Вести

Во нашиот идеален свет, безбедноста, квалитетот и перформансите се најважни. Меѓутоа, во многу случаи, цената на последната компонента, вклучувајќи го и феритот, стана одлучувачки фактор. Овој напис е наменет да им помогне на дизајнерите инженери да најдат алтернативни феритни материјали за намалување трошок.
Посакуваните внатрешни својства на материјалот и геометрија на јадрото се одредуваат со секоја специфична апликација. Инхерентни својства кои ги регулираат перформансите во апликациите со ниско ниво на сигнал се пропустливоста (особено температурата), ниските загуби на јадрото и добрата магнетна стабилност со текот на времето и температурата. Апликациите вклучуваат висока Q индуктори, намотки со заеднички режим, широкопојасен интернет, усогласени и импулсни трансформатори, елементи на радио антена и активни и пасивни повторувачи. полнење на батерии за електрични возила, магнетни засилувачи, DC-DC конвертори, филтри за напојување, калеми за палење и трансформатори.
Внатрешното својство кое има најголемо влијание врз перформансите на меките ферити во апликациите за потиснување е комплексната пропустливост [1], која е пропорционална на импедансата на јадрото. Постојат три начини да се користи феритот како супресор на несакани сигнали (спроведени или зрачени Првата и најмалку вообичаена е како практичен штит, каде што феритите се користат за да се изолираат спроводниците, компонентите или кола од зрачењето заскитано електромагнетно поле. Во втората апликација, феритите се користат со капацитивни елементи за да се создаде низок пропуст. филтер, т.е. индуктивност - капацитивен на ниски фреквенции и дисипација на високи фреквенции. Третата и најчеста употреба е кога феритните јадра се користат сами за одводи на компоненти или кола на ниво на плоча. Во оваа апликација, јадрото на феритот спречува какви било паразитски осцилации и/ или го ублажува несаканото преземање или пренос на сигнал што може да се шири по доводите на компонентите или меѓусебните врски, трагите или каблите. Во втората и третата примена, феритните јадра го потиснуваат спроведениот EMI со елиминирање или значително намалување на струите со висока фреквенција што ги црпат изворите на EMI. Воведувањето на феритот обезбедува Доволно висока фреквентна импеданса за да ги потисне струите со висока фреквенција. Во теорија, идеален ферит би обезбедил висока импеданса на EMI фреквенциите и нула импеданса на сите други фреквенции. Всушност, јадрата на супресорот на феритот обезбедуваат импеданса зависна од фреквенцијата. На фреквенции под 1 MHz, максимална импеданса може да се добие помеѓу 10 MHz и 500 MHz во зависност од феритниот материјал.
Бидејќи е во согласност со принципите на електротехниката, каде што наизменичниот напон и струјата се претставени со сложени параметри, пропустливоста на материјалот може да се изрази како сложен параметар кој се состои од реални и имагинарни делови. Ова се демонстрира на високи фреквенции, каде што пропустливоста се дели на две компоненти. наизменично магнетно поле.Тие може да се изразат како сериски компоненти (μs'μs") или во паралелна компонента (µp'µp").Графиконите на сликите 1, 2 и 3 ги прикажуваат сериските компоненти на комплексната почетна пропустливост како функција на фреквенцијата за три феритни материјали.Материјалот тип 73 е ферит од манган-цинк, почетната магнетна Спроводливоста е 2500. Материјалот тип 43 е никел-цинк ферит со почетна пропустливост од 850. Материјалот тип 61 е никел-цинк ферит со почетна пропустливост од 125.
Фокусирајќи се на сериската компонента на материјалот од тип 61 на слика 3, гледаме дека реалниот дел од пропустливоста, μs', останува константен со зголемување на фреквенцијата додека не се достигне критична фреквенција, а потоа брзо се намалува. Загубата или μs“ се зголемуваат а потоа достигнува врв како паѓање на μs.Ова намалување на μs' се должи на почетокот на феримагнетната резонанца.[3] Треба да се забележи дека колку е поголема пропустливоста, толку повеќе Толку е помала фреквенцијата.Оваа инверзна врска првпат беше забележана од Сноек и ја даде следната формула:
каде што: ƒres = μs” фреквенција при максимална γ = жиромагнетна сооднос = 0,22 x 106 A-1 m μi = почетна пропустливост Msat = 250-350 Am-1
Бидејќи јадрата на феритите што се користат во апликациите со ниско ниво на сигнал и моќност се фокусираат на магнетни параметри под оваа фреквенција, производителите на ферити ретко објавуваат податоци за пропустливост и/или загуба на повисоки фреквенции. Сепак, податоците со повисока фреквенција се неопходни кога се специфицираат феритни јадра за потиснување на EMI.
Карактеристиката што повеќето производители на ферити ја одредуваат за компонентите што се користат за потиснување на EMI е импедансата. Импедансата лесно се мери на комерцијално достапен анализатор со директно дигитално отчитување. За жал, импедансата обично се одредува на одредена фреквенција и е скалар што ја претставува големината на комплексот вектор на импеданса.Иако овие информации се вредни, честопати се недоволни, особено при моделирање на перформансите на колото на феритите. За да се постигне ова, вредноста на импедансата и фазниот агол на компонентата или сложената пропустливост на конкретниот материјал, мора да бидат достапни.
Но, дури и пред да почнат да ги моделираат перформансите на феритни компоненти во коло, дизајнерите треба да го знаат следново:
каде μ'= реален дел од сложената пропустливост μ”= имагинарен дел од сложената пропустливост j = имагинарен вектор на единицата Lo= индуктивност на воздушното јадро
Импедансата на железното јадро, исто така, се смета за сериска комбинација на индуктивната реактанса (XL) и отпорноста на загуби (Rs), и двете зависат од фреквенцијата. Јадрото без загуби ќе има импеданса дадена од реактансата:
каде што: Rs = вкупен сериски отпор = Rm + Re Rm = еквивалентен сериски отпор поради магнетни загуби Re = еквивалентен сериски отпор за загуби на бакар
При ниски фреквенции, импедансата на компонентата е првенствено индуктивна. Како што се зголемува фреквенцијата, индуктивноста се намалува додека загубите се зголемуваат и вкупната импеданса се зголемува. Слика 4 е типичен график од XL, Rs и Z наспроти фреквенцијата за нашите материјали со средна пропустливост .
Тогаш индуктивната реактанса е пропорционална на реалниот дел од комплексната пропустливост, со Lo, индуктивноста на воздушното јадро:
Отпорот на загуба е исто така пропорционален на имагинарниот дел од комплексната пропустливост со истата константа:
Во равенката 9, материјалот на јадрото е даден со µs' и µs“, а геометријата на јадрото е дадена со Lo. Затоа, откако ќе се знае сложената пропустливост на различни ферити, може да се направи споредба за да се добие најсоодветен материјал на саканата фреквенција или опсег на фреквенција. По изборот на најдобриот материјал, време е да се изберат компоненти со најдобра големина. Векторската репрезентација на комплексната пропустливост и импеданса е прикажана на слика 5.
Споредбата на формите на јадрото и материјалите на јадрото за оптимизација на импедансата е јасна ако производителот обезбеди графикон на сложена пропустливост наспроти фреквенцијата за феритни материјали препорачани за апликации за сузбивање. За жал, оваа информација е ретко достапна. Сепак, повеќето производители обезбедуваат почетна пропустливост и загуба наспроти фреквенцијата криви.Од овие податоци може да се изведе споредба на материјалите што се користат за оптимизирање на импедансата на јадрото.
Осврнувајќи се на слика 6, почетната пропустливост и фактор на дисипација [4] на материјалот Fair-Rite 73 наспроти фреквенцијата, под претпоставка дека дизајнерот сака да гарантира максимална импеданса помеѓу 100 и 900 kHz. Беа избрани 73 материјали. За потребите на моделирањето, дизајнерот исто така треба да ги разбере реактивните и отпорните делови на векторот на импеданса на 100 kHz (105 Hz) и 900 kHz. Оваа информација може да се изведе од следната табела:
На 100kHz μs ' = μi = 2500 и (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 бидејќи Tan δ = μs ”/ μs' потоа μs“ = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43,8
Треба да се забележи дека, како што се очекуваше, μ” додава многу малку на векторот на вкупната пропустливост при оваа ниска фреквенција.Импедансата на јадрото е претежно индуктивна.
Дизајнерите знаат дека јадрото мора да прифати жица #22 и да се вклопи во простор од 10 mm x 5 mm. Внатрешниот дијаметар ќе биде наведен како 0,8 mm. За да ја решите проценетата импеданса и нејзините компоненти, прво изберете зрно со надворешен дијаметар од 10 mm и висина од 5 mm:
Z= ωLo (2500,38) = (6,28 x 105) x ,0461 x log10 (5/,8) x 10 x (2500,38) x 10-8 = 5,76 оми на 100 kHz
Во овој случај, како и во повеќето случаи, максималната импеданса се постигнува со користење на помал OD со поголема должина. Ако ID е поголем, на пр. 4mm, и обратно.
Истиот пристап може да се користи ако се обезбедени графици на импеданса по единица Lo и фазен агол наспроти фреквенција. Сликата 9, 10 и 11 претставуваат такви криви за истите три материјали што се користат овде.
Дизајнерите сакаат да гарантираат максимална импеданса во опсегот на фреквенција од 25 MHz до 100 MHz. Достапниот простор на плочата е повторно 10mm x 5mm и јадрото мора да прифати #22 awg жица. Осврнувајќи се на Слика 7 за единицата импеданса Lo на трите феритни материјали, или Слика 8 за сложената пропустливост на истите три материјали, изберете го материјалот од 850 μi.[5]Користејќи го графикот на слика 9, Z/Lo на материјалот со средна пропустливост е 350 x 108 оми/H на 25 MHz. Решете ја проценетата импеданса:
Претходната дискусија претпоставува дека јадрото на избор е цилиндрично. Ако феритни јадра се користат за кабли со рамна лента, кабли во пакет или перфорирани плочи, пресметката на Lo станува потешка и мора да се добијат прилично точни бројки за должината на патеката на јадрото и ефективната површина. да се пресмета индуктивноста на воздушното јадро .Ова може да се направи со математичко пресекување на јадрото и додавање на пресметаната должина на патеката и магнетната површина за секое парче. Меѓутоа, во сите случаи, зголемувањето или намалувањето на импедансата ќе биде пропорционално на зголемувањето или намалувањето на висината/должината на феритното јадро.[6]
Како што споменавме, повеќето производители специфицираат јадра за EMI апликации во однос на импедансата, но крајниот корисник обично треба да го знае слабеењето. Врската што постои помеѓу овие два параметри е:
Овој однос зависи од импедансата на изворот што генерира бучава и импедансата на оптоварувањето што ја прима бучавата. Овие вредности се обично сложени броеви, чиј опсег може да биде бесконечен и не се лесно достапни за дизајнерот. Изборот на вредност на 1 ом за импедансите на оптоварувањето и изворот, што може да се појави кога изворот е напојување со прекинувач режим и оптоварува многу кола со ниска импеданса, ги поедноставува равенките и овозможува споредба на слабеењето на феритните јадра.
Графиконот на Слика 12 е збир на криви што ја прикажуваат врската помеѓу импедансата на заштитната перница и слабеењето за многу заеднички вредности на оптоварување плус импеданса на генераторот.
Слика 13 е еквивалентно коло на извор на пречки со внатрешен отпор од Zs.Сигналот за пречки е генериран од сериската импеданса Zsc на јадрото на супресорот и импедансата на оптоварување ZL.
Сликите 14 и 15 се графикони на импеданса наспроти температурата за истите три феритни материјали. Најстабилен од овие материјали е материјалот 61 со 8% намалување на импедансата на 100º C и 100 MHz. За разлика од тоа, материјалот 43 покажа 25 % пад на импедансата при иста фреквенција и температура. Овие криви, кога се обезбедени, може да се користат за прилагодување на одредената импеданса на собна температура доколку е потребно слабеење при покачени температури.
Како и кај температурата, DC и струите на напојување од 50 или 60 Hz, исто така, влијаат на истите својствени својства на феритот, што пак резултира со помала импеданса на јадрото. Сликите 16, 17 и 18 се типични криви што го илустрираат ефектот на пристрасност врз импедансата на феритниот материјал .Оваа крива ја опишува деградацијата на импедансата како функција од јачината на полето за одреден материјал како функција на фреквенцијата. Треба да се забележи дека ефектот на пристрасноста се намалува како што се зголемува фреквенцијата.
Откако беа собрани овие податоци, Fair-Rite Products воведе два нови материјали. Нашиот 44 е материјал со средна пропустливост од никел-цинк, а нашиот 31 е материјал со висока пропустливост од манган-цинк.
Слика 19 е график на импеданса наспроти фреквенција за зрнца со иста големина во 31, 73, 44 и 43 материјали. Материјалот 44 е подобрен 43 материјал со поголема отпорност на еднонасочна струја, 109 оми cm, подобри својства на термички шок, температурна стабилност и повисока Кири температура (Tc). Материјалот 44 има малку поголема импеданса наспроти карактеристиките на фреквенцијата во споредба со нашиот материјал 43. Стационарниот материјал 31 покажува поголема импеданса од 43 или 44 во целиот опсег на мерење на фреквенцијата. 31 е дизајниран да го ублажи проблем со димензионална резонанца што влијае на перформансите на потиснување на ниска фреквенција на поголемите јадра манган-цинк и успешно се применува на јадра за потиснување на конектори за кабел и големи тороидални јадра. Слика 20 е график на импеданса наспроти фреквенција за 43, 31 и 73 материјали за Fair -Rite јадра со 0,562″ OD, 0,250 ID и 1,125 HT.Кога се споредуваат слика 19 и слика 20, треба да се забележи дека за помали јадра, за фреквенции до 25 MHz, 73 материјал е најдобриот материјал за супресор.Меѓутоа, како што се зголемува пресекот на јадрото, максималната фреквенција се намалува.Како што е прикажано во податоците на Слика 20, 73 е најдобар Највисоката фреквенција е 8 MHz.Исто така, вреди да се напомене дека материјалот 31 добро функционира во опсегот на фреквенции од 8 MHz до 300 MHz.Меѓутоа, како ферит од манган цинк, материјалот 31 има многу помала волуменска отпорност од 102 оми -cm, и поголема импеданса се менува со екстремни температурни промени.
Речник Индуктивност на јадрото на воздухот – Lo (H) Индуктивноста што би се мери доколку јадрото има рамномерна пропустливост и распределбата на флуксот остане константна.Општа формула Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Прстен Lo = .0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) Димензиите се во mm
Слабеење – A (dB) Намалување на амплитудата на сигналот во преносот од една до друга точка. Тоа е скаларен однос на влезната амплитуда на излезната амплитуда, во децибели.
Константа на јадрото – C1 (cm-1) Збирот на должините на магнетните патишта на секој дел од магнетното коло поделен со соодветниот магнетен регион на истиот дел.
Константа на јадрото – C2 (cm-3) Збирот на должините на магнетното коло на секој дел од магнетното коло поделен со квадратот на соодветниот магнетен домен на истиот дел.
Ефективните димензии на областа на магнетната патека Ae (cm2), должината на патеката le (cm) и волуменот Ve (cm3) За дадена геометрија на јадрото, се претпоставува дека должината на магнетната патека, површината на пресекот и волуменот на тороидалното јадро ги има истите својства на материјалот како Материјалот треба да има магнетни својства еквивалентни на даденото јадро.
Јачина на полето – H (Oersted) Параметар што ја карактеризира големината на јачината на полето.H = .4 π NI/le (Oersted)
Густина на флукс – B (Гаус) Соодветниот параметар на индуцираното магнетно поле во областа нормална на патеката на флуксот.
Импеданса – Z (ohm) Импедансата на феритот може да се изрази во однос на неговата комплексна пропустливост.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Тангента на загуба - tan δ Тангентата на загубата на феритот е еднаква на реципроцитетот на колото Q.
Фактор на загуба – tan δ/μi Отстранување на фаза помеѓу основните компоненти на густината на магнетниот тек и јачината на полето со почетна пропустливост.
Магнетна пропустливост – μ Магнетната пропустливост добиена од односот на густината на магнетниот тек и применетата јачина на наизменичното поле е…
Амплитудна пропустливост, μa – кога одредената вредност на густината на флуксот е поголема од вредноста што се користи за почетната пропустливост.
Ефективна пропустливост, μe – Кога магнетната патека е изградена со еден или повеќе воздушни празнини, пропустливоста е пропустливост на хипотетички хомоген материјал кој би ја обезбедил истата револтантност.
In Compliance е врвен извор на вести, информации, образование и инспирација за професионалците од електротехниката и електрониката.
Воздухопловни автомобилски комуникации Потрошувачка електроника Образование Енергија и енергетска индустрија Информатичка технологија Медицинска војска и одбрана