Примена магнетних перли у ЕМЦ дизајну напајања
ЕМЦ је постао вруће и тешко питање у данашњем електронском дизајну и производњи. Проблем ЕМЦ у практичној примени је веома компликован и не може се решити ослањањем на теоријско знање. То више зависи од практичног искуства електронских инжењера. Да би се боље решио проблем ЕМЦ електронских производа, потребно је размотрити питања као што су уземљење, дизајн кола и штампане плоче, дизајн каблова и дизајн оклопа.
Овај рад уводи основне принципе и карактеристике магнетних перли како би илустровао њихов значај у ЕМЦ расклопног напајања, како би се дизајнерима производа за прекидачко напајање пружио већи и бољи избор при дизајнирању нових производа.
1 Феритне компоненте за сузбијање електромагнетних сметњи
Ферит је феримагнетни материјал са кубичном структуром решетке. Процес производње и механичка својства су слични керамици, а боја је сиво-црна. Једна врста магнетног језгра који се често користи у ЕМИ филтерима је феритни материјал, а многи произвођачи обезбеђују феритне материјале који се посебно користе за сузбијање ЕМИ. Овај материјал карактеришу веома велики губици високе фреквенције. За ферит који се користи за сузбијање електромагнетних сметњи, најважнији параметри перформанси су магнетна пермеабилност μ и густина магнетног флукса засићења Бс. Магнетна пермеабилност μ се може изразити као комплексан број, реални део чини индуктивност, а имагинарни део представља губитак, који расте са повећањем фреквенције. Према томе, његово еквивалентно коло је серијско коло састављено од индуктора Л и отпорника Р, и Л и Р су функције фреквенције. Када жица прође кроз ово феритно језгро, формирана индуктивна импеданса се повећава у облику како се фреквенција повећава, али је механизам потпуно другачији на различитим фреквенцијама.
У опсегу ниске фреквенције, импеданса се састоји од индуктивне реактансе индуктивности. На ниским фреквенцијама, Р је веома мали, а магнетна пермеабилност магнетног језгра је висока, тако да је индуктивност велика, а Л игра главну улогу, а електромагнетне сметње се рефлектују и потискују; а у овом тренутку магнетни Губитак језгра је мали, а цео уређај је индуктор са малим губицима и високим К карактеристикама. Овај индуктор је лако изазвати резонанцију. Стога, у опсегу ниских фреквенција, понекад може доћи до појаве појачаних сметњи након употребе феритних перли.
У високофреквентном опсегу, импеданса се састоји од компоненти отпора. Како се фреквенција повећава, магнетна пермеабилност магнетног језгра се смањује, што резултира смањењем индуктивности индуктора и смањењем компоненте индуктивне реактансе. Међутим, у овом тренутку се повећава губитак магнетног језгра и повећава се компонента отпора. , што доводи до повећања укупне импедансе, када високофреквентни сигнал прође кроз ферит, електромагнетне сметње се апсорбују и распршују у облику топлотне енергије.
Компоненте за сузбијање ферита се широко користе на штампаним плочама, електричним водовима и водовима података. Ако се елемент за сузбијање ферита дода на улазни крај напонске линије штампане плоче, високофреквентне сметње се могу филтрирати. Феритни магнетни прстенови или магнетне перле се посебно користе за сузбијање високофреквентних сметњи и сметњи шиљцима на сигналним линијама и далеководима. Такође има способност да апсорбује сметње импулса електростатичког пражњења.
2. Принцип и карактеристике магнетних перли Када струја тече кроз жицу у њеном централном отвору, то ће бити магнетна стаза која циркулише унутар магнетне перле. Ферити за ЕМИ контролу треба да буду формулисани тако да се највећи део магнетног флукса распршује као топлота у материјалу. Овај феномен се може моделовати серијом комбинације индуктора и отпорника. као што је приказано на слици 2
Нумеричка вредност две компоненте је пропорционална дужини магнетне перле, а дужина магнетне перле има значајан утицај на ефекат потискивања. Што је дужина магнетне перле, то је бољи ефекат потискивања. Пошто је енергија сигнала магнетно повезана са магнетном перлом, реактанса и отпор индуктора се повећавају са повећањем фреквенције. Ефикасност магнетне спреге зависи од магнетне пермеабилности материјала перле у односу на ваздух. Обично се губитак феритног материјала који чини зрно може изразити као комплексна величина кроз његову пропустљивост у односу на ваздух.
Магнетни материјали често користе овај однос за карактеризацију угла губитка. Велики угао губитка је потребан за компоненте за сузбијање ЕМИ, што значи да ће се већина сметњи распршити и неће рефлектовати. Широк избор феритних материјала који су данас доступни дизајнерима пружа широк спектар могућности за коришћење феритних перли у различитим применама.
3 Примена магнетних перли
3.1 Пригушивач шиљака
Највећи недостатак прекидачког напајања је то што се лако ствара шум и сметње, што је кључни технички проблем који мучи прекидачко напајање већ дуже време. Бука прекидачког напајања углавном је узрокована брзо променљивом високонапонском комутацијом и импулсном струјом кратког споја прекидачке струјне цеви и прекидачке исправљачке диоде. Стога је коришћење ефикасних компоненти за њихово ограничавање на минимум један од главних метода сузбијања буке. Нелинеарна засићена индуктивност се обично користи за сузбијање пика струје повратног опоравка, у овом тренутку радно стање гвозденог језгра је од -Бс до плус Бс. У складу са конзистентношћу високе магнетне пропустљивости и засићених ултра-малих индуктивних елемента-магнетних перли на слободној диоди прекидачког напајања, развијен је супресор шиљака који се користи за сузбијање вршне струје која се ствара када се укључи прекидачки извор напајања.
Карактеристике перформанси супресора шиљака
(1) Почетна и максимална вредност индуктивности су веома високе, а нелинеарност вредности преостале индуктивности након засићења је крајње неочигледна. Након што се серијски споји на коло, струја расте и тренутно показује високу импедансу, која се може користити као такозвани елемент тренутне импедансе.
(2) Погодан је за спречавање прелазног струјног вршног сигнала у полупроводничком колу, кола за побуђивање удара и пратеће буке, а такође може спречити оштећење полупроводника.
(3) Преостала индуктивност је изузетно мала, а губитак је веома мали када је коло стабилно.
(4) Потпуно се разликује од перформанси феритних производа.
(5) Све док се избегава магнетно засићење, може се користити као ултра-мали индуктивни елемент високе индуктивности.
(6) Може се користити као засићено гвоздено језгро високих перформанси са малим губицима за контролу и генерисање осцилација.
Супресор шиљака захтева да материјал гвозденог језгра има већу магнетну пермеабилност да би се добила већа индуктивност; висок квадратни однос може учинити гвоздено језгро засићеним, а индуктивност би требало брзо да падне на нулу; коерцитивна сила је мала и губитак високе фреквенције је низак, иначе језгро неће радити исправно због одвођења топлоте.
Сврха супресора шиљака је углавном да смањи тренутни вршни сигнал; смањити шум изазван тренутним вршним сигналом; спречити оштећење прекидачког транзистора; смањити комутациони губитак комутационог транзистора; надокнадити карактеристике опоравка диоде; спречити побуђивање шока високофреквентном импулсном струјом. Користи се као филтер за ултра-мале линије итд.
3.2 Примена у филтеру а) Резултат теста без магнетних перли б) Резултат теста са магнетним перлама ц) Резултат теста са Л линијом и магнетним перлама д) Резултат теста са Н линијом и магнетним перлама
Обични филтери се састоје од реактивних компоненти без губитака. Његова функција у колу је да рефлектује фреквенцију зауставног појаса назад до извора сигнала, па се овај тип филтера назива и рефлексијски филтер. Када филтер рефлексије не одговара импеданси извора сигнала, део енергије ће се рефлектовати назад у извор сигнала, што ће резултирати повећањем нивоа сметњи. Да би се решио овај недостатак, феритни магнетни прстен или навлака за магнетне перле могу се користити на долазној линији филтера, а губитак високофреквентног сигнала на вртложне струје помоћу феритног прстена или магнетне перле може се користити за претварање високе -фреквентна компонента у губитке топлоте. Стога, магнетни прстен и магнетне перле заправо апсорбују високофреквентне компоненте, па се понекад називају апсорпционим филтерима.
Различите компоненте за сузбијање ферита имају различите оптималне фреквенцијске опсеге супресије. Генерално, што је већа пермеабилност, то је нижа фреквенција потиснута. Поред тога, што је већа запремина ферита, то је бољи ефекат супресије. Када је запремина константна, дугачак и танак облик има бољи ефекат потискивања од кратког и дебелог, а што је мањи унутрашњи пречник, то је бољи ефекат потискивања. Међутим, у случају једносмерне или наизменичне струје, и даље постоји проблем засићења ферита. Што је већи попречни пресек елемента за потискивање, мања је вероватноћа да ће бити засићен, а то је већа струја пристрасности коју може да издржи.
На основу горе наведених принципа и карактеристика магнетних перли, примењује се на филтер прекидачког напајања, а ефекат је очигледан. Из резултата испитивања се види да се примена магнетних перли значајно разликује. Из експерименталних резултата се може видети да због утицаја склопног кола напајања, структурног распореда и снаге, понекад има добар ефекат сузбијања сметњи диференцијалног режима, понекад има добар ефекат сузбијања сметњи заједничког режима, а понекад не може да потисне сметње. Напротив, повећаће сметње буке.
Када магнетни прстен/перла који апсорбује ЕМИ потискује сметње диференцијалног режима, тренутна вредност која пролази кроз њега је пропорционална његовој запремини, а неравнотежа између ова два изазива засићење, што смањује перформансе компоненте; када сузбијате сметње заједничког режима, повежите две жице (позитивну и негативну) напајања. Прођите кроз магнетни прстен у исто време, ефективни сигнал је сигнал диференцијалног режима, а магнетни прстен/магнетна перла која апсорбује ЕМИ нема ефекта на њему, али ће показати велику индуктивност за сигнал заједничког мода. Још један бољи метод у коришћењу магнетног прстена је да се жица која пролази кроз магнетни прстен више пута намотава да би се повећала индуктивност. Према принципу сузбијања електромагнетних сметњи, његов ефекат супресије се може разумно користити.
Компоненте за сузбијање ферита треба поставити у близини извора сметњи. За улазно/излазно коло, оно би требало да буде што је могуће ближе улазу и излазу заштитног кућишта. За апсорпциони филтер састављен од феритног магнетног прстена и магнетних перли, поред избора материјала са губитком са високом магнетном пермеабилности, треба обратити пажњу и на прилике његове примене. Њихов отпор према високофреквентним компонентама у линији је око десет до стотине Ω, тако да његова улога у колима високе импедансе није очигледна. Напротив, у колима ниске импедансе (као што су дистрибуција енергије, напајање или кола радио фреквенције) употреба ће бити веома ефикасна.
