Новые ферритовые материалы и улучшенная конструкция сердечника (с распределенными воздушными зазорами) обеспечивают более высокую эффективность, которая в большинстве случаев помимо миниатюризации является самой главной целью модернизации модулей источников питания. В таких случаях каждая десятая доля процента имеет значение. Ферритовые сердечники являются определяющим фактором для обеспечения высокой эффективности приложения.
Чтобы воспользоваться преимуществами новых (широкозонных) полупроводников, компания TDK разработала новый ферритовый материал PC200 на основе MnZn, который обеспечивает работу в частотном диапазоне 0,7–4 МГц. Максимальная передаваемая мощность достигается на коммутационных частотах 1,8–2 МГц при рабочей температуре 100°C. Температура Кюри этого материала превышает 250°C. Феррит PC200, в первую очередь, предназначен для использования в трансформаторах с сердечниками с кольцевой или планарной топологией. При работе в оптимальном режиме на частоте около 2 МГц новый феррит PC200 на основе MnZn отлично подходит для применения в топологиях источников питания, построенных на новых широкозонных полупроводниках, например на GaN и SiC.
Эти новые полупроводники облегчают дальнейшее совершенствование устройств за счет более высоких коммутационных частот при большей скорости нарастания выходного напряжения и меньших потерях. Таким образом, появляется возможность использовать катушки индуктивности и трансформаторы значительно меньших размеров или управлять номинальной мощностью более высокого уровня при тех же размерах компонентов.
Недостаток существующих ферритовых материалов для силовых устройств заключается в том, что они не предназначены для работы в мегагерцовом диапазоне, в котором у них возрастают потери по сравнению с эксплуатацией на более низких частотах. Использование в ферритовом сердечнике одного воздушного зазора – известный метод, позволяющий задержать насыщение и, таким образом, улучшить рабочие характеристики.
Эти относительно большие единичные зазоры, однако, усиливают краевой магнитный поток, что ведет к дополнительным потерям в медных проводниках, особенно на высоких частотах. Новые конструкции и метод изготовления сердечников с распределенными воздушными зазорами, разработанные компанией TDK, позволяют считать, что эта компания стала первым производителем ферритовых сердечников, которые с высокой эффективностью позволяют уменьшить электромагнитное излучение и, следовательно, генерацию тепла. Благодаря зазорам, в центральной части сердечника значительно уменьшился уровень излучения магнитного поля в окружающую среду. Компания выпускает сердечники с тремя распределенными воздушными зазорами в модификациях E, EQ, ER, ETD, PM и PQ. Решения с тремя воздушными промежутками обеспечивают наилучшее отношение цена/качество для приложений, в которых коммутационная частота в два–три раза выше исходной. В результате потери сокращаются на 70%.