Bei der Auslegung einer Speicherdrossel für einen Buck-Wandler stellt sich häufig die Frage, ob ein Ferritkern mit Luftspalt oder ein Metallpulverkern die bessere Wahl ist.
Beide Varianten können geeignet sein. Entscheidend sind unter anderem der Gleichstromanteil, die Stromwelligkeit, die Schaltfrequenz und die zulässige Erwärmung.
1. Induktivität unter Gleichstromvormagnetisierung
Die Nenninduktivität wird häufig mit einem kleinen Messsignal bestimmt. Unter hoher Gleichstrombelastung kann die effektive Permeabilität des Kernmaterials jedoch abnehmen.
Dadurch sinkt die Induktivität, was bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen zu einer höheren Stromwelligkeit führen kann.
Bei Ferritkernen mit konzentriertem Luftspalt und Metallpulverkernen mit verteiltem Luftspalt kann sich der Verlauf der Induktivität über dem Gleichstrom deutlich unterscheiden.
Deshalb ist die L(I)-Kennlinie für die praktische Auswahl oft aussagekräftiger als nur der nominelle AL-Wert.
2. Kernverluste bei höheren Schaltfrequenzen
Metallpulverkerne, beispielsweise auf FeNi- oder FeSiAl-Basis, können bei hohen Gleichstromanteilen interessant sein. Allerdings hängt die Eignung stark von der konkreten Materialzusammensetzung und den Verlustkennlinien ab.
Ferritkerne bieten wiederum bei vielen höheren Schaltfrequenzen niedrige Kernverluste, benötigen für Speicherdrosseln aber häufig einen entsprechend ausgelegten Luftspalt.
Ein direkter Vergleich der Kernverluste ist nur bei vergleichbaren Messbedingungen sinnvoll:
- Frequenz
- Magnetische Flussdichteänderung ΔB
- Temperatur
- Anregungsform und gegebenenfalls Gleichstromvormagnetisierung
3. Kupferverluste und Temperatur
Eine geringere Induktivität unter Last kann die Stromwelligkeit erhöhen. Dadurch können auch die Wechselstromverluste in der Wicklung steigen.
Die tatsächliche Temperatur hängt jedoch von den gesamten Verlusten und den thermischen Randbedingungen ab.
Ein Kernmaterial mit günstiger Gleichstromkennlinie führt deshalb nicht automatisch zu einer niedrigeren Betriebstemperatur.
Mich würden eure Erfahrungen interessieren:
Welche Kriterien sind bei euren Buck-Speicherdrosseln entscheidend – die Induktivität unter Gleichstrombelastung, die Kernverluste oder die Baugröße?
Und ab welcher Schaltfrequenz habt ihr in der Praxis Vorteile oder Nachteile beim Wechsel zwischen Ferritkernen mit Luftspalt und Metallpulverkernen festgestellt?
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