环形形特性说明

1、环形形特性说明第1页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司右圖為習知 環形 choke之結構.製程.環形 choke圖如右圖直接將需求導線繞製於 環形鐵芯上,再依需要固定 於 base或 pcb上並點膠固定及最後之含浸處理.傳統 環形 Choke結構製程說明(圖中尺寸為參考值)結構優點.鐵芯外部直接作一絕緣coating處理,導線就繞製其上,省去 Bobbin結構.結構缺點.繞製時因每一圈均需穿過 環形鐵芯,故施工相當不便,且很難 達到大量自動化生產之目標,大部份均需使用到大量人工製作 且人員熟練度影響產量變化相當大.因大量使用人工製程故常因熟練度不同造成眾多品質

2、隱憂,如 圈數的正確性,導線絕緣受到破壞帶來的層間或與鐵芯的短路 等等.不論人工或使用目前市場上之環型繞線機器繞製,而因此結構是 直接將導線纏繞在 core上,故導線會對 core施加一應力,此應力 會讓磁芯內之磁壁轉向產生不利,且每個人力道不同故變化奇大 很難管控.第2页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形 choke圖傳統 環形 Choke結構製程說明(圖中尺寸為參考值)因繞線空間不易做好排線所以不但外觀難以控制,且會因各 人繞法差異產生不同的”雜散電容”分佈量,而使 EMI的控制 常常出現異常.有經驗的 工程師會因此而規範繞製工法(如分 區繞,往覆繞等

3、等.)以求降低”雜散電容”值,使本就不易繞製 的作業更加雪上加霜!一般這類型 Choke的工作頻率均屬高頻 40k Hz以上, (在導 線線徑合理使用下),其溫昇主要來自於鐵芯磁損而此結構主 要發熱源:鐵芯是被包覆導線內,且導線於不規則纏繞中留有 相當多之空隙,相當於在鐵芯外包上一層隔熱層,使鐵芯的熱 較難散出.註.所謂”合理線徑”泛指 導線截面積與流經電流量之合理設定並考慮集膚效應深度.銅集膚效應深度=例. 60 hz = 8.57 mm 10k hz = 0.66 mm 100k hz = 0.21 mm 1M hz = 0.066 mm 10 M hz = 0.021 mm 集膚效應合理

4、線徑=x 2絞線股數亦非越多越好,股數越多”近接效應”將變大反而不利且增加成本第3页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司傳統 環形 Choke結構製程說明第4页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司日寶公司早在開發 UU形 被動式 PFC前即以生產 環形 Choke為主力故累積豐富的製程經驗,再結合開發 UU形 被 動式 PFC的結構優點所設計新一代的 UU形 Choke結構,如 右圖 (外觀,尺寸以實物為準!)製程.日寶 UU形 choke圖如右圖導線先予加工繞製於2個 Bobbin上,後組上一對 U形 鐵芯,(鐵芯材質可以是 I

5、ron或Mpp/Sendust甚或是Ferrite)後 予點膠固定及最後之含浸處理.日寶 UU形 Choke結構製程說明(圖中尺寸為參考值)結構優點.結構缺點.與 環形 Choke比較上 UU形結構須多出 Bobbin材料.繞製線包相當容易,且可利用多軸自動繞線機大量生產,大大降低人力生產困境 達到大量及穩定自動化生產之目標.且導線絕緣不易損傷更是品質一大保證.因線包與磁芯間隔有 Bobbin且線包一分為二更有效的達到線與線與磁芯間之 絕緣效能,故磁芯可不必進行 coating處理,降低成本並提昇散熱效果.不論人工或使用繞線機繞製不論繞線拉力大小,因線包與磁芯間隔有 Bobbin 故 core

6、不會承受不當應力而使磁芯特性變不穩定.第5页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司日寶 UU形 choke圖日寶 UU形 Choke結構製程說明(圖中尺寸為參考值)線包將總圈數分置於2個區域,且在每個區域中導線本就是 以機器從底層往返疊繞出來,不但外觀整潔且能大幅改善 ”雜散電容”之分佈.UU形磁芯結構本因兩磁芯接觸面有一 GAP,易造成漏磁引 起 EMI異常,但此結構其 GAP剛好位於線包中央,線包恰好 成為一個有效的阻隔圍牆,使GAP引起的漏磁穿透不出,相 反市場上所使用的 PQ CORE就有這小問題存在.UU形結構其鐵芯並非完全被線包包覆,約有 20%面積曝

7、露 於外,使發熱的鐵芯更易於散熱,如此總體溫昇必得以下降, 若能輔以合理線徑,將可降低銅線用量,使成本下降!第6页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較說明.以下我們引用一已量產之產品來進行相關電氣特性比較,以了解其差異及特點. 此次比較的方向是不同結構所產生的電氣特性差異,所以在鐵芯材質上須務求 一致,以下列出三種驗證標的基本數據.產品名稱:Choke Boost 應用 Power :300w 產品號碼 : X63275UU形 樣品二UU形 樣品三環形 樣品一Core材質:SF67Q-TAF200Core Ae :72.

8、75 mmCore Le :54.8 mmCore AL :95+/-10%NH外觀參考尺寸: 長 / 寬 / 高 31/19.5/38 圏數:120 Ts線徑:0.8 mm銅用量: 22 gCore材質:SF67Q-TAF200Core Ae :75 mmCore Le :80 mmCore AL :95+/-10%NH外觀參考尺寸: 長 / 寬 / 高 34/20/35圏數:120 Ts線徑:0.8 mm銅用量: 29 gCore材質:SF67Q-TAF200Core Ae :75 mmCore Le :80 mmCore AL :95+/-10%NH外觀參考尺寸: 長 / 寬 / 高 3

9、4/20/34圏數:120 Ts線徑:0.55 mm銅用量: 12.6 g第7页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較UU形 樣品二UU形 樣品三環形 樣品一一.靜態重疊電流感量特性比較.右圖中可看出三者的感量變化率大約一致,而U形的平均感量較高,應是其Ae較大之因.將來可考慮減少銅線圈數.在5A時U形感量微有上揚,是因GAP的作用故U形的飽和曲線會比環形佳.第8页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較UU形 樣品二UU形 樣品三環形 樣品一二.靜態感

10、量/DCR/Q值/雜散電容特性比較.上列數據中. 感量表現. U形感量較高已在上頁重疊感量中提過不再重述, DCR表現. 樣品三 DCR 400 m是因使用 0.55#線徑之因. Q值表現. 樣品二與樣品三低於 樣品一的環形 CORE,主要是因磁路長度較 長,而樣品三比樣品二高則是線徑不同所致. Rdc=線組 DCR =頻率 Rac=磁路損失 L=感量 Rcd=線組介電損耗 雜散電容表現.如第5頁所述 U形繞線是於Bobbin的底層往返疊繞出來,故其”雜 散電容”相當少即使含浸後變化亦不大.第9页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke

11、電氣特性比較UU形 樣品二UU形 樣品三環形 樣品一三.Power動態效能電氣特性比較.以下我們將驗證的三個樣品實裝入 Power中進行相關動態驗證,以了解三種結構在實際的電路中各項電氣的表現及影響.下表是三種 choke各自在 power內時, power輸入及輸出之效率表現,從數據上顯現其差異不大,亦就是 U形在這部份並無可慮之處.第10页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較UU形 樣品二四.Power動態 Harmonics特性比較.UU形 樣品三環形 樣品一Harmonics測試輸入條件. 220V / 50 H

12、ZHarmonics測試輸出條件. 負載 = 100% +5V/7A +12V/7A +12V/12A +3.3V/9A -12V/0.25A+5VSB/0.5A從右圖所示三種結構其表現均於合格範圍內,使用 U形均能符合需求!第11页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較五.Power動態 輸入波形平衡特性比較.波形平衡測試輸入條件. 220V / 50 HZ波形平衡測試輸出條件. 負載 = 100% +5V/7A +12V/7A +12V/12A +3.3V/9A -12V/0.25A+5VSB/0.5A從右圖所示三種結

13、構其表現均於合格範圍內,而使用 U形其平衡性更好之原因,是 U形內的GAP形成!UU形 樣品二環形 樣品一UU形 樣品三0.25%0.19%0.19%第12页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較七.Power動態 溫昇特性比較.溫昇測試輸入條件. 220V / 50 HZ溫昇測試輸出條件. 負載 = 100% +5V/7A +12V/7A +12V/12A +3.3V/9A -12V/0.25A+5VSB/0.5A 濕度 60%環境溫度:50 度從圖形及數據中可發現(樣品二)的溫昇表現較佳.重點是(樣品三)其溫昇雖與(樣

14、品一)略同,但(樣品三)其線徑才0.55,故在此結構中我們可以使用較小線徑.(樣品一) Core溫度較高是被導線包住故較難散熱所致!另從數據中 core的溫度均最高!證明此零件熱源確來自於 core 的磁損!UU形 樣品三UU形 樣品二環形 樣品一樣品一樣品二樣品三第13页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較八.Power動態 SW FET VDS波形比較.測試輸入條件. 220V / 50 HZ溫昇測試輸出條件.負載 = 100%+5V/7A +12V/7A +12V/12A +3.3V/9A -12V/0.25A+5

15、VSB/0.5A從右圖所示三種結構其波形表現均於合格範圍內,故使用 U形結構應可符合需求!環形 樣品一UU形 樣品二UU形 樣品三第14页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五 日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較九. Conducted EMI比較.測試輸入條件. 220V / 50 HZ溫昇測試輸出條件.負載 = 90%+5V/7A +12V/7A +12V/10A +3.3V/9A -12V/0.25A +5VSB/0.5A6/2到 立德進行重測如右右圖所示三種結構其EMI表現非常接近反而原樣機在11M及2426M處有稍高於UU形.第15页，共17页，2

16、022年，5月20日，3点19分，星期五日寶電子公司環形與日寶 UU形 Choke電氣特性比較十. Radiate EMI比較.測試輸入條件. 220V / 50 HZ溫昇測試輸出條件.負載 = 100%+5V/7A +12V/7A +12V/12A +3.3V/9A -12V/0.25A+5VSB/0.5A從右圖所示三種結構其幅射雜訊亦大同小異,故使用 U形結構應可符合需求!第16页，共17页，2022年，5月20日，3点19分，星期五日寶電子公司日寶 UU形 Choke結論此 UU形結構雖會增用 1個 Bobbin用量(因環形須使用一個 Base,故等同於只增加 一個 Bobbin的材料)唯在提昇零件品質的空間相當大,且若配合使用(合理線