Juni 2015

Ferrite

Verlustarm bei hohen Frequenzen

Das neue EPCOS Ferritmaterial N59 eignet sich besonders für Stromversorgungen und Umrichter, deren Design auf GaN-Halbleitern mit sehr hohen Taktfrequenzen basiert. Das Leistungsoptimum liegt bei einer Schaltfrequenz von 2 MHz.

An getaktete Stromversorgungen und Inverter der neuesten Generation werden hohe Ansprüche gestellt: Niedrige Systemkosten, große Leistungsdichte, geringes Volumen und hohe Effizienz sind die entscheidenden Kriterien. Eine drastische Steigerung der Schaltfrequenzen ist eine Möglichkeit, diese Kriterien zu erfüllen. Mit GaN-basierten Leistungsschaltern lassen sich die hohen Frequenzen erreichen. Doch auch an die passiven Bauelemente werden bei den neuen Designs immer höhere Anforderungen gestellt. Dies gilt besonders für die verwendeten Ferritmaterialien, die vor allem im MHz-Bereich geringe Verluste aufweisen müssen. Speziell für diese Anforderungen wurde das neue EPCOS Ferritmaterial N59 entwickelt, das für einen Frequenzbereich von 700 kHz bis 2 MHz optimiert ist. Das Maximum der übertragbaren Leistung wird bei einer Schaltfrequenz von 2 MHz und 100 °C Betriebstemperatur erreicht. Die Curie-Temperatur liegt bei über 280 °C.

Besonders gut ist das Material N59 für Übertrager geeignet, die auf Ringkern-Topologien basieren. Aufgrund der herausragenden Materialeigenschaften von N59 können Stromversorgungen damit wesentlich kleiner konzipiert werden. Gleichzeitig steigt ihr Wirkungsgrad wegen der geringen Verlustleistung des Ferritmaterials, weshalb der Einsatz von N59 auch zu einer wesentlich höheren Energieeffizienz beiträgt. Die Abbildung zeigt die Leistungsfaktoren der bisherigen Ferritmaterialien N87 und N49 im Vergleich zum neuen Material N59 als Funktion der Frequenz. Gemessen wurden dabei Ringkerne mit einer Arbeitstemperatur von 100 °C.

Abbildung: Leistungsfaktoren verschiedener Ferritmaterialien

Bei 2 MHz bietet das neue EPCOS Ferritmaterial N59 einen Leistungsfaktor von rund 60.000 und ist damit anderen Ferritmaterialien deutlich überlegen.

Hauptanwendungsgebiete

  • Übertrager in Stromversorgungen und Umrichtern, die mit schnell schaltenden Leistungshalbleitern auf GaN-Basis arbeiten

Haupteigenschaften und -vorteile

  • Geringe Verlustleistung im Frequenzbereich von 700 kHz bis 2 MHz; höchste übertragbare Leistung bei 2 MHz

Kenndaten N59

Anfangspermeabilität
[µi], 25 °C
Flußdichte
[mT]
Frequenzbereich
[kHz]
Verluste
[kW/m³]
Curie-Temperatur
[°C]
800 ±25%380 bis 47025 bis 3000300 bis 330>250

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