Der Leistungsunterschied zwischen Stromsensoren kann in diesem „Magnetkern“ liegen

Der Leistungsunterschied zwischen Stromsensoren kann in diesem „Magnetkern“ liegen

Der Magnetkern dient als „Erfassungsrahmen“ eines Stromsensors; er konzentriert das durch den Strom im Leiter erzeugte Magnetfeld und leitet es zur Detektion an den Hall-Effekt-Sensor, die Spule oder das magnetoresistive Element weiter.

Die Qualität des Magnetkerns wirkt sich direkt auf Genauigkeit, Linearität, Temperaturdrift, Sättigungsfestigkeit und Frequenzgang des Sensors aus.

I. Siliziumstahl: Eine etablierte Lösung für Hochleistungs- und Netzfrequenzanwendungen

Siliziumstahl ist eines der grundlegenden weichmagnetischen Materialien. Zur Verringerung von Wirbelstromverlusten werden Eisen 1 % bis 5 % Silizium zugesetzt, um den spezifischen Widerstand zu erhöhen.

• Hauptvorteile: Hohe magnetische Sättigungsinduktion (zwischen 1,8T und 2,0T), niedrige Kosten und hohe mechanische Festigkeit.
• Leistungsbeschränkungen: Die Verluste steigen bei hohen Frequenzen stark an, daher wird er typischerweise unterhalb von 1kHz eingesetzt.
• Anwendungsszenarien: Netzfrequenz-Stromwandler, Open-Loop-Hall-Stromsensoren.

II. Permalloy: Streben nach höchster Präzision

Permalloy ist eine Nickel-Eisen-Legierung mit extrem hoher Anfangspermeabilität und extrem niedriger Koerzitivfeldstärke.

• Hauptvorteile: Extrem hohe Empfindlichkeit bei schwachen Magnetfeldern, ausgezeichnete Linearität und minimaler Phasenfehler.
• Leistungsbeschränkungen: Niedrige magnetische Sättigungsinduktion (ca. 0,7T–0,8T) und sehr empfindlich gegenüber mechanischer Belastung.
• Anwendungsszenarien: Präzisions-Stromwandler, Fluxgate-Stromsensoren, Fehlerstromsensoren.

III. Ferrit: Ein unverzichtbares Material für Schaltnetzteile

Ferrit ist eine Art keramisches magnetisches Material mit extrem hohem spezifischem Widerstand.

• Hauptvorteile: Hoher spezifischer Widerstand, extrem geringe Wirbelstromverluste bei hohen Frequenzen, und die Arbeitsfrequenz kann mehrere MHz erreichen.
• Extrem niedrige Kosten: Die Form lässt sich leicht bearbeiten.
• Leistungsbeschränkungen: Niedrige magnetische Sättigungsinduktion (0,3T–0,5T), stark temperaturabhängig.
• Anwendungsszenarien: Hochfrequenz-Stromwandler, Hochfrequenz-Open-Loop-Sensoren, Rogowski-Spulen (Hilfskerne).

IV. Nanokristallin: Der „Allrounder“ unter den weichmagnetischen Materialien

Nanokristalline Materialien werden durch Schnellverfestigungstechnologie hergestellt und besitzen extrem feine Kornstrukturen, wodurch sie die Vorteile von Siliziumstahl und Permalloy vereinen.

• Hauptvorteile: Hohe magnetische Sättigungsflussdichte (~1,2T), hohe Permeabilität, extrem geringe Hochfrequenzverluste.
• Temperaturstabilität: Minimale Temperaturdrift, stabil von DC bis zu mehreren hundert kHz.
• Leistungsbeschränkungen: Das Material ist spröde und erfordert in der Regel ein Schutzgehäuse.
• Anwendungsszenarien: Closed-Loop-Hall-Sensoren, leistungsstarke Fluxgate-Sensoren, breitbandige Stromwandler.

Vergleichstabelle der Leistung verschiedener Magnetkernmaterialien