15000 ± 30. % ، H5C5 ، μ هي 30.000 ± 30 %. بالنسبة لـ EPCOS&# 39 ؛ s T56 ، μ هي 20000 ± 30 %. من أجل ترشيح التداخل الكهرومغناطيسي ، يلزم وجود خصائص تردد جيدة للنفاذية. TDK HS52 ، μ هي 5500 ± 25 % ؛ HS72، μ هي 7500 ± 25 % ؛ HS10 ، μ هي 10000 ± 25 %. يحتوي MP15T الخاص بـ HITACHI على μ 15000 ± 25 % ويمكن أن تعمل أقل من 500 كيلو هرتز. لتصفية التيار المستمر ، يلزم وجود خصائص تراكب جيدة للتيار المستمر. TDK&# 39 ؛ s DN45 ، μ هي 4500 ± 25 % ، درجة حرارة التشغيل 0 ～ 70 ℃ ، وتحسين DNW45 ، μ هي 4200 ± 25 % ، درجة حرارة التشغيل هي -40 ℃ ～ +85 ℃ ، SK-202G لكاواساكي ، درجة حرارة التشغيل -40 ～ +85 ℃ ، μ هي 4300 ± 25 % ، وكثافة مغناطيسية عالية التشبع ومواد نفاذية عالية ، مثل TDK's DN50 ، μ هي 5200 ± 20 % ، Bs هو 550 طن متري عند 25 ، 380 طن متري عند 100 ℃ ، درجة حرارة كوري Tc≥210 ℃. 1.3 سبائك غير متبلورة وسبائك بلورية متناهية الصغر منذ بداية عام 2005 ، بسبب عدم التوازن في العرض المحلي والطلب لشرائط الصلب السليكونية المدلفنة على البارد ، ارتفع سعر شرائح الصلب السليكونية المدلفنة على البارد بسرعة ، وقد تجاوز الآن سعر شرائط سبائك غير متبلورة من الحديد. في ظل ظروف أسعار السوق الحالية ، لم يعد استبدال فولاذ السليكون المدلفن على البارد الموجه بسبائك غير متبلورة قائمة على الحديد في مجال محولات طاقة تردد الطاقة مجرد أمر ممكن ، فقد أصبح حقيقة واقعة. في صناعة محولات الطاقة ، قام مصنعو محولات التوزيع بتحويل المواد الأساسية من الفولاذ السليكوني المدلفن على البارد إلى السبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد. في الوقت نفسه ، اعتبارًا من 1 يوليو 2006 ، المعيار الوطني الإلزامي&مثل ؛ قيم محدودة لكفاءة الطاقة وتقييم الحفاظ على الطاقة لمحولات التوزيع&مثل ؛ تم تنفيذه رسميًا ، مما شجع بشكل أكبر على استخدام سبائك غير متبلورة قائمة على الحديد بدلاً من الفولاذ السليكوني المدلفن على البارد في محولات التوزيع. تصاعد. مثل محولات التوزيع ، سيصبح استبدال فولاذ السليكون المدلفن على البارد الموجه بسبائك غير متبلورة قائمة على الحديد في محولات طاقة تردد الطاقة تطورًا جديدًا رئيسيًا في المحولات الإلكترونية في إمدادات الطاقة. لماذا ا؟ يمكن رؤية السبب من مقارنة المؤشرات الفنية والاقتصادية لفولاذ السليكون المدلفن على البارد الموجه والسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد في الجدول 1. يأخذ فولاذ السليكون المدلفن على البارد ذو الاتجاه المتوسط ​​في الجدول 1 الحث المغناطيسي العالي 23R100 والمغناطيسي معالجة المجال 23R085 المنتجة في اليابان كأمثلة ، والسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد تأخذ 1K101 المنتج محليًا و Metglas 2605SA1 التي تنتجها Hitachi كأمثلة ، كما يمكن رؤيته في الجدول 1. يتم تقديم الميزات التالية. [محاذاة = مركز] الجدول 1 مقارنة المؤشرات الفنية والاقتصادية بين فولاذ السليكون المدلفن على البارد الموجه والسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد [/ محاذاة] (1) كثافة التشبع المغناطيسية B للسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد أقل من تلك الموجودة في السيليكون الصلب ، ولكن عند نفس كثافة العمل المغناطيسية Bm (على سبيل المثال ، 1.4T) تكون الخسارة الأقل أقل من فولاذ السيليكون. كثافة العمل المغناطيسية Bm للسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد هي 1.40 1.45T للمحول أحادي الطور و 1.35 1.40T للمحول ثلاثي الطور. كثافة العمل المغناطيسية Bm لصلب السيليكون هي 1.70T للمحول أحادي الطور و 1.65 1.70T للمحول ثلاثي الطور. يبلغ وزن سبيكة غير متبلورة ذات قاعدة حديدية لمحول تردد الطاقة بنفس السعة حوالي 120 % من الصلب السليكوني. (2) عامل الملء للسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد هو 0.85 للمنتجات المحلية 1K101 و 0. {{356}} 90 بالنسبة لشركة Metglas 2605SA1 التي أنتجتها شركة Hitachi ، وقد وصل بعضها إلى 0.93. إذا تمت مقارنة 0. {{363}} مع 0.945 من فولاذ السيليكون ، فإن حجم قلب سبيكة غير متبلور قائم على الحديد له نفس الوزن يكون حوالي 110 % من ذلك من الصلب السليكوني. (3) وحدة الوزن المفقودة للسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد تحت ظروف 1.4T و 50 هرتز هي P1.450 ، وهي 26.4 % إلى 43 % من الفولاذ السليكوني ، والذي يمكن أن يقلل بشكل كبير من التسخين الأساسي. في ظل نفس الخسارة ونفس ظروف تبديد الحرارة ، يمكن لمحولات تردد الطاقة المصنوعة من سبائك غير متبلورة القائمة على الحديد أن تقلل من فقد النحاس وتقلل من المواد النحاسية مقارنة بمحولات تردد طاقة فولاذ السيليكون. بشرط أن يكون سعر المواد النحاسية أعلى من سعر مواد الحديد ، فإن اعتماد هذا المخطط هو أحد التدابير الفعالة لخفض التكاليف. تجدر الإشارة إلى أن الخسارة لكل وحدة وزن P1.450 يتم اختبارها تحت جهد موجة جيبية مع تشويه أقل من 2 %. شبكة تردد الطاقة الفعلية مشوهة إلى 5 %. وحدة الوزن المفقودة تحت هذا التشويه هي P1.450 ، فولاذ السيليكون هو 123 % P1.450 ، والسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد هي 106 % ص 1.450. في هذا الوقت ، P1.450 من سبيكة غير متبلورة قائمة على الحديد عبارة عن فولاذ السيليكون فقط. 22.7 % ～ 37 % من المجموع الكلي. (4) تم أخذ السعر الحالي لصلب السيليكون من سعر السوق للصلب في مكان معين في قوانغدونغ في منتصف أغسطس 2006 ، وتم أخذ السعر الحالي للسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد من شركة هيتاشي اليابانية في يوليو 2006 ، نقلاً عن 2.85 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد. سعر صرف الرنمينبى هو 22.8 يوان كجم ، بالإضافة إلى الرسوم الجمركية وضريبة القيمة المضافة 28 يوان كجم. السعر الحالي للسبائك غير المتبلورة المحلية القائمة على الحديد هو تقدير يختلف إلى حد ما عن السعر المعروض لوحدة الإنتاج. (5) تكون درجة حرارة التلدين للسبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد أقل من درجة حرارة الصلب السليكوني ، مع وقت أقل واستهلاك أقل للطاقة. يجب أن تكون تكلفة المعالجة الإضافية لتصنيع قلب الحديد أقل من تكلفة فولاذ السيليكون. يمكن معالجة شرائط السبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد في قلب حلقي متعرج ، ونوى مستطيلة متداخلة ونوى مفتوحة على شكل حرف C. في التسعينيات ، استخدمت اليابان عدة طبقات من شرائح السبائك غير المتبلورة القائمة على الحديد المستعبدين لمعالجة نوى EI ، لكن تكاليف المعالجة الإضافية كانت مرتفعة وزادت الخسائر الأساسية. في وقت لاحق ، لم يكن هناك أي تقرير ذي صلة. الآن ، يمكن أن يصل سمك السبيكة غير المتبلورة السائبة قيد الدراسة إلى مستوى المليمتر والسنتيمتر. إذا تم إدخاله في الإنتاج ، فيمكن معالجته في قلب EI مثل فولاذ السيليكون. الجمع بين العوامل المذكورة أعلاه ، في الحلقة وج