Neues Ferritmaterial von TDK PC200 auch mit mehreren, verteilten Luftspalten

PM-Kern aus dem neuen Ferritmaterial PC200 von TDK mit drei Luftspalten. Der zweite und dritte Spalt wird durch das symmetrische Gegenstück gebildet.
PM-Kern aus dem neuen MnZn-Ferritmaterial PC200 von TDK mit drei Luftspalten. Der zweite und dritte Spalt wird durch das symmetrische Gegenstück gebildet.

Neben den Leistungshalbleitern sind es die Kernmaterialien, die für den Wirkungsgrad entscheidend sind. TDK hat mit dem PC200 ein neues MnZn-Ferritmaterial besonders für schnelle GaN-Transistoren und verbesserte Geometrien bei den Kernbauformen entwickelt – auf Wunsch auch mit mehreren Luftspalten.

Neue Wide-Bandgap-Halbleiter wie GaN und SiC ermöglichen weitere Fortschritte beim Wirkungsgrad, denn sie können höhere Frequenzen mit steileren Flanken bei geringeren Verlusten schalten. Damit ist es prinzipiell möglich, deutlich kleinere Induktivitäten und Übertrager einzusetzen, bzw. bei gleicher Baugröße höhere Leistung zu übertragen. Der Nachteil dabei: Bisherige Leistungs-Ferritmaterialien sind für Frequenzen im Megahertzbereich nicht ausgelegt und zeigen hier höhere Verluste als bei niedrigen Frequenzen.

Um die Vorteile der neuen Halbleiter tatsächlich nutzen zu können, hat TDK das neue Ferritmaterial PC200 auf MnZn-Basis entwickelt, das für den Frequenzbereich von 0,7 MHz bis 4 MHz ausgelegt ist. Das Maximum der übertragbaren Leistung wird bei einer Schaltfrequenz von 1,8 MHz bis 2 MHz und +100 °C Betriebstemperatur erreicht. Die Curie-Temperatur liegt bei über +250 °C. Das PC200 eignet sich besonders für Übertrager, die auf Ringkern-oder Planarkern-Topologien basieren. Bild 1 zeigt einen Performance-Vergleich von PC200 mit konventionellen Materialien.

70 Prozent weniger Verluste durch verteilte Luftspalte

Das Einschleifen von einzelnen Luftspalten in Ferritkernen ist Stand der Technik, um die Kernsättigung zu verzögern und damit die Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Diese einzelnen, relativ großen Luftspalte führen allerdings zu einem höheren magnetischen Streufeld, was besonders bei hohen Frequenzen zu zusätzlichen Kupferverlusten führt. TDK bietet mit neuen Geometrien und der Kernfertigungstechnik der verteilten Luftspalte eine Lösung, um das magnetische Streufeld zu verringern und damit die Erwärmung zu reduzieren (Bild 2). Durch die Anordnung der Luftspalte im mittleren Schenkel wird die Magnetfeld-Emission in die Umgebung reduziert.

Verfügbar sind Kernbauformen mit verteilten Luftspalten in den Bauformen E, EQ, ER, ETD, PM und PQ in jeweils unterschiedlichen Baugrößen sowie allen Leistungsmaterialien der Marke EPCOS. Lösungen mit drei Luftspalten (siehe Anlaufbild) bieten nach Ansicht von TDK das beste Preis-/Leistungsverhältnis für Anwendungen bei denen die zwei- bis dreifache Schaltfrequenz im Vergleich zur ursprünglichen Frequenz zum Einsatz kommt. Dabei lassen sich die Verluste um bis zu 70 Prozent reduzieren. Neben den Standardlösungen kann auch eine kundenspezifische Anzahl von Luftspalten realisiert werden.