Mágneses gyöngyök alkalmazása a tápegység EMC tervezésében
Az EMC a mai elektronikai tervezés és gyártás forró és nehéz kérdésévé vált. Az EMC probléma a gyakorlati alkalmazásban nagyon bonyolult, elméleti tudásra támaszkodva nem oldható meg. Ez inkább az elektronikai mérnökök gyakorlati tapasztalatától függ. Az elektronikai termékek EMC-problémájának jobb megoldása érdekében olyan kérdéseket kell figyelembe venni, mint a földelés, az áramkörök és a PCB-lapok tervezése, a kábeltervezés és az árnyékolás tervezése.
Ez a cikk bemutatja a mágneses gyöngyök alapelveit és jellemzőit, hogy szemlélteti jelentőségét a kapcsolótápegység EMC-ben, hogy a kapcsolótápegység terméktervezői számára több és jobb választási lehetőséget biztosítson új termékek tervezése során.
1 Ferrit elektromágneses zavarszűrő alkatrészek
A ferrit egy ferrimágneses anyag, köbös rácsszerkezettel. Gyártási folyamata és mechanikai tulajdonságai hasonlóak a kerámiáéhoz, színe szürkésfekete. Az EMI-szűrőkben gyakran használt mágneses mag egyik típusa a ferritanyag, és sok gyártó kifejezetten az EMI-elnyomásra használt ferritanyagokat kínál. Ezt az anyagot nagyon nagy nagyfrekvenciás veszteségek jellemzik. Az elektromágneses interferencia elnyomására használt ferrit esetében a legfontosabb teljesítményparaméterek a mágneses permeabilitás μ és a telítési mágneses fluxussűrűség Bs. A μ mágneses permeabilitás komplex számmal fejezhető ki, a valós rész az induktivitást, a képzeletbeli rész pedig a veszteséget jelenti, amely a frekvencia növekedésével növekszik. Ezért ennek megfelelő áramköre egy L tekercsből és egy R ellenállásból álló soros áramkör, L és R egyaránt a frekvencia függvényei. Amikor a vezeték áthalad ezen a ferritmagon, a kialakult induktív impedancia alakja a frekvencia növekedésével nő, de a mechanizmus teljesen más a különböző frekvenciákon.
Az alacsony frekvenciasávban az impedancia az induktivitás induktív reaktanciájából tevődik össze. Alacsony frekvenciákon az R nagyon kicsi, és a mágneses mag mágneses permeabilitása nagy, ezért az induktivitás nagy, és az L fő szerepet játszik, és az elektromágneses interferencia visszaverődik és elnyomódik; és ekkor a mágneses A mag vesztesége kicsi, és az egész eszköz egy alacsony veszteséggel és magas Q karakterisztikával rendelkező induktor. Ezzel az induktorral könnyű rezonanciát okozni. Emiatt az alacsony frekvenciasávban ferritgyöngyök használata után néha fokozott interferencia lép fel.
A nagyfrekvenciás sávban az impedancia ellenálláskomponensekből tevődik össze. A frekvencia növekedésével a mágneses mag mágneses permeabilitása csökken, aminek következtében csökken az induktivitás induktivitása, és csökken az induktív reaktancia komponens. Ekkor azonban a mágneses mag vesztesége növekszik, és az ellenálláskomponens növekszik. , ami a teljes impedancia növekedéséhez vezet, amikor a nagyfrekvenciás jel áthalad a ferriten, az elektromágneses interferencia elnyelődik és hőenergia formájában disszipálódik.
A ferrit elnyomó alkatrészeket széles körben használják nyomtatott áramköri kártyákon, elektromos vezetékeken és adatvezetékeken. Ha a nyomtatott tábla tápvezetékének bemeneti végéhez ferrit elnyomó elemet adunk, akkor a nagyfrekvenciás interferencia kiszűrhető. A ferrit mágneses gyűrűket vagy mágneses gyöngyöket kifejezetten a nagyfrekvenciás interferenciák és a tüskés interferenciák elnyomására használják jel- és tápvezetékeken. Ezenkívül képes elnyelni az elektrosztatikus kisülési impulzus interferenciát.
2. A mágneses gyöngyök elve és jellemzői Amikor az áram átfolyik a vezetéken a központi furatában, az egy mágneses pálya lesz, amely a mágnesgyöngy belsejében kering. Az EMI szabályozására szolgáló ferriteket úgy kell összeállítani, hogy a mágneses fluxus nagy része hőként disszipálódik az anyagban. Ez a jelenség egy tekercs és egy ellenállás soros kombinációjával modellezhető. a 2. képen látható módon
A két komponens számértéke arányos a mágnesgyöngy hosszával, és a mágnesgyöngy hossza jelentős hatással van az elnyomó hatásra. Minél hosszabb a mágnesgyöngy, annál jobb az elnyomó hatás. Mivel a jelenergia mágnesesen kapcsolódik a mágnesgyöngyhöz, az induktor reaktanciája és ellenállása a frekvencia növekedésével nő. A mágneses csatolás hatékonysága a gyöngy anyagának levegőhöz viszonyított mágneses permeabilitásától függ. Általában a gyöngyöt alkotó ferrit anyag vesztesége komplex mennyiségben fejezhető ki a levegőhöz viszonyított permeabilitása révén.
A mágneses anyagok gyakran ezt az arányt használják a veszteségszög jellemzésére. Nagy veszteségi szög szükséges az EMI-elnyomó komponensekhez, ami azt jelenti, hogy az interferencia nagy része eloszlik és nem tükröződik. A manapság rendelkezésre álló ferrit anyagok széles választéka a tervezők számára a lehetőségek széles skáláját kínálja a ferritgyöngyök különböző alkalmazásokban történő felhasználására.
3 Mágneses gyöngyök alkalmazása
3.1 Tüskecsillapító
A kapcsolóüzemű tápegység legnagyobb hátránya, hogy könnyen generálható a zaj és az interferencia, ami kulcsfontosságú műszaki probléma, amely hosszú ideje sújtja a kapcsolóüzemű tápellátást. A kapcsolóüzemű táp zaját elsősorban a kapcsoló tápcső és a kapcsoló egyenirányító dióda gyorsan változó nagyfeszültségű kapcsolási és impulzusos zárlati árama okozza. Ezért a zajcsökkentés egyik fő módszere a hatékony komponensek használata, amelyek minimálisra korlátozzák azokat. A nemlineáris telített induktivitás általában a fordított visszaállási áramcsúcs elnyomására szolgál, ekkor a vasmag üzemállapota -Bs-től plusz Bs-ig terjed. A kapcsolóüzemű táp szabadonfutó diódáján lévő nagy mágneses permeabilitású és telíthető ultra-kis induktivitású elem-mágneses gyöngyök konzisztenciája szerint a kapcsolóüzemű tápegység kapcsolásakor keletkező csúcsáram elnyomására szolgáló tüskeszuppresszort fejlesztettek ki.
A tüskecsillapítók teljesítményjellemzői
(1) A kezdeti és maximális induktivitás értéke nagyon magas, és a maradék induktivitás értékének nemlinearitása a telítés után rendkívül nyilvánvaló. Az áramkörre sorba kapcsolás után az áram azonnal megemelkedik és nagy impedanciát mutat, amely úgynevezett pillanatnyi impedancia elemként használható.
(2) Alkalmas a tranziens áramcsúcs jel megelőzésére a félvezető áramkörben, az ütési gerjesztő áramkörben és a kísérő zajban, valamint megakadályozhatja a félvezető károsodását.
(3) A maradék induktivitás rendkívül kicsi, és a veszteség nagyon kicsi, ha az áramkör stabil.
(4) Teljesen eltér a ferrittermékek teljesítményétől.
(5) Amíg a mágneses telítést elkerüljük, ultra kicsi, nagy induktivitású induktivitású elemként használható.
(6) Nagy teljesítményű telíthető vasmagként használható kis veszteséggel az oszcilláció szabályozására és generálására.
A tüskecsillapító megköveteli, hogy a vasmag anyagának nagyobb mágneses permeabilitása legyen a nagyobb induktivitás eléréséhez; a nagy négyzetarány telítetté teheti a vasmagot, és az induktivitás gyorsan nullára csökken; a kényszerítő erő kicsi és a nagyfrekvenciás veszteség alacsony, különben a mag nem fog megfelelően működni a hőelvezetés miatt.
A tüskecsillapító célja elsősorban az áramcsúcs jel csökkentése; csökkenti az aktuális csúcsjel okozta zajt; megakadályozza a kapcsolótranzisztor károsodását; csökkenti a kapcsolótranzisztor kapcsolási veszteségét; kompenzálja a dióda helyreállítási jellemzőit; megakadályozza a nagyfrekvenciás impulzusáram sokk gerjesztését. Használható ultra-kis vonalszűrőként stb.
3.2 Alkalmazás szűrőben a) Vizsgálati eredmény mágneses gyöngyök nélkül b) Vizsgálati eredmény mágneses gyöngyökkel c) Vizsgálati eredmény L vonallal és mágneses gyöngyökkel d) Vizsgálati eredmény N vonallal és mágneses gyöngyökkel
A hagyományos szűrők veszteségmentes reaktív komponensekből állnak. Az áramkörben az a funkciója, hogy a stopsáv frekvenciáját visszaverje a jelforráshoz, ezért ezt a fajta szűrőt reflexiós szűrőnek is nevezik. Ha a reflexiós szűrő nem egyezik a jelforrás impedanciájával, az energia egy része visszaverődik a jelforrásra, ami az interferenciaszint növekedését eredményezi. Ennek a hátránynak a kiküszöbölésére a szűrő bejövő vezetékén ferrit mágnesgyűrű vagy mágneses gyöngyhüvely használható, a nagyfrekvenciás jel ferritgyűrű vagy mágnesgyöngy általi örvényáram-vesztesége pedig felhasználható a magas feszültség átalakítására. -frekvencia komponens hőveszteségbe. Ezért a mágneses gyűrű és a mágneses gyöngyök valójában nagyfrekvenciás komponenseket nyelnek el, ezért ezeket néha abszorpciós szűrőknek nevezik.
A különböző ferrit elnyomási komponensek eltérő optimális elnyomási frekvencia tartományokkal rendelkeznek. Általában minél nagyobb az áteresztőképesség, annál alacsonyabb a frekvencia elnyomása. Ezenkívül minél nagyobb a ferrit térfogata, annál jobb az elnyomó hatás. Ha a térfogat állandó, a hosszú és vékony alak jobb elnyomó hatással rendelkezik, mint a rövid és vastag, és minél kisebb a belső átmérő, annál jobb az elnyomási hatás. Egyenáram vagy váltóáram esetén azonban továbbra is fennáll a ferrittelítettség problémája. Minél nagyobb az elnyomó elem keresztmetszete, annál kisebb a valószínűsége annak, hogy telítődjön, és annál nagyobb az előfeszítő áram, amelyet képes ellenállni.
A mágneses gyöngyök fenti elvei és jellemzői alapján a kapcsolóüzemű tápegység szűrőjére alkalmazzák, és a hatás nyilvánvaló. A vizsgálati eredményekből látható, hogy a mágneses gyöngyök alkalmazása jelentősen eltér. A kísérleti eredményekből látható, hogy a kapcsolóüzemű áramkör, a szerkezeti elrendezés és a teljesítmény hatása miatt hol jó elnyomó hatást fejt ki a differenciálüzemmódú interferenciára, hol a közös módusú interferenciára jó elnyomó hatást fejt ki. nem tudja elnyomni az interferenciát Ellenkezőleg, növeli a zajinterferenciát.
Amikor az EMI-t elnyelő mágneses gyűrű/gyöngy elnyomja a differenciális üzemmódú interferenciát, a rajta áthaladó áramérték arányos a térfogatával, és a kettő közötti egyensúlyhiány telítettséget okoz, ami csökkenti az alkatrész teljesítményét; a közös módú interferencia elnyomásakor csatlakoztassa a tápegység két vezetékét (pozitív és negatív) Egyszerre menjen át egy mágneses gyűrűn, az effektív jel differenciál üzemmódú jel, és az EMI-t elnyelő mágnesgyűrű/mágneses gyöngy nincs hatással rajta, de nagy induktivitást fog mutatni a közös módú jelnél. Egy másik jobb módszer a mágneses gyűrű használatában az, hogy a mágnesgyűrűn áthaladó vezetéket többször többször feltekercseljük, hogy növeljük az induktivitást. Az elektromágneses interferencia elnyomásának elve szerint elnyomó hatása ésszerűen használható.
A ferrit szűrőelemeket az interferencia forrásához közel kell telepíteni. A bemeneti/kimeneti áramkör esetében a lehető legközelebb kell lennie az árnyékolóház bemenetéhez és kimenetéhez. A ferrit mágnesgyűrűből és mágnesgyöngyökből álló abszorpciós szűrőnél a veszteséges, nagy mágneses permeabilitású anyagok kiválasztása mellett az alkalmazási alkalmakra is figyelmet kell fordítani. A vezetékben lévő nagyfrekvenciás alkatrészekkel szembeni ellenállásuk körülbelül tíz-száz Ω, így szerepe a nagy impedanciájú áramkörökben nem nyilvánvaló. Éppen ellenkezőleg, az alacsony impedanciájú áramkörökben (például áramelosztó, tápegység vagy rádiófrekvenciás áramkörökben) a használat nagyon hatékony lesz.
