Wie bestimme ich den Sicherheitsabstand von einem Choke, um ein versehentliches Kuppeln zu verhindern?

Es hängt davon ab, ob. Und es gibt keine festen Regeln. Der größte Faktor ist das Design der Drossel / Induktivität. Es gibt einige Induktoren, die ohne negative Auswirkungen direkt gegen Stahl platziert werden können. Andere Induktoren im gleichen Design könnten größere Probleme haben. Die Art des Kerns hat einen großen Einfluss (Luftkerne sind wahrscheinlich die schlimmsten, Ringkerne sind die besten), aber es gibt genug Variabilität, dass es schwierig ist, gute Faustregeln zu geben, die immer funktionieren.

Am Ende müssen Sie es ausprobieren und sehen, was passiert. Nehmen Sie den Prototyp, schalten Sie ihn ein und schwenken Sie ein Stück Stahl herum und messen Sie, wie es sich auf Ihr Gerät auswirkt. Sie werden in 10 Minuten mehr lernen, als Sie alle Antworten wie meine lesen werden!

Davon abgesehen, hier ist meine Erfahrung: Ich entwerfe viele DC/DC-Wandler im Bereich von 1 bis 50 Watt. Ich verwende die typischen handelsüblichen Leistungsinduktivitäten mit Eisenpulverkernen, die für solche Dinge geeignet sind. Metall muss innerhalb von etwa 0,1 bis 0,2 Zoll von der oberen Oberfläche entfernt werden, bevor es einen merklichen Effekt gibt. Aber, wie ich schon sagte, Ihre Laufleistung (Kilometerleistung?) wird sicherlich variieren und nehmen Sie mich nicht beim Wort!

Die kurze Antwort ist, die Lücken oder Wicklungen von fremden Leitern und Eisenmetallen fernzuhalten. Verwenden Sie abgeschirmte Induktoren und lassen Sie den Spalt innerhalb des Kerns und der Wicklungen verborgen. Selbst hochgradig abgeschirmte Kerne, wie Schalenkerne, haben natürlich kleine unbeabsichtigte Lücken, wo der Kern sich verbindet. Und in Wirklichkeit hält nicht einmal Ferrit das gesamte Feld im Inneren. Aber die Lücke im Mittelschenkel eines Topfkerns zu halten, ist das Beste, was getan werden kann.

Sobald Sie von vollständig abgeschirmten Kernen wegkommen, werden die Dinge komplizierter. Was für Sie spricht, ist das Feld selbst. Magnetische Energie ist Nahfeldmaterial. EM-Wellen werden durch gedämpft$\frac{1}{R}$weg von ihrer Quelle. E-Felder fallen als ab$\frac{1}{R^2}$. Energie aus einem Magnetfeld fällt so ab$\frac{1}{R^3}$.

Hier ist ein Beispiel (angepasst an eine Arbeit, die ich vor Ewigkeiten gemacht habe), wie Magnetfeldsäume in der Nähe einer Lücke aussehen und wie sie mit der Entfernung in den Freifeldbereich fallen:

Abbildung zeigt eine halb unendliche Lücke. Die Lückenlänge beträgt 1 mm in y, die Spannweite ist in allen z und negativen x unendlich. Der Randbereich erstreckt sich über 2,5 Lückenlängen hinaus, wo das Feld um etwa 98 % herunterfallen würde. Von den drei Arten von Feldern müssen Sie also nicht so weit entfernt sein, um die Exposition gegenüber einem Magnetfeld zu begrenzen.

Eine Faustregel für Lücken ... und warum Sie sie nicht blind anwenden können

Eine grundlegende Faustregel für Lücken ist, dass sich die Umrandung normalerweise um den Betrag der Lückenlänge vom Kern weg erstreckt. Angenommen, Sie haben eine Lücke von 1 mm, dann ist die Feldstärke 1 mm von der Lücke und dem Kern entfernt um 85 bis 90 % geringer als in der Lücke.

Bedeutet das, dass alles, was 1 Lückenlänge entfernt platziert wird, ein niedriges Feld enthält? Nö. Hier ist, was Sie nicht für sich haben. Das Magnetfeld findet immer den Pfad mit dem niedrigsten verfügbaren Widerstand (oder der höchsten Permeabilität). Wenn ein ferromagnetisches Material in der Nähe des Spalts platziert wird, wird das Feld gegenüber dem Freifeldfall verzerrt. Hier ist ein Beispiel dafür, wie das für ferromagnetisches Material etwa 2 Spaltlängen vom Spalt entfernt aussieht:

Abbildung aus: A. Keyhani, „Minimum Loss Design of a 100 kHz Inductor with Litz Wire“, IAS Proceedings 1997.

Man sieht, wie die Feldlinien durch das ferromagnetische Material verzerrt werden. Dies würde etwa 20 % des Randbereichsfeldes in das externe Material bringen, um Wirbelstromverluste zu erzeugen. Sie möchten also wahrscheinlich mindestens 5 Spaltlängen Abstand zwischen dem Spalt und dem äußeren Stahlgehäuse haben.

Einige Richtlinien:

• Wenn Sie nur den Abstand verwenden, lassen Sie mindestens 5 Abstandslängen zwischen Abstand und allen ferromagnetischen Strukturen.
• Der Abstand gilt auch für Wicklungen aufgrund von Proximity-Effekt-Verlusten. Zusätzlich wären bei Wicklungen Koronaeffekte bei externen Leitern ein Problem.
• Es ist am besten, nicht nur Leerzeichen zu verwenden. Verwenden Sie abgeschirmte Kerne und vergraben Sie die Lücke im Kern (Mittelpfosten) und unter der Wicklung (Sie müssen auf Wirbelstromverluste in der Wicklung achten, wenn diese zu nahe an der Lücke liegt).
• Zur Abschirmung eignen sich Schalenkerne mit Mittelpfosten am besten (obwohl diese oft nicht die besten Wicklungsquerschnitte haben). Fast genauso gut sind EE-Kerne (und ihre ganze Familie wie EP und LP) und Toroide. Das einzige an Toroiden ist, dass sie aus Material mit geringer Perm (für Induktoren) mit einem verteilten Spalt bestehen, sodass Flussmittel austreten (mehr als ein Material mit hoher Perm). Auch bei einem Toroid möchten Sie sicherstellen, dass die Wicklung gleichmäßig um den Kern verteilt ist.
• Wenn Sie laminierte Kerne (wie geschnittene Kerne) verwenden, stellen Sie sicher, dass sich die Lücke(n) unter den Wicklungen befinden, um Leckagen zu minimieren.

Jenseits von Abstand und geschirmten Standardadern:

• Manchmal ist es möglich, den gesamten Induktor, einschließlich Kern, in eine koaxiale Kupferhülle zu wickeln, um als externe kurzgeschlossene Windung zu fungieren. Die Idee besteht darin, zuzulassen, dass das Feld aus der Induktorstruktur entweicht, um einen Strom in der Ummantelung zu verursachen, der ein Feld erzeugt, das die Felder außerhalb der Ummantelung aufhebt.
• Luftkernmaterial ist wirklich schlecht für die Abschirmung. Die Lückenlänge impliziert, dass die Felder nicht enthalten sind. Sie könnten einen hochpermigen Flusshalter außerhalb der Wicklung und ein verteiltes Lückenmaterial innerhalb der Wicklung in Betracht ziehen, um die Felder aufzunehmen.