{"id":77141,"date":"2024-09-27T12:29:25","date_gmt":"2024-09-27T11:29:25","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/unkategorisiert\/thermische-alterung-bei-verpressten-leistungsinduktivitaeten\/"},"modified":"2024-10-02T09:30:21","modified_gmt":"2024-10-02T08:30:21","slug":"thermische-alterung-bei-verpressten-leistungsinduktivitaeten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/de\/sm-de\/thermische-alterung-bei-verpressten-leistungsinduktivitaeten\/","title":{"rendered":"Thermische Alterung bei verpressten Leistungsinduktivit\u00e4ten"},"content":{"rendered":"\n

Der Trend zu leistungsst\u00e4rkeren, miniaturisierten Komponenten<\/a> hat dazu gef\u00fchrt, dass passive elektronische Komponenten, wie Leistungsinduktivit\u00e4ten, immer h\u00f6heren Temperaturen standhalten m\u00fcssen, was die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Alterung erh\u00f6ht.<\/p>\n\n\n\n

Deshalb hat W\u00fcrth Elektronik<\/a> Hochtemperaturinduktivit\u00e4ten mit verbesserter Zuverl\u00e4ssigkeit und Leistung entwickelt. Im Folgenden erfahren Sie, welche Eigenschaften diese haben und in welchen verschiedenen Anwendungen sie eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Thermische Alterung \u2013 Die Ursachen<\/h2>\n\n\n\n

Wenn Komponenten wie Induktivit\u00e4ten \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt sind, f\u00fchrt das zur allm\u00e4hlichen Erosion des magnetischen Kernmaterials. Dieser Degradationsprozess wird thermische Alterung genannt. Bei Temperaturen \u00fcber 100 \u00b0C verlieren Hochtemperaturwerkstoffe, wie die im Kern verwendeten Eisenlegierungen, ihre magnetischen Eigenschaften, was zu einem deutlichen Temperaturanstieg im Kerninneren und einem deutlichen Anstieg der Kernverluste und damit zu Leistungsverlusten f\u00fchrt. Aufgrund ihrer h\u00e4ufigen Belastung durch W\u00e4rmeschwankungen weisen Hochstrom-Induktivit\u00e4ten einen besonders auff\u00e4lligen Alterungseffekt auf.<\/p>\n\n\n\n

Thermische Alterung \u2013 Der Degradationsprozess<\/h2>\n\n\n\n

Der Grossteil der thermischen Alterung findet bei Leistungsinduktivit\u00e4ten im Kern statt. Der Kern von gepressten Leistungsinduktivit\u00e4ten besteht aus einer Eisenlegierung oder einem anderen verdichteten magnetischen Material (siehe unten), dessen Eigenschaften sich bei wiederholter Hitzeeinwirkung verschlechtern. Daher kann sich die F\u00e4higkeit der Induktivit\u00e4t, hohe Str\u00f6me zu verarbeiten, mit der Zeit verschlechtern, insbesondere in stark beanspruchten Betriebsumgebungen. Die Induktivit\u00e4t kann sich mit der Zeit immer st\u00e4rker erw\u00e4rmen, was zu einem Leistungsabfall f\u00fchren kann. Systeme wie DC\/DC-Wandler k\u00f6nnen dadurch an Effizienz verlieren, was zu Ausf\u00e4llen f\u00fchren kann.<\/p>\n\n\n\n

Magnetische Materialien f\u00fcr Leistungsinduktivit\u00e4ten<\/h3>\n\n\n\n

F\u00fcr die Herstellung von Induktivit\u00e4ten stehen verschiedene magnetische Werkstoffe zur Verf\u00fcgung, darunter traditionelle Ferrite (Mn-Zn, Ni-Zn, Ni-Cu-Zn), weichmagnetische Metalle (Si-Fe, amorph, nanokristallin) und Metallpulverlegierungen (Fe-Si, Fe-Ni, Fe-Co). Die Kerne aus Metallpulverlegierungen haben zwar eine hohe Permeabilit\u00e4t, aber ihre isolierte Kornstruktur f\u00fchrt zu nichtmagnetischen L\u00fccken, die die effektive Permeabilit\u00e4t (\u03bce) auf unter 200 senken. Bei Ferriten und weichmagnetischen Metallen, die beide eine hohe Permeabilit\u00e4t (> 1000) aufweisen, muss f\u00fcr die Linearisierung der Hysteresekurve zur Vermeidung einer schnellen S\u00e4ttigung ein Luftspalt eingef\u00fcgt werden.<\/p>\n\n\n\n

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Typische Mikrostrukturen von weichmagnetischen Werkstoffen aus Metall\/Legierung und schematische Wirbelstrompfade sowie SMCs.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Magnetische Pulverlegierungen bieten im Vergleich zu keramischen Werkstoffen eine zwei- bis dreifach h\u00f6here S\u00e4ttigungsflussdichte und eignen sich daher f\u00fcr verschiedene Anwendungen. Bei weichmagnetischen Verbundwerkstoffen (Soft Magnetic Composites, SMCs) werden die Legierungen mit einer isolierenden Schicht \u00fcberzogen und mit einem Bindemittel aus Polymer verpresst. Diese Struktur minimiert die Wirbelstromverluste und sorgt f\u00fcr einen gleichm\u00e4ssig verteilten Luftspalt entlang des Magnetpfades, wodurch sich SMC-Kerne ideal f\u00fcr Hochstrom- und Hochfrequenzanwendungen eignen.<\/p>\n\n\n\n

In SMCs werden Wirbelstr\u00f6me aufgrund der Isolierung zwischen den Partikeln reduziert, was die Leistung bei Hochfrequenzanwendungen im Vergleich zu Ferriten und leitf\u00e4higen Weichmetallen verbessert. Sie zeichnen sich auch durch eine bessere Gleichstromvorspannung und Temperaturstabilit\u00e4t aus, wodurch sie sich hervorragend f\u00fcr Anwendungen mit hoher Strom- und Leistungsdichte eignen. Die langfristige Temperaturstabilit\u00e4t kann jedoch beeintr\u00e4chtigt werden, wenn sie \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt sind und mit hohen Frequenzen arbeiten.<\/p>\n\n\n\n

Thermische Alterung bei verpressten Leistungsinduktivit\u00e4ten<\/h2>\n\n\n\n

Durch die langfristige Einwirkung hoher Temperaturen kommt es zur thermischen Alterung von verpressten Leistungsinduktivit\u00e4ten, die ihre Funktionsf\u00e4higkeit nach und nach einschr\u00e4nkt. Mehr \u00fcber diesen Prozess erfahren Sie unten im Video.<\/p>\n\n\n\n

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