环形U形-choke特性说明.pptx

日寶電子公司日寶電子公司環形Choke及日寶改良型UU形Choke結構,製程特性說明提報人:日寶盧文慶日寶電子公司日寶電子公司n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.傳統傳統 環形環形 Choke結構製程說明結構製程說明(圖中尺寸為參考值)結構優點結構優點.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.日寶電子公司日寶電子公司環形choke圖傳統傳統 環形環形 Choke結構製程說明結構製程說明(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40kHz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.60hz=8.57mm10khz=0.66mm100khz=0.21mm1Mhz=0.066mm10Mhz=0.021mm集膚效應合理線徑=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日寶電子公司日寶電子公司傳統傳統 環形環形 Choke結構製程說明結構製程說明日寶電子公司日寶電子公司n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Iron或Mpp/Sendust甚或是Ferrite)後予點膠固定及最後之含浸處理.日寶日寶 UU形形 Choke結構製程說明結構製程說明(圖中尺寸為參考值)結構優點結構優點.結構缺點結構缺點.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不會承受不當應力而使磁芯特性變不穩定.日寶電子公司日寶電子公司日寶UU形choke圖日寶日寶 UU形形 Choke結構製程說明結構製程說明(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PQCORE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,若能輔以合理線徑合理線徑,將可降低銅線用量,使成本下降!日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較說明.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:ChokeBoost應用Power:300w產品號碼:X63275UU形樣品二UU形樣品三環形樣品一Core材質材質:SF67Q-TAF200Core Ae:72.75 mm Core Le:54.8 mmCore AL:95+/-10%NH外觀參考尺寸外觀參考尺寸:長長/寬寬/高高 31/19.5/38 圏數圏數:120 Ts線徑線徑:0.8 mm銅用量銅用量:22 gCore材質材質:SF67Q-TAF200Core Ae:75 mm Core Le:80 mmCore AL:95+/-10%NH外觀參考尺寸外觀參考尺寸:長長/寬寬/高高 34/20/35圏數圏數:120 Ts線徑線徑:0.8 mm銅用量銅用量:29 gCore材質材質:SF67Q-TAF200Core Ae:75 mm Core Le:80 mmCore AL:95+/-10%NH外觀參考尺寸外觀參考尺寸:長長/寬寬/高高 34/20/34圏數圏數:120 Ts線徑線徑:0.55 mm銅用量銅用量:12.6 g日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較UU形樣品二UU形樣品三環形樣品一一一.靜態重疊電流感量特性比較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.日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較UU形樣品二UU形樣品三環形樣品一二二.靜態感量靜態感量/DCR/Q值值/雜散電容特性比較雜散電容特性比較.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DCR400m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.日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較UU形樣品二UU形樣品三環形樣品一三三.Power動態效能電氣特性比較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,從數據上顯現從數據上顯現其差異不大其差異不大,亦就是亦就是 U形在這部份並無可慮之處形在這部份並無可慮之處.日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較UU形樣品二四四.Power動態動態 Harmonics特性比較特性比較.UU形樣品三環形樣品一Harmonics測試輸入條件.220V/50HZHarmonics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,使用使用 U形均形均能符合需求能符合需求!日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較五五.Power動態動態 輸入波形平衡特性比較輸入波形平衡特性比較.波形平衡測試輸入條件.220V/50HZ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從右圖所示三種結構其表現均於合格範圍內,而使用而使用 U形形其平衡性更好之原因其平衡性更好之原因,是是 U形形內的內的GAP形成形成!UU形樣品二環形樣品一UU形樣品三0.25%0.19%0.19%日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較七七.Power動態動態 溫昇特性比較溫昇特性比較.溫昇測試輸入條件.220V/50HZ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(樣品二樣品二)的溫昇表現較佳的溫昇表現較佳.重點是(樣品三)其溫昇雖與(樣品一)略同,但(樣品三樣品三)其線徑才其線徑才0.55,故在此結構中我們可以使用較小線徑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日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較八八.Power動態動態 SW FET VDS波形比較波形比較.測試輸入條件.220V/50HZ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波形表現均於合格範圍內,故使故使用用 U形結構應可符形結構應可符合需求合需求!環形樣品一UU形樣品二UU形樣品三日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較九九.Conducted EMI比較比較.測試輸入條件.220V/50HZ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.日寶電子公司日寶電子公司環形與日寶環形與日寶 UU形形 Choke電氣特性比較電氣特性比較十十.Radiate EMI比較比較.測試輸入條件.220V/50HZ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,故使用故使用 U形結構應可符合需形結構應可符合需求求!日寶電子公司日寶電子公司日寶日寶 UU形形 Choke結論結論此此 UU形結構雖會增用形結構雖會增用 1個個 Bobbin用量用量(因環形須使用一個因環形須使用一個 Base,故等同於只增加故等同於只增加 一個一個 Bobbin的材料的材料)唯在唯在提昇零件品質提昇零件品質的空間相當大的空間相當大,且若配合使用且若配合使用(合理線徑合理線徑)的改善後的改善後,其其成本尚有一改善空間成本尚有一改善空間.此結構因有此結構因有 Bobbin隔開導線與鐵芯隔開導線與鐵芯,所以鐵芯可減少所以鐵芯可減少 Coating的成本的成本,亦可防止亦可防止 繞線時導線對繞線時導線對 Core的傷害的傷害,更有大幅降低更有大幅降低”雜散電容雜散電容”分佈分佈.優化外觀及降低鐵芯優化外觀及降低鐵芯 溫度之功能溫度之功能.此此 UU形結構其線包繞製可形結構其線包繞製可自動化大量生產自動化大量生產,組裝亦相當容易組裝亦相當容易,適合工廠量化穩定適合工廠量化穩定 生產生產,符合符合 E.I.C.C規範規範!以上各項功效已在我們初步的驗證比對數據中得到證實以上各項功效已在我們初步的驗證比對數據中得到證實,當然我們所測得之數據可當然我們所測得之數據可 能無法代表各能無法代表各 客戶的需求能全部滿足客戶的需求能全部滿足,但此結構確值得開發但此結構確值得開發!