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大電力用MnZnフェライト PEL95材

再生可能エネルギーやEV急速充電スタンドの普及にともない、大電力用電源の需要が高まっております。
電源に用いられるトランス製品には、より小型で高効率、低発熱といった特性が求められます。
トランス製品にはフェライトコアが使われますが、フェライトコアのサイズや駆動時の周波数や負荷によってコアの損失(鉄損)が大きく変わるため最適なフェライト材質を選択することがトランス設計のキーポイントとなります。
本記事では大電力用に開発されたPEL95材の特徴や使用する際のポイントについて紹介します。

PC95シリーズのラインナップとPEL95材の特徴

これまでTDKの大電力用のMnZnフェライトはPE22材,PC40材を量産対応していましたが、この度更なる低損失、高効率化の要望に応えられるよう新たにPC95シリーズを大電力用MnZnフェライトのラインナップに追加しました。
その中のPEL95材は高効率化に適した材料です。
その特徴としては比較的低温度域(100度以下)で低損失であり、特に大型のコアで従来材よりコアロスを低減することが期待できるため、トランスの高効率化・低発熱化を実現します。
例えば、EV急速充電システムでは低発熱、大電力駆動が要求されるため、用いられるDC-DCコンバーター用のトランスは大型になりますが大型化を抑制するためにできるだけ低損失なコアが必要となります。PEL95材はこのような大型、大電力で駆動するトランスに最適な材料といえます。

■PEL95材の使用によって期待される製品への効果
・低損失化によるトランスの高効率化
・温度上昇抑制効果
■主なアプリケーション
・産業機器用電源トランス
・DCーDCコンバータ用、インバータ用トランス等
・急速充電スタンド用トランス

図 1: PC95シリーズの駆動条件とコア重量に対する最適

基本材質特性

公差指定なき値は、代表値

材質 PE22 PC40 PC95 PEL95 PEM95
初透磁率 μi 1800±25% 2300±25% 3300±25% 4100±25% 2900±25%
コアロス Pcv 25℃ 890 670 350 290 440
[kW/m3] 60℃ 620 500 300 290 360
100kHz, 200mT 100℃ 520 420 290 360 320
120℃ 600 490 350 420 340
飽和磁束密度 Bs [mT] 25℃ 510 500 530 500 520
H=1194A/m 100℃ 410 380 410 370 410
キュリー温度 Tc [℃] >200 >200 >215 >180 >210
表 1: 材料特性比較表
図 2: コアロス(Pcv)の温度依存性
図 3: 透磁率の温度依存性

従来のフェライト材料に対する優位性

PEL95は広い温度領域、特に100℃以下で低コアロス特性を発揮しますが、大型形状においてその特性が顕著となります。
※動作周波数、Bm、コア形状によって最適な材質が変るため、ご検討の際にはPC95材、PEL95材、PEM95材の3材質での比較評価を推奨いたします。

図 4: 製品形状でのコアロス(Pcv)の温度依存性比較

超大型30kWトランスでの温度上昇実験

PEL95材を用いた大型トランスの温度上昇評価の実例を紹介します。
下図は大型トランスを駆動した際のコア温度の経時変化です。競合他社コアでは温度が上昇し続け熱暴走をおこしておりますが、PEL95材を用いたコアでは温度上昇後、一定温度で安定しております。
PEL95材のフェライトコアは大型形状において発熱を抑えることが可能です。

図 5: EE80多数個使い超大型30kWトランスのコアロス(Pcv)の温度上昇比較

まとめ

TDKのPEL95材は大型コアにおいて広い温度領域での低コアロス特性により大電力用トランス製品の高効率化、低発熱化を実現する製品です。
各種大型形状のサンプルを準備しておりますのでご興味がございましたら、ぜひお気軽にお問い合わせください。
※アプリケーション例は事例であり、他のアプリケーションにも使用可能です。
カタログに記載の無いカスタム形状にも対応いたします。

代表製品 PQ60/42-Z PQ65/54-Z PQ107X87X70-Z EE80X76X20 SP100X100X5 UU79X129X31 EC90X90X30 ETD59-Z
アプリケーション例*

xEV DC-DC

xEV DC-DC

急速充電
スタンド

急速充電
スタンド

産機用電源

産機用電源

産機用電源

産機用電源

産機用電源

産機用電源

イメージ図
サイズ(mm) 59 X 51 X 39 65 X 53 X 45 107 X 87 X 70 80 X 76 X 20 100 X 100 X 5 79 X 129 X 31 90 X 90 X 30 60 X 62 X 22
SHAPES AND DIMENSIONS SHAPES AND DIMENSIONS SHAPES AND DIMENSIONS SHAPES AND DIMENSIONS SHAPES AND DIMENSIONS SHAPES AND DIMENSIONS SHAPES AND DIMENSIONS SHAPES AND DIMENSIONS
表 2: 代表製品

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