BA – Einsatz von Nickel-Zink-Ferriten in Spannungswandlern mit hohen Schaltfrequenzen

Untersuchungen zum Einsatz von Nickel-Zink-Ferriten in Spannungswandlern mit hohen Schaltfrequenzen

Kurzzusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit werden, anhand eines Class E Leistungsverstärkers, die Einsatzmöglichkeiten von NiZn-Ferriten in leistungselektronischen Schaltungen mit Schaltfrequenzen im niedrigen MHz-Bereich untersucht. Es wird analysiert, welchen Einfluss das Kernmaterial auf den Streufluss in der Umgebung der Komponente hat. Weiterhin ist der Einfluss des besagten Streuflusses auf die resultierende Induktivität der Komponente ein Schwerpunkt der Arbeit. Die im Kernmaterial anfallenden Verluste werden anhand der magnetischen Aussteuerung des Kerns betrachtet. Anhand der Spezifikation eines Class E Leistungsvertärkers wird Bezug auf die erforderlichen Induktivitätswerte genommen. Die Untersuchungen berücksichtigen die Kernparameter, das Kernmaterial sowie mögliche Auslegungen der Komponente.

Durch die Verwendung von NiZn-Ferriten und eine passende Auslegung der Kerngeometrie kann der äußere Streufluss stark reduziert werden. Dadurch kann der Einfluss der Peripherie auf den Induktivitätswert nahezu eliminiert werden. Die magnetische Aussteuerung des Kernmaterials kann ausreichend niedrig gehalten werden, um die Kernverluste innerhalb gängiger Grenzwerte zu halten. Unter Beachtung der Kernverluste und der Randbedingungen des Class E Leistungsverstärkers ist die geforderte Größenordnung des Induktivitätwerts erreichbar. Die Komponenten sind gemäß der Betrachtungen in der Arbeit mit NiZn-Ferriten realisierbar.

Abstract

In this thesis, the possibility of using NiZn-ferrites in the low MHz-Frequencies, is investigated in regard of a Class E power amplifier. Based on the switching behavior of a Class E power amplifier, the influence of the core material for the external leakage flux in the surroundings of the component is analyzed. Furthermore, is the influence of the external flux on the inductance value an important point of consideration. The peak magnetic flux is looked over, to evaluate the core power loss. By looking at the Class E power amplifier, the needed values of the inductance are achieved. The geometric parameters of the core, the layout of the inductance and the core material are considered in the research.

With the use of NiZn-ferrites and a suitable Design for the geometric parameters of the core, the external leakage flux can be highly reduced. With this action, the influence of the surroundings on the inductance can be almost eliminated. The magnetic flux density of the material can be held low enough, to get a power loss in the core within common limit values. The demanded magnitude of the inductance value can be achieved, with reasonable power loss in the core while considering the requirements of a Class E power amplifier. The components can be realized with NiZn-ferrites, in regard of the analyses of this thesis.

Bearbeiter: Lukas Best

Betreuer: Nikolai Weitz

Für Studienfächer: EEI

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März