Uporaba magnetnih kroglic pri EMC načrtovanju stikalnih napajalnikov
Težave z elektromagnetno združljivostjo so danes postale vroče in zahtevno vprašanje v elektronskem načrtovanju in proizvodnji. Problem EMC v praktičnih aplikacijah je zelo kompleksen in ga ni mogoče rešiti samo s teoretičnim znanjem. Bolj se opira na praktične izkušnje elektronskih inženirjev. Da bi bolje obravnavali vprašanje elektromagnetne združljivosti v elektronskih izdelkih, je treba upoštevati predvsem ozemljitev, zasnovo vezja in tiskanega vezja, zasnovo kabla, zasnovo oklopa in druga vprašanja.
Ta članek pojasnjuje pomen magnetnih kroglic v vidiku elektromagnetne združljivosti stikalnih napajalnikov z uvedbo njihovih osnovnih principov in značilnosti, da se zagotovi več in boljše izbire za oblikovalce stikalnih napajalnikov pri načrtovanju novih izdelkov.
1 Feritni element za dušenje elektromagnetnih motenj
Ferit je vrsta feromagnetnega materiala s kubično mrežno strukturo. Njen postopek izdelave in mehanske lastnosti so podobne keramiki, s sivo črno barvo. Vrsta magnetnega jedra, ki se običajno uporablja v filtrih za elektromagnetne motnje, je feritni material in mnogi proizvajalci ponujajo feritne materiale posebej za zatiranje elektromagnetnih motenj. Značilnost tega materiala je visoka izguba frekvence. Najpomembnejši parameter delovanja ferita, ki se uporablja za zatiranje elektromagnetnih motenj, je magnetna prepustnost μ in gostota magnetnega pretoka nasičenja Bs. Magnetna prepustnost μ Lahko se izrazi kot kompleksno število, pri čemer realni del tvori induktivnost, imaginarni del pa predstavlja izgubo, ki narašča s frekvenco. Zato je njegovo ekvivalentno vezje zaporedno vezje, sestavljeno iz induktivnosti L in upora R, ki sta funkciji frekvence. Ko gre žica skozi to feritno jedro, se oblikovana impedanca induktivnosti formalno poveča z naraščajočo frekvenco, vendar je mehanizem popolnoma drugačen pri različnih frekvencah.
V nizkofrekvenčnem območju je impedanca sestavljena iz induktivne reaktanse induktorja. Pri nizkih frekvencah je R zelo majhen, magnetna prepustnost magnetnega jedra pa visoka. Zato je induktivnost velika in L igra glavno vlogo. Elektromagnetne motnje so zadušene z odbojem; In na tej točki je izguba magnetnega jedra razmeroma majhna, celotna naprava pa je induktor z nizkimi izgubami in visoko karakteristiko Q, ki je nagnjena k resonanci. Zato lahko v nizkofrekvenčnem območju včasih pride do povečanja motenj po uporabi feritnih magnetnih kroglic.
V visokofrekvenčnem območju je impedanca sestavljena iz komponent upora. Ko se frekvenca poveča, se magnetna prepustnost magnetnega jedra zmanjša, kar povzroči zmanjšanje induktivnosti in induktivnosti komponent induktivnosti. Vendar pa se v tem času izguba magnetnega jedra poveča in komponenta upora se poveča, kar povzroči povečanje skupne impedance. Ko visokofrekvenčni signal prehaja skozi ferit, se elektromagnetne motnje absorbirajo in pretvorijo v toplotno energijo za odvajanje.
Komponente za zatiranje feritov se pogosto uporabljajo v tiskanih vezjih, daljnovodih in podatkovnih vodih. Če na vhod električnega voda na tiskanem vezju dodate komponento za zatiranje ferita, je mogoče filtrirati visokofrekvenčne motnje. Feritni magnetni obroči ali kroglice so posebej zasnovani za zatiranje visokofrekvenčnih in vršnih motenj na signalnih in električnih vodih, prav tako pa lahko absorbirajo motnje impulzov elektrostatične razelektritve.
Načelo in značilnosti magnetnih kroglic: Ko tok teče skozi žico v luknji jedra, postane magnetna sled, ki kroži znotraj magnetne kroglice. Pri pripravi ferita za nadzor EMI bi moralo biti mogoče večino magnetnega pretoka odvesti kot toploto v materialu. Ta pojav je mogoče simulirati s serijsko kombinacijo induktorja in upora.
Energija signala je magnetno povezana z magnetnimi kroglicami, zato se reaktanca in upornost induktorja povečujeta z naraščajočo frekvenco. Učinkovitost magnetne sklopke je odvisna od prepustnosti materiala magnetne kroglice glede na zrak. Izgubo feritnih materialov, ki običajno sestavljajo magnetne kroglice, je mogoče izraziti kot kompleksno količino z njihovo relativno prepustnostjo za zrak.
Magnetni materiali so pogosto označeni s kotom izgube z uporabo tega razmerja. Uporaba komponent za zatiranje elektromagnetnih motenj zahteva velik kot izgube, kar pomeni, da bo večina motenj razpršena brez odboja. Različni razpoložljivi feritni materiali, ki so trenutno na voljo, nudijo oblikovalcem široko paleto možnosti za uporabo magnetnih kroglic v različnih situacijah.
