zprávy

V našem ideálním světě jsou bezpečnost, kvalita a výkon prvořadé. V mnoha případech se však určujícím faktorem stala cena finální součásti, včetně feritu. náklady.
Požadované vnitřní vlastnosti materiálu a geometrie jádra jsou určeny každou konkrétní aplikací. Základní vlastnosti, které řídí výkon v aplikacích s nízkou úrovní signálu, jsou propustnost (zejména teplota), nízké ztráty v jádře a dobrá magnetická stabilita v průběhu času a teploty. Aplikace zahrnují vysokou kvalitu induktory, induktory se společným režimem, širokopásmové, přizpůsobené a pulzní transformátory, prvky rádiové antény a aktivní a pasivní opakovače. Pro energetické aplikace jsou žádoucí vlastnosti vysoká hustota toku a nízké ztráty při provozní frekvenci a teplotě. Aplikace zahrnují spínané napájecí zdroje pro nabíjení baterií elektrických vozidel, magnetické zesilovače, DC-DC měniče, výkonové filtry, zapalovací cívky a transformátory.
Vnitřní vlastnost, která má největší vliv na výkon měkkého feritu v aplikacích potlačení, je komplexní permeabilita [1], která je úměrná impedanci jádra. Existují tři způsoby, jak použít ferit jako potlačovač nežádoucích signálů (vodených nebo vyzařovaných). První, a nejméně častý, je jako praktické stínění, kde se ferity používají k izolaci vodičů, součástek nebo obvodů od prostředí vyzařujícího rozptýleného elektromagnetického pole. Ve druhé aplikaci se ferity používají s kapacitními prvky k vytvoření nízké propusti. filtr, tj. indukčnost – kapacitní při nízkých frekvencích a rozptyl při vysokých frekvencích. Třetí a nejčastější použití je, když se feritová jádra používají samostatně pro vývody součástek nebo obvody na úrovni desky. V této aplikaci feritové jádro zabraňuje jakémukoli parazitnímu kmitání a/ nebo zeslabuje nežádoucí zachycení nebo přenos signálu, který se může šířit podél komponentních vodičů nebo propojení, tras nebo kabelů. Ve druhé a třetí aplikaci potlačují feritová jádra vedené EMI odstraněním nebo velkým snížením vysokofrekvenčních proudů odebíraných zdroji EMI. Zavedení feritu poskytuje dostatečně vysoká frekvenční impedance pro potlačení vysokofrekvenčních proudů. Teoreticky by ideální ferit poskytoval vysokou impedanci na frekvencích EMI a nulovou impedanci na všech ostatních frekvencích. Ve skutečnosti feritová supresorová jádra poskytují impedanci závislou na frekvenci. Při frekvencích pod 1 MHz maximální impedance lze získat mezi 10 MHz a 500 MHz v závislosti na feritovém materiálu.
Protože je to v souladu s principy elektrotechniky, kde jsou střídavé napětí a proud reprezentovány komplexními parametry, lze propustnost materiálu vyjádřit jako komplexní parametr skládající se z reálných a imaginárních částí. To se projevuje na vysokých frekvencích, kde permeabilita se dělí na dvě složky. Reálná část (μ') představuje reaktivní část, která je ve fázi se střídavým magnetickým polem [2], zatímco imaginární část (μ”) představuje ztráty, které jsou mimo fázi se střídavým magnetickým polem [2]. střídavé magnetické pole.Ty mohou být vyjádřeny jako sériové složky (μs'μs”) nebo paralelní složky (µp'µp”).Grafy na obrázcích 1, 2 a 3 ukazují sériové složky komplexní počáteční permeability jako funkci frekvence pro tři feritové materiály.Materiál typu 73 je mangan-zinkový ferit, počáteční magnetický Vodivost je 2500. Materiál typu 43 je nikl-zinkový ferit s počáteční permeabilitou 850. Materiál typu 61 je nikl-zinkový ferit s počáteční permeabilitou 125.
Zaměříme-li se na sériovou složku materiálu typu 61 na obrázku 3, vidíme, že skutečná část propustnosti, μs', zůstává konstantní s rostoucí frekvencí, dokud není dosaženo kritické frekvence, a poté rychle klesá. Ztráta nebo μs“ stoupá. a pak vrcholí při poklesu μs.Tento pokles μs' je způsoben nástupem ferimagnetické rezonance.[3] Je třeba si uvědomit, že čím vyšší propustnost, tím více Čím nižší frekvence.Tento inverzní vztah poprvé pozoroval Snoek a dal následující vzorec:
kde: ƒres = μs” frekvence při maximu γ = gyromagnetický poměr = 0,22 x 106 A-1 m μi = počáteční permeabilita Msat = 250-350 Am-1
Protože se feritová jádra používaná v aplikacích s nízkou úrovní signálu a napájení zaměřují na magnetické parametry pod touto frekvencí, výrobci feritů zřídka zveřejňují údaje o propustnosti a/nebo ztrátách při vyšších frekvencích. Při specifikaci feritových jader pro potlačení EMI jsou však údaje o vyšších frekvencích zásadní.
Charakteristikou, kterou většina výrobců feritů specifikuje pro komponenty používané pro potlačení EMI, je impedance. Impedance se snadno měří na komerčně dostupném analyzátoru s přímým digitálním odečtem. Bohužel je impedance obvykle specifikována na konkrétní frekvenci a je to skalární reprezentující velikost komplexu. I když je tato informace cenná, je často nedostatečná, zejména při modelování výkonu obvodu z feritů. K dosažení tohoto cíle musí být k dispozici hodnota impedance a fázový úhel součásti nebo komplexní permeabilita konkrétního materiálu.
Ale ještě předtím, než začnou modelovat výkon feritových součástek v obvodu, měli by návrháři vědět následující:
kde μ'= reálná část komplexní permeability μ”= imaginární část komplexní permeability j = imaginární vektor jednotky Lo= indukčnost vzduchového jádra
Impedance železného jádra je také považována za sériovou kombinaci indukční reaktance (XL) a ztrátového odporu (Rs), které jsou obě závislé na frekvenci. Bezeztrátové jádro bude mít impedanci danou reaktancí:
kde: Rs = celkový sériový odpor = Rm + Re Rm = ekvivalentní sériový odpor v důsledku magnetických ztrát Re = ekvivalentní sériový odpor pro ztráty mědi
Při nízkých frekvencích je impedance součástky primárně indukční. Jak se frekvence zvyšuje, indukčnost klesá, zatímco ztráty rostou a celková impedance se zvyšuje. Obrázek 4 je typický graf XL, Rs a Z proti frekvenci pro naše materiály se střední propustností .
Potom je indukční reaktance úměrná skutečné části komplexní permeability, pomocí Lo, indukčnosti vzduchového jádra:
Ztrátový odpor je také úměrný imaginární části komplexní permeability stejnou konstantou:
V rovnici 9 je materiál jádra dán µs' a µs“ a geometrie jádra je dána Lo. Proto po znalosti komplexní permeability různých feritů lze provést srovnání a získat nejvhodnější materiál při požadovaném frekvence nebo frekvenční rozsah.Po volbě nejlepšího materiálu je čas vybrat komponenty nejlepší velikosti.Vektorové znázornění komplexní propustnosti a impedance je znázorněno na obrázku 5. Obr.
Porovnání tvarů jádra a materiálů jádra pro optimalizaci impedance je jednoduché, pokud výrobce poskytne graf komplexní propustnosti versus frekvence pro feritové materiály doporučené pro aplikace potlačení. Tyto informace jsou bohužel k dispozici jen zřídka. Většina výrobců však uvádí počáteční propustnost a ztrátu versus frekvenci Z těchto údajů lze odvodit srovnání materiálů používaných k optimalizaci impedance jádra.
S odkazem na obrázek 6, počáteční propustnost a faktor rozptylu [4] materiálu Fair-Rite 73 versus frekvence, za předpokladu, že konstruktér chce zaručit maximální impedanci mezi 100 a 900 kHz. Byly vybrány materiály 73. Pro účely modelování konstruktér také potřebuje porozumět reaktivní a odporové části impedančního vektoru při 100 kHz (105 Hz) a 900 kHz. Tyto informace lze odvodit z následující tabulky:
Při 100 kHz μs ' = μi = 2500 a (Tan δ / μi) = 7 x 10-6, protože Tan δ = μs ”/ μs' pak μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43,8
Je třeba poznamenat, že jak se očekávalo, μ“ přidává velmi málo k celkovému vektoru permeability při této nízké frekvenci.Impedance jádra je většinou indukční.
Konstruktéři vědí, že jádro musí přijmout drát #22 a vejít se do prostoru 10 mm x 5 mm. Vnitřní průměr bude specifikován jako 0,8 mm. Chcete-li vyřešit odhadovanou impedanci a její součásti, vyberte nejprve housenku s vnějším průměrem 10 mm a výška 5 mm:
Z= ωLo (2500,38) = (6,28 x 105) x 0,0461 x log10 (5/,8) x 10 x (2500,38) x 10-8= 5,76 ohmů při 100 kHz
V tomto případě, jako ve většině případů, je maximální impedance dosaženo použitím menšího vnějšího průměru s delší délkou. Je-li vnitřní průměr větší, např. 4 mm, a naopak.
Stejný přístup lze použít, pokud jsou poskytnuty grafy impedance na jednotku Lo a fázový úhel proti frekvenci. Obrázky 9, 10 a 11 představují takové křivky pro stejné tři materiály, které jsou zde použity.
Návrháři chtějí zaručit maximální impedanci ve frekvenčním rozsahu 25 MHz až 100 MHz. Dostupný prostor na desce je opět 10 mm x 5 mm a jádro musí přijmout drát #22 awg. Impedanci jednotky Lo tří feritových materiálů viz obrázek 7, nebo Obrázek 8 pro komplexní propustnost stejných tří materiálů, vyberte materiál 850 μi.[5]S použitím grafu na obrázku 9 je Z/Lo materiálu se střední propustností 350 x 108 ohm/H při 25 MHz. Vyřešte odhadovanou impedanci:
Předchozí diskuse předpokládá, že jádro výběru je válcové. Pokud se feritová jádra používají pro ploché ploché kabely, svazky kabelů nebo děrované desky, výpočet Lo se stává obtížnějším a je třeba získat poměrně přesné údaje o délce dráhy jádra a efektivní ploše. vypočítat indukčnost vzduchového jádra. To lze provést matematickým rozříznutím jádra a přidáním vypočtené délky dráhy a magnetické plochy pro každý řez. Ve všech případech však bude zvýšení nebo snížení impedance úměrné zvýšení nebo snížení impedance. výška/délka feritového jádra.[6]
Jak již bylo zmíněno, většina výrobců specifikuje jádra pro aplikace EMI z hlediska impedance, ale koncový uživatel obvykle potřebuje znát útlum. Mezi těmito dvěma parametry existuje vztah:
Tento vztah závisí na impedanci zdroje generujícího hluk a impedanci zátěže přijímající hluk. Tyto hodnoty jsou obvykle komplexními čísly, jejichž rozsah může být nekonečný a nejsou pro konstruktéra snadno dostupné. Volba hodnoty 1 ohm pro zátěž a impedanci zdroje, ke kterému může dojít, když je zdrojem spínaný zdroj a zatěžuje mnoho nízkoimpedančních obvodů, zjednodušuje rovnice a umožňuje srovnání útlumu feritových jader.
Graf na obrázku 12 je sada křivek ukazujících vztah mezi impedancí stínící housenky a útlumem pro mnoho běžných hodnot zátěže plus impedance generátoru.
Obrázek 13 je ekvivalentní obvod zdroje rušení s vnitřním odporem Zs.Rušivý signál je generován sériovou impedancí Zsc jádra odrušovače a impedancí zátěže ZL.
Obrázky 14 a 15 jsou grafy impedance versus teplota pro stejné tři feritové materiály. Nejstabilnějším z těchto materiálů je materiál 61 s 8% snížením impedance při 100 °C a 100 MHz. Naproti tomu materiál 43 vykazoval 25 % poklesu impedance při stejné frekvenci a teplotě. Tyto křivky, pokud jsou k dispozici, lze použít k úpravě impedance specifikované pokojové teploty, pokud je požadován útlum při zvýšených teplotách.
Stejně jako u teploty ovlivňují stejnosměrné a 50 nebo 60 Hz napájecí proudy také stejné inherentní vlastnosti feritu, což zase vede k nižší impedanci jádra. Obrázky 16, 17 a 18 jsou typické křivky znázorňující vliv předpětí na impedanci feritového materiálu. .Tato křivka popisuje degradaci impedance jako funkci intenzity pole pro konkrétní materiál jako funkci frekvence. Je třeba poznamenat, že účinek zkreslení se s rostoucí frekvencí zmenšuje.
Od sestavení těchto údajů představila společnost Fair-Rite Products dva nové materiály. Náš 44 je nikl-zinkový materiál se střední propustností a náš 31 je materiál s vysokou propustností mangan-zinek.
Obrázek 19 je graf impedance versus frekvence pro kuličky stejné velikosti v materiálech 31, 73, 44 a 43. Materiál 44 je vylepšený materiál 43 s vyšším stejnosměrným odporem, 109 ohm cm, lepšími vlastnostmi tepelného šoku, teplotní stabilitou a vyšší Curieova teplota (Tc). Materiál 44 má mírně vyšší impedanci oproti frekvenčním charakteristikám ve srovnání s naším materiálem 43. Stacionární materiál 31 vykazuje vyšší impedanci než 43 nebo 44 v celém frekvenčním rozsahu měření. 31 je navržen tak, aby zmírnil problém rozměrové rezonance, který ovlivňuje nízkofrekvenční potlačení větších mangan-zinkových jader a byl úspěšně aplikován na odrušovací jádra kabelových konektorů a velká toroidní jádra. Obrázek 20 je graf impedance versus frekvence pro materiály 43, 31 a 73 pro Fair -Rite jádra s 0,562″ OD, 0,250 ID a 1,125 HT.Při porovnávání obrázku 19 a obrázku 20 je třeba poznamenat, že pro menší jádra, pro frekvence do 25 MHz, je materiál 73 nejlepším supresorovým materiálem.S rostoucím průřezem jádra se však maximální frekvence snižuje.Jak ukazují údaje na obrázku 20, 73 je nejlepší. Nejvyšší frekvence je 8 MHz.Za zmínku také stojí, že materiál 31 funguje dobře ve frekvenčním rozsahu od 8 MHz do 300 MHz.Avšak jako manganzinkový ferit má materiál 31 mnohem nižší objemový odpor 102 ohmů-cm a větší změny impedance s extrémními změnami teploty.
Glosář Indukčnost vzduchového jádra – Lo (H) Indukčnost, která by byla naměřena, kdyby jádro mělo rovnoměrnou propustnost a rozložení toku zůstalo konstantní. Obecný vzorec Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = 0,0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (V) Rozměry jsou v mm
Útlum – A (dB) Snížení amplitudy signálu při přenosu z jednoho bodu do druhého. Je to skalární poměr vstupní amplitudy k výstupní amplitudě v decibelech.
Konstanta jádra – C1 (cm-1) Součet délek magnetických drah každého úseku magnetického obvodu dělený odpovídající magnetickou oblastí stejného úseku.
Konstanta jádra – C2 (cm-3) Součet délek magnetických obvodů každého úseku magnetického obvodu dělený druhou mocninou odpovídající magnetické oblasti stejného úseku.
Efektivní rozměry plochy magnetické dráhy Ae (cm2), délka dráhy le (cm) a objem Ve (cm3) Pro danou geometrii jádra se předpokládá, že délka magnetické dráhy, plocha průřezu a objem toroidní jádro má stejné materiálové vlastnosti jako Materiál by měl mít magnetické vlastnosti ekvivalentní danému jádru.
Síla pole – H (Oersted) Parametr charakterizující velikost intenzity pole. H = 0,4 π NI/le (Oersted)
Hustota toku – B (Gaussova) Odpovídající parametr indukovaného magnetického pole v oblasti kolmé k dráze toku.
Impedance – Z (ohm) Impedanci feritu lze vyjádřit pomocí jeho komplexní permeability. Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Tangent ztráty – tan δ Tangent ztráty feritu se rovná převrácené hodnotě obvodu Q.
Ztrátový faktor – tan δ/μi Oddělení fází mezi základními složkami hustoty magnetického toku a intenzity pole s počáteční permeabilitou.
Magnetická permeabilita – μ Magnetická permeabilita odvozená z poměru hustoty magnetického toku a použité intenzity střídavého pole je…
Amplitudová permeabilita, μa – když je zadaná hodnota hustoty toku větší než hodnota použitá pro počáteční permeabilitu.
Efektivní permeabilita, μe – Když je magnetická cesta konstruována s jednou nebo více vzduchovými mezerami, permeabilita je permeabilita hypotetického homogenního materiálu, který by poskytoval stejnou reluktanci.
In Compliance je předním zdrojem zpráv, informací, vzdělávání a inspirace pro profesionály v elektrotechnice a elektrotechnice.
Letecký a kosmický průmysl Automobilový průmysl Komunikace Spotřební elektronika Vzdělávání Energetika a energetika Informační technologie Zdravotnictví Vojenství a obrana