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Na revisão do design do caso de carga de telemóveis TWS e smartwatch, os critérios de seleção para separadores magnéticos estão passando por uma mudança sutil. Há alguns anos, os parâmetros essenciais em que os engenheiros focaram eram permeabilidade magnética e magnetização de saturação. Hoje, em condições de montagem em que a espessura é comprimida para menos de 0,5 mm e a superfície de montagem muda de plano para curvo, "flexibilidade" e "ultra-fina" substituíram "permeabilidade magnética" como critérios primários de rastreamento.
Essa mudança trouxe um problema de engenharia facilmente ignorado: flexibilidade não é gratuita.
De onde vem a flexibilidade: a essência física da tecnologia de quebra magnética
A permeabilidade magnética da banda de liga nanocristalina em forma de blocos é extremamente alta, mas é dura e fraca. Uma faixa de nanocristalina não tratada pode experimentar fraturas incontroláveis e dispersão de fragmentos durante a dobração, resultando em perda completa de propriedades magnéticas. Para tornar esse material "flexível", requer um processo chamado demagnetização.
A essência da fragmentação magnética é a divisão controlada de linhas nanocristalinas contínuas em pequenos fragmentos isoladores mutuamente. As lacunas entre as unidades fragmentadas são cheias de ar ou material isolante, estabelecendo assim uma barreira resistente entre os fragmentos e cortando o caminho fechado de correntes de eddy sobre uma grande área. A seleção do tamanho de fragmento requer um equilíbrio entre perda de corrente de eddy e permeabilidade magnética: quanto menor o fragmento, mais curto o percurso de corrente de eddy, e quanto menor a perda de corrente de eddy; Mas à medida que a área de distância entre fragmentos aumenta, a permeabilidade magnética efetiva do material diminuirá.
A razão pela qual o separador magnético quebrado pode dobrar sem fracasso é porque a tensão de dobramento é "absorvida" pelas lacunas entre os fragmentos. A unidade de fragmento passa por deslizamento relativo durante a dobra, manifestada macroscópicamente como flexibilidade material, enquanto cada fragmento em si não passa por deformação significativa. O filme adesivo de ambos os lados conserta os fragmentos, então mesmo que estejam inclinados para um estado quebrado, os fragmentos não se espalharão e o desempenho eletromagnético ainda pode ser mantido.
O primeiro custo da fragmentação magnética: uma diminuição da permeabilidade magnética efetiva
A permeabilidade magnética efetiva do separador magnético fragmentado é muito menor que a permeabilidade magnética inicial da faixa original. A permeabilidade magnética inicial da faixa de nanocristalina original pode atingir 30000-80000, mas após processos de fragmentação e laminação, a permeabilidade magnética efetiva do produto acabado normalmente cai para 800-1500. Esse declínio não é um defeito de processo, mas um resultado inevitável de estruturas fragmentadas - as lacunas entre os fragmentos formam resistência magnética, e ondas eletromagnéticas precisam "saltar" entre os fragmentos quando penetram o separador magnético, cortando o caminho magnético efetivo.
No receptor de carga sem fio, a função central do separador magnético é guiar as linhas de campo magnético, restringir o fluxo magnético dentro da área de acoplamento da bobina e proteger as perdas de corrente de eddy da placa de trás metal. Se o campo magnético quebrado causa que a permeabilidade magnética efetiva seja baixa demais, as linhas de campo magnético não podem ser completamente guiadas, o campo magnético de vazamento aumenta, o coeficiente de acoplamento das bobinas diminui e a eficiência de carga diminui em consequência. Em um módulo típico de carga inalámbrica de 15W, a perda de corrente de corrente de eddy da placa de trás metal pode reduzir a eficiência de carga em 18% -25% sem usar um separador magnético; Após adotar separadores magnéticos nanocristalinos de alto desempenho, as perdas de corrente de eddy podem ser reduzidas para menos de 3%, e a eficiência global pode ser melhorada em 8-12 pontos percentuais. Mas o pré-requisito para essa melhoria é que o tamanho do fragmento e o método de preenchimento das lacunas do processo de fragmentação magnética sejam exatamente controlados.
O segundo custo da fragmentação magnética: descomposição da interface e integridade do circuito magnético
Separatores magnéticos flexíveis são geralmente compostos por múltiplas camadas de camadas magnéticas fragmentadas que são compostas com fita de dois lados. A intenção original de projetar estruturas multicamadas é obter fluxo magnético suficiente dentro de uma espessura limitada, mas cada interface de camada se torna um ponto de fracasso potencial.
Durante dobramento repetido ou ciclo térmico, o deslizamento relativo entre unidades de fragmentos gerará estresse periódico de corte na camada adesiva. Sob a ação de viscosidade e cura da redução, a camada adesiva gerará estresse adicional nos fragmentos, fazendo com que elas mudem de orientação, alargam lacunas e, finalmente, reduzam a permeabilidade magnética. Este processo irá acelerar quando o raio de dobramento é pequeno (como ≤ 3 mm) ou quando houver mais tempos de dobramento (como mais de 1000 vezes).
Uma questão mais sutil é a forma como as lacunas entre fragmentos são preenchidas. Se os fragmentos estiverem completamente cheios de camada adesiva, a viscosidade da camada adesiva gerará força de aperto nos fragmentos, causando deformação e mudança de orientação dos fragmentos. Uma melhor solução é, pelo menos, preencher parcialmente as lacunas entre os fragmentos com ar - ar é tanto um isolador como um meio não magnético que não exerce estresse adicional sobre os fragmentos. Em alguns esquemas de processo, a camada de isolamento penetra nas lacunas entre fragmentos para formar um suporte de tampão, prevenindo colisões e micro fragmentação entre fragmentos, o que é particularmente importante em condições de dobramento.
O terceiro custo da flexibilidade: o compromisso entre ultra fino e perda
Outra tendência de design para separadores magnéticos flexíveis é ultra fina. Atualmente, a espessura principal de uma camada única dos separadores magnéticos nanocristalinos atingiu 16 μm, com um intervalo típico de espessura de produto de 0,018-0,1 mm. Na mesma eficiência, a espessura típica dos separadores magnéticos nanocristalinos é de apenas 0,11 mm, enquanto o ferrito requer 0,27 mm. A eficiência de carga é de cerca de 2,5% maior e o aumento da temperatura é de 7-8 [UNK] menor.
No entanto, a tecnologia ultra fina também vem com um custo de perda. A capacidade de transporte de fluxo magnético de um separador magnético é diretamente proporcional à sua área transversal. Quando a espessura é comprimida de 0,27 mm a 0,11 mm, o fluxo magnético que o mesmo sistema material pode carregar diminui em cerca de 60%. Isso significa que na mesma frequência de funcionamento e densidade de fluxo magnético, o ponto de trabalho do separador magnético ultra fino está mais próximo da zona de saturação. Uma vez que entra na saturação, a permeabilidade magnética cai fortemente, e o campo magnético penetra o separador magnético na camada de metal. A deterioração da temperatura de corrente de eddy aumenta e a eficiência de carga ocorre simultaneamente.
A magnetização de saturação Bs de materiais nanocristalinos é de cerca de 1,2-1,25 T, o que é cerca de três vezes o de ferritos (0,35-0,45 T). Esta característica de alta Bs proporciona uma base física para materiais ultra finos. Mas em cenários de alta potência (como carga sem fio para veículos acima de 50 W), até separadores magnéticos nanocristalinos precisam ser montados em múltiplas camadas para assegurar capacidade suficiente de carregamento de fluxo magnético.
A tabela seguinte compara os requisitos de espessura e foco de controle da perda de separadores magnéticos flexíveis em diferentes cenários de aplicação:
Lógica de seleção inversa de restrições flexíveis
Para engenheiros que requerem separadores magnéticos flexíveis, a lógica de seleção deve começar da restrição de "flexibilidade" e reverter derivar a relação de concordância entre o sistema material e o plano de processo.
Primeiro, confirmar a correspondência entre o raio de dobramento e o tamanho dos fragmentos magnéticos quebrados
Quanto menor o raio de dobramento, maior a amplitude relativa de deslizamento entre as unidades de fragmento, e maior o estresse de corte suportado pela camada adesiva. Para aplicações com um raio de dobramento ≤ 3 mm, o tamanho do fragmento deve ser controlado dentro de um pequeno intervalo (como 0,5-1,5 mm) para dispersar o estresse de dobramento. Ao selecionar, é necessário confirmar com o fornecedor os dados efetivos de retenção de permeabilidade magnética do produto no raio de dobramento real, em vez de apenas olhar para o valor inicial. A vida dinâmica de dobramento de alguns produtos excede 1000 vezes, com um raio de dobramento de ≤ 3 mm (180 ° dobramento sem quebra).
Em segundo lugar, avaliar o impacto dos métodos de preenchimento de lacunas fragmentadas nas perdas
Se o separador magnético precisar trabalhar em um ambiente de alta temperatura e alta umidade por um longo tempo, as lacunas preenchidas pela camada adesiva podem mudar o desempenho de isolamento elétrico devido ao envelhecimento de gel, e a perda de corrente de eddy aumentará em consequência. A escolha de preenchimento de espaços aéreos ou de isolamento do design da camada de infiltração tem mais vantagens na confiabilidade a longo prazo. Tecnologia do Instituto Avançado adota um esquema de preenchimento de lacunas de ar no processo de fragmentação magnética, combinado com condutividade térmica ou revestimentos de dissipação de calor para evitar que a cinta de duplo lado entra na lacuna de resíduos, mantendo a estabilidade da permeabilidade magnética enquanto controla perdas de corrente de eddy.
Em terceiro lugar, inferir a margem de saturação do nível de potência do sistema
Para aplicações acima de 15W, a densidade de fluxo magnético funcionante do separador magnético está perto ou excede a magnetização de saturação do ferrito. Ao selecionar, a taxa de retenção de permeabilidade do material na densidade de fluxo magnético funcionante deve ser confirmada, em vez de apenas olhar para a permeabilidade inicial. Os B dos separadores magnéticos nanocristalinos são cerca de 1,2-1,3 T, que é 2,5-4 vezes mais do que os ferritos. Na mesma densidade de fluxo magnético, o ponto de operação está longe da região de saturação. No entanto, produtos ultra finos têm menor capacidade de transporte de fluxo magnético na mesma espessura, e cenários de alta potência requerem compensação através de pilhas multicamadas.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A folha de isolamento magnético flexível adota uma estrutura composta de cinta nanocristalina e ferrito. A permeabilidade magnética inicial da cinta é de 8000-30000, e a permeabilidade magnética efetiva do produto acabado é de 150-2000, o que pode ser personalizado. A magnetização de saturação é de cerca de 1,2 T, a coercividade é de ≤ 1,0 A/m, a perda é de ≤ 10 W/kg @ 20kHz/0,5T, e a temperatura Curie é de ≥ 500 ° C.
O produto mantém permeabilidade magnética estável dentro do intervalo de -40 ° C a 150 ° C e suporta rolamento, folha, corte de forma, apoio adesivo e composto multicamada. Os parâmetros podem ser personalizados de acordo com frequência específica, potência e restrições espaciais. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.