¿Se puede usar un núcleo toroidal de ferrita o hierro en polvo de "brecha distribuida" para el inductor acoplado de un convertidor flyback?

Creo que el tipo de "brecha distribuida" a la que se refiere el comentario de Nick Alexeev en Esta pregunta se refiere a un material de "Powder Core".

El material del núcleo de hierro en polvo es, en términos generales, gránulos de hierro emulsionados en un aglutinante (el material que mantiene unido el material), similar a un epoxi. Entonces, los gránulos de hierro tienen literalmente una separación física entre sí en virtud del material aglutinante. Esta es la "brecha distribuida". Literalmente, una gran cantidad de pequeños espacios.

Con núcleos de hierro laminado, el espacio es explícito y en una sección del núcleo.

Los núcleos de ferrita en su mayor parte no tienen un espacio distribuido.

Proporcionar un espacio es una técnica para evitar la saturación del material del núcleo.

Para diseños de módulos de potencia, el nivel de saturación del inductor es crítico. El nivel de saturación se define normalmente como el nivel de corriente continua en el que la inductancia del dispositivo disminuye del 75 % al 80 % de su inductancia nominal. La corriente continua puede saturar el inductor rápidamente si no se introduce un espacio de aire en la trayectoria magnética del núcleo. Los materiales de hierro en polvo tienen un espacio de aire inherente que se distribuye por todo el núcleo, lo que les da una curva de saturación suave. El material de ferrita debe tener un espacio de aire físicamente insertado o rectificado entre las superficies de contacto de las mitades del núcleo.
[Tomado de Electrónica de Potencia ]

Dado que el "espacio distribuido" de un material de núcleo de hierro en polvo es literalmente un espacio, sí, un núcleo de hierro en polvo se puede usar como si el núcleo estuviera literalmente abierto.

Los núcleos de polvo de hierro tienen pérdidas, y eso definitivamente debería ser una consideración. En la mayoría de los casos, la pérdida del núcleo será demasiado alta para usarla en la mayoría de las aplicaciones de transformadores de alta frecuencia. Pero la brecha distribuida sigue siendo válida como brecha. Las pérdidas en el material del núcleo de hierro en polvo pueden convertirlo en un candidato inadecuado, pero eso dependerá de la aplicación.

Como sabemos casi todos los que nos ocupamos de fuentes de alimentación conmutadas, los diseños de convertidores flyback utilizan un inductor acoplado con espacio de aire en lugar de un transformador.

Esto es falso. Para evitar la saturación del núcleo, en algunas circunstancias, se usa un espacio, pero un espacio no es un requisito previo para un convertidor flyback y un espacio no es un requisito previo para un inductor.

Para un espacio pequeño, la permeabilidad efectiva de un núcleo es la siguiente: -

$\mu_e = \dfrac{\mu_i}{1+\dfrac{\mu_i\cdot gap}{l_e}}$

• Dónde$\mu_e$es la permeabilidad efectiva del núcleo (después del gapping),
• $\mu_i$es la permeabilidad inicial del núcleo antes de la separación
• y$l_e$es la longitud efectiva del núcleo (línea de puntos verde): -

Se especifica una "pequeña brecha" para la precisión de la fórmula porque (para citar a Ferroxcube): -

Esta fórmula simple es una buena aproximación solo para pequeños espacios de aire. Para espacios de aire más largos, algo de flujo cruzará el espacio fuera de su área normal (flujo errante), lo que provocará un aumento de la permeabilidad efectiva.

Para un núcleo de toroide de "brecha distribuida", la fórmula se aplica porque todas las "brechas" son muy, muy pequeñas.