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第一講:TDK PC47材料對T8 LED燈管變壓器性能提升分析

發(fā)布時間:2011-11-11 來源:CNT Networks

要點提示:
  • T8、T10 LED燈管對變壓器的性能要求
  • PC47有更高的飽和磁通密度和更低的損耗
  • PC47材質(zhì)的飽和電流大于普通材質(zhì)PC40
  • PC47在100℃的磁芯損耗相比PC40降低了約40%
  • 高密度的PC47可以實現(xiàn)變壓器更小的體積和重量
  • 改善后的磁芯形狀提高了磁力線的應(yīng)用效率

本次講解共分為五個部分:首先是LED變壓器制品特點分析,介紹變壓器所使用的高性能材料,然后是深化設(shè)計工具的應(yīng)用和活用,最后是LED照明變壓器制品的圖示。下圖T8、T10 LED燈管的解體,我們通過解體發(fā)現(xiàn)變壓器使用的一些特點。首先是它體積比較小,使用環(huán)境比較密閉,對于溫度的要求比較高,對體積也有要求。同樣在特性方面使用效率比較高。綜合以上幾個特點,會采用高性能的高Bs材料。對于線材的使用,要用CLSS-F 155度耐熱等級的線材。固定的方式會采用點膠固定磁芯和線圈。現(xiàn)在的制品已經(jīng)可以達(dá)到8mm,使變壓器下沉,總體高度可到8mm。

圖1:采用高飽和磁通密度的材料,變壓器可以做的更小

PC47有更高的飽和磁通密度和更低的損耗


下面對高性能的材料做一個簡單介紹。LED變壓器的系統(tǒng)需要高飽和磁通密度和低損耗的特點,TDK開發(fā)了一個PC47系列的變壓器材料,它的發(fā)展方向就是下圖箭頭所指的方向,縱軸是飽和度磁通密度和低損耗。這邊是我們對比市面一些通用的磁芯變壓器,和TDK現(xiàn)在所研發(fā)和不斷更新產(chǎn)品特性的比較。從右下角,粉紅色的點是目前市場上常用的一些材料的性能,橫坐標(biāo)是磁通量,縱坐標(biāo)是飽和的密度。我們可以發(fā)現(xiàn)從現(xiàn)在市場上這些粉紅色的點是在500Core Loss,磁通密度在380,跟TDK PC40材料是相當(dāng)?shù)摹C47材已經(jīng)有很大的改善,在420的磁通密度,在250左右的Core Loss,也就是說相比通常所用的系列有比較大的改善。

圖2:與其它材料,PC47有更高的飽和磁通密度和更低的損耗

PC47材質(zhì)的飽和電流大于普通材質(zhì)PC40

圖3展示了高性能PC47應(yīng)用在變壓器上所產(chǎn)生的性能曲線,橫坐標(biāo)是電流,通過變壓器的電流值,縱坐標(biāo)是電感值。我們可以發(fā)現(xiàn)隨著電流增大,感值在衰減。我們可以知道,如果變壓器的電感衰減到一定的時候可能會失效。這張圖我們可以明顯的看到,PC40和PC47有比較大的差距。假設(shè)電感值為300時,PC40材的電流達(dá)到2.7A左右,PC47材系列電流達(dá)到了約3.2A,也就是說,使用高性能PC47材質(zhì)的飽和電流將會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通材質(zhì)的性能。

圖3:PC47材質(zhì)的飽和電流大于普通材質(zhì)PC40
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PC47在100℃的磁芯損耗相比PC40降低了約40%


右圖是溫度與磁芯損耗的關(guān)系圖,隨著溫度的上升,在100度以前呈下降趨勢,也就是說隨著溫度的升高,磁芯損耗是越來越低的,超過100度左右以后磁芯損耗又會增加。而LED變壓器使用范圍在70-100度之間,根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和各種型號有所不同。同樣可以發(fā)現(xiàn)PC47的磁芯損耗在100℃的磁芯損耗僅為250KW/m3、相比PC40材料,改善了約40%。根據(jù)使用條件的不同,PC47能實現(xiàn)降低5℃~10℃左右的發(fā)熱。

圖4:PC47在100℃的磁芯損耗相比PC40降低了約40%,可改善發(fā)熱

高密度的PC47可以實現(xiàn)變壓器更小的體積和重量

至于高性能材質(zhì)的研發(fā),設(shè)計的原理,材質(zhì)研發(fā)出來,它的密度更大。拿PC40材和PC47材兩個材質(zhì)高倍放大鏡成像的對比,可以發(fā)現(xiàn)左邊PC40材質(zhì)有很多黑色的點。那些點是間隙,粒子之間存在很多間隙。右邊PC47材質(zhì)黑點比PC40材小,也就是說PC47材密度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PC40材質(zhì),從而降低磁芯損耗,提高變換效率,降低發(fā)熱?;诓牧祥_發(fā)及燒制因素(燒制方法、溫度條件)的最適度,實現(xiàn)材料的高密度設(shè)計。
圖5:PC47相比PC40有更高的材料密度

活用高性能材質(zhì)的優(yōu)點,以EER28市面上最常用的一種變壓器型號分析。由于密度更大,我們可以使變壓器更輕、更小。比如在同樣功率的情況下,用高性能材質(zhì)體積和重量會比普通材質(zhì)更小。這邊僅以EER28為例,我們將以ECO2225系列可以取代市場上的EER28,重量有45%的消減。

圖6:ECO2225取代EER28,重量有45%的消減

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改善后的磁芯形狀提高了磁力線的應(yīng)用效率


同樣從性能和形狀上有獨特的設(shè)計,下圖對磁場、變壓器在工作時的磁力線分布狀況做了分析。左邊這張圖可以看到深藍(lán)色的部分代表磁力線沒有分布。特殊形狀的設(shè)計,可以看到比常規(guī)的樣小得多,大大增加了整個磁力線的應(yīng)用,提高了磁力線的應(yīng)用效率。同樣對于LED,T8和球泡燈的系統(tǒng),會發(fā)現(xiàn)對于變壓器的工作效率有比較高的要求,要求到90W以上,或者要到80多W,我們這里也務(wù)必要使用高性能的鐵氧體去滿足這樣的需求。

圖7:采用PC47材料的TDK獨有的磁芯的形狀

我們介紹下先進的高自動化卷材生產(chǎn)線。首先從卷線到后面外觀測定都實現(xiàn)了高自動化的操作,全部用機械完成,而不像以往一人一臺機械而且很嘈雜的進行作業(yè),而是用了各種機器去取代它。這主要是兩個優(yōu)點:首先它品質(zhì)比較穩(wěn)定,能控制卷線散亂、膠帶散亂的發(fā)生,可減少變壓器特性的不均衡。同時它生產(chǎn)效率提高,不受人員增減及作業(yè)人員熟練程度的影響,隨時能安定供應(yīng),使生產(chǎn)產(chǎn)能得到大大的提高。

這邊是對手卷和自動化卷線的個性對比(對比分析圖可下載演講資料)。我們可以發(fā)現(xiàn)其實對變壓器來講,電感值和漏感值是對其影響比較大的兩個課題因素。從下面漏感的分析,發(fā)現(xiàn)不同的時間卷出來的特性有差異,跟他的手法控制和工作環(huán)境有關(guān)系,這樣子造成產(chǎn)品卷出來參差不齊。自卷張力有參數(shù)的設(shè)定,可以一年、一年以后,甚至兩年、三年再去做,都能保持很好穩(wěn)定的水平。同樣在切換方面,比如一個產(chǎn)品我這個月要生產(chǎn),三個月要再生產(chǎn)。如果是手卷,新來的員工需要有一個熟練度的過程,可能需要三個月才能很好的做出一個產(chǎn)品。機器的話,這個作業(yè)員只起到搬運的作用,他把材料放到機器上,做完以后又拿下來,這樣單天就能達(dá)到最好的狀態(tài)。

對于變壓器的設(shè)計規(guī)格設(shè)定我們也開發(fā)了一套系統(tǒng)的設(shè)計軟件,里面存有跟IC廠商最新型號的參數(shù)、各個頻率等所需要的設(shè)計參數(shù),還有各種新的磁性參數(shù)在里面,我們只需要把變壓器的參數(shù)輸入到這個軟件里面,再按一鍵生成,就可以給出我們的建議規(guī)格和卷。變壓器的設(shè)計基本上就是基于以上三點完成的:首先是高性能材料的應(yīng)用,活用PC47材的特長,然后根據(jù)客戶的需求以及用途的不同開發(fā)各自的型號和特殊的型號,再使用高自動化卷線的工法和設(shè)計工具、支援工具及構(gòu)造的活用完成變壓器的設(shè)計。    這邊列出來的是目前在市場上各類LED所對應(yīng)的TDK產(chǎn)品,TDK都擁有能滿足其工藝和尺寸要求的變壓器。這邊是T8管跟球泡燈最常用變壓器尺寸的展示。

以上是所有的內(nèi)容,謝謝大家。更詳盡的圖表分析,請下載資料:
http://m.bswap.cn/whitepaper/download?id=776

問: PC47材質(zhì)是TDK自己的,還是我們在市面上可以買得到?
答:這是TDK自己的材質(zhì),是有專利的。

問: PC47材料現(xiàn)在只做標(biāo)準(zhǔn)品牌,還是可以定制,能提供打樣服務(wù)嗎?
答:可以,也會有定制,打樣也沒問題。制造工廠是在廈門,但我們送樣的速度效率會很快,因為我們花了很大精力專門做了一個部門,它是專門服務(wù)于市場客戶打樣和前期的送樣。
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