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高温低損失MnZnフェライト PEM95材

EV, HEV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製品の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PEM95材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PEM95の特徴

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PEM95材は高負荷駆動に適した材料です。
その特徴としては高温(100℃以上)で低損失であり、特に大型形状、高負荷条件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、トランスの低発熱化・小型化を実現します。
例えば、電気自動車に搭載されるオンボードチャージャーではバッテリー容量の増加に合わせて、高出力化が必要不可欠となります。それに加えて充電時間の短縮や小型化が要求されるため、用いられるトランスには大電流、低損失、低発熱、小型化対応が必須となります。
高負荷時に低損失なPEM95材はこのようなトランスに最適な材料といえます。

■PEM95使用によって期待される製品への効果
 ・高温(100℃以上)で低損失
 ・特に大型のコアで従来材よりコアロスを低減
■主なアプリケーション
 ・DC/DCコンバータ用トランス、コイル
 ・オンボードチャージャー用トランス
 ・産機用電源トランス

図 1: PC95シリーズの駆動条件とコア重量に対する最適領域

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

大型形状での従来のフェライト材料に対する優位性

PEM95は100℃以上の高い温度領域で低コアロス特性を発揮し、特に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

コア発熱評価

PEM95材を用いたコアの温度上昇評価の実例を紹介します。
下図はEE52形状を高負荷で駆動した際のコア温度の経時変化です。PC95材では温度が上昇し続け熱暴走をおこしておりますが、PEM95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。
PEM95材のフェライトコアは大型、高負荷条件において発熱を抑えることが可能です。

図 5: EE52形状コア温度上昇評価

まとめ

TDKのPEM95材は大型、高負荷条件において高温(100℃以上)でのコアロスを低減することができるためトランス製品の小型、低発熱化を実現することが可能です。
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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