žinios

Mūsų idealiame pasaulyje saugumas, kokybė ir našumas yra svarbiausi. Tačiau daugeliu atvejų lemiamu veiksniu tapo galutinio komponento, įskaitant feritą, kaina. Šis straipsnis skirtas padėti projektavimo inžinieriams rasti alternatyvių ferito medžiagų, kurias būtų galima sumažinti. kaina.
Norimas vidinės medžiagos savybės ir šerdies geometrija priklauso nuo kiekvienos konkrečios paskirties. Būdingos savybės, lemiančios efektyvumą esant žemo signalo lygiui, yra pralaidumas (ypač temperatūra), maži šerdies nuostoliai ir geras magnetinis stabilumas laikui bėgant ir temperatūrai. Induktyvumo ritės, bendrojo režimo induktoriai, plačiajuosčio ryšio, suderinti ir impulsiniai transformatoriai, radijo antenos elementai ir aktyvieji bei pasyvieji kartotuvai. Energijos reikmėms pageidautinas didelis srauto tankis ir maži nuostoliai esant veikimo dažniui ir temperatūrai. elektromobilių akumuliatorių įkrovimas, magnetiniai stiprintuvai, DC-DC keitikliai, galios filtrai, uždegimo ritės ir transformatoriai.
Būdinga savybė, turinti didžiausią įtaką minkštojo ferito veikimui slopinant, yra sudėtingas pralaidumas [1], kuris yra proporcingas šerdies varžai. Yra trys būdai, kaip feritą naudoti kaip nepageidaujamų signalų (laidų arba spinduliuojamų) slopintuvą. ).Pirmasis ir rečiausiai paplitęs yra kaip praktiškas skydas, kuriame feritai naudojami laidininkams, komponentams ar grandinėms izoliuoti nuo skleidžiamos pasklidosios elektromagnetinio lauko aplinkos. filtras, ty induktyvumas – talpinis esant žemiems dažniams ir išsklaidymas aukštuose dažniuose. Trečias ir dažniausiai naudojamas kai ferito šerdys naudojamos atskirai komponentų laidams arba plokštės lygio grandinėms. Šiuo atveju ferito šerdis apsaugo nuo bet kokių parazitinių virpesių ir/ arba susilpnina nepageidaujamą signalo paėmimą ar perdavimą, kuris gali sklisti išilgai komponentų laidų ar jungčių, pėdsakų ar kabelių. Antruoju ir trečiuoju atveju ferito šerdys slopina EMI, pašalindamos arba labai sumažindamos EMI šaltinių traukiamas aukšto dažnio sroves. Įdiegus feritą pakankamai aukšta dažnio varža, kad slopintų aukšto dažnio sroves. Teoriškai idealus feritas užtikrintų didelę varžą esant EMI dažniams ir nulinę varžą visais kitais dažniais. Iš tikrųjų ferito slopintuvo šerdys užtikrina nuo dažnio priklausomą varžą. Kai dažniai mažesni nei 1 MHz, Didžiausia varža gali būti nuo 10 MHz iki 500 MHz, priklausomai nuo ferito medžiagos.
Kadangi tai atitinka elektrotechnikos principus, kai kintamosios srovės įtampa ir srovė yra pavaizduoti sudėtingais parametrais, medžiagos pralaidumas gali būti išreikštas kaip sudėtingas parametras, susidedantis iš realių ir įsivaizduojamų dalių. Tai parodoma esant aukštiems dažniams, kai pralaidumas dalijasi į du komponentus. Tikroji dalis (μ') reiškia reaktyviąją dalį, kuri yra fazėje su kintamu magnetiniu lauku [2], o įsivaizduojama dalis (μ) reiškia nuostolius, kurie yra nefazėje su magnetiniu lauku. kintamasis magnetinis laukas.Jie gali būti išreikšti kaip nuoseklūs komponentai (μs'μs) arba lygiagrečiai (µp'µp).Grafikai 1, 2 ir 3 paveiksluose rodo kompleksinio pradinio pralaidumo nuoseklius komponentus kaip dažnio funkciją trims ferito medžiagoms.Medžiagos tipas 73 yra mangano-cinko feritas, pradinis magnetinis Laidumas yra 2500. Medžiagos tipas 43 yra nikelio cinko feritas, kurio pradinis pralaidumas yra 850. Medžiagos tipas 61 yra nikelio cinko feritas, kurio pradinis laidumas yra 125.
Sutelkdami dėmesį į serijinį 61 tipo medžiagos komponentą 3 paveiksle, matome, kad tikroji pralaidumo dalis, μs', išlieka pastovi didėjant dažniui, kol pasiekiamas kritinis dažnis, o tada greitai mažėja. Nuostoliai arba μs“ didėja. o tada pasiekia aukščiausią tašką kaip μs kritimą.Šis μs' sumažėjimas atsiranda dėl ferimagnetinio rezonanso pradžios.[3] Reikia pažymėti, kad kuo didesnis pralaidumas, tuo didesnis Kuo mažesnis dažnis.Šį atvirkštinį ryšį pirmą kartą pastebėjo Snoekas ir pateikė tokią formulę:
čia: ƒres = μs“ dažnis esant didžiausiam γ = giromagnetinis santykis = 0,22 x 106 A-1 m μi = pradinis pralaidumas Msat = 250-350 Am-1
Kadangi ferito šerdys, naudojamos žemo signalo lygio ir galios programose, sutelkia dėmesį į magnetinius parametrus, esančius žemiau šio dažnio, ferito gamintojai retai skelbia aukštesnio dažnio pralaidumo ir (arba) nuostolių duomenis. Tačiau aukštesnio dažnio duomenys yra būtini, kai nurodoma ferito šerdys EMI slopinimui.
Charakteristika, kurią dauguma ferito gamintojų nurodo komponentams, naudojamiems EMI slopinimui, yra varža. Varža lengvai išmatuojama naudojant parduodamą analizatorių su tiesioginiu skaitmeniniu rodmeniu. Deja, varža paprastai nurodoma tam tikru dažniu ir yra skaliaras, nurodantis komplekso dydį. impedanso vektorius.Nors ši informacija yra vertinga, jos dažnai nepakanka, ypač modeliuojant feritų grandinės veikimą. Kad tai būtų pasiekta, turi būti prieinama komponento varžos vertė ir fazės kampas arba sudėtingas konkrečios medžiagos pralaidumas.
Tačiau dar prieš pradėdami modeliuoti ferito komponentų veikimą grandinėje, dizaineriai turėtų žinoti:
kur μ' = tikroji kompleksinio pralaidumo dalis μ" = įsivaizduojama kompleksinio pralaidumo dalis j = įsivaizduojamas vieneto vektorius Lo = oro šerdies induktyvumas
Geležies šerdies varža taip pat laikoma nuosekliu indukcinės reaktyvumo (XL) ir atsparumo nuostoliams (Rs) deriniu, kurie abu yra priklausomi nuo dažnio. Be nuostolių šerdies varža, kurią suteikia reaktyvumas:
čia: Rs = bendra serijinė varža = Rm + Re Rm = lygiavertė serijinė varža dėl magnetinių nuostolių Re = lygiavertė serijos varža vario nuostoliams
Esant žemiems dažniams, komponento varža pirmiausia yra indukcinė. Didėjant dažniui, induktyvumas mažėja, o nuostoliai didėja, o bendra varža didėja. 4 paveiksle pateiktas tipiškas XL, Rs ir Z, palyginti su dažniu, diagrama mūsų vidutinio pralaidumo medžiagoms. .
Tada indukcinė reaktyvumas yra proporcingas tikrajai kompleksinio pralaidumo daliai pagal Lo, oro šerdies induktyvumą:
Atsparumas nuostoliams taip pat yra proporcingas įsivaizduojamai kompleksinio pralaidumo daliai ta pačia konstanta:
9 lygtyje šerdies medžiaga pateikiama µs' ir µs“, o šerdies geometrija – Lo. Todėl, žinant sudėtingą skirtingų feritų pralaidumą, galima atlikti palyginimą, kad būtų gauta tinkamiausia medžiaga norimu kiekiu. dažnis arba dažnių diapazonas.Pasirinkus geriausią medžiagą, laikas pasirinkti geriausio dydžio komponentus.Sudėtingo pralaidumo ir varžos vektorinis vaizdas parodytas 5 pav.
Šerdies formų ir šerdies medžiagų palyginimas, siekiant optimizuoti varžą, yra paprastas, jei gamintojas pateikia ferito medžiagų, rekomenduojamų slopinti, sudėtingo pralaidumo ir dažnio grafiką. Deja, ši informacija retai prieinama. Tačiau dauguma gamintojų pateikia pradinį pralaidumą ir nuostolius, palyginti su dažniu. kreivės.Iš šių duomenų galima palyginti medžiagas, naudojamas optimizuoti šerdies varžą.
Remiantis 6 pav., pradinis Fair-Rite 73 medžiagos pralaidumo ir sklaidos koeficientas [4], palyginti su dažniu, darant prielaidą, kad dizaineris nori užtikrinti maksimalią varžą nuo 100 iki 900 kHz. 73 medžiagos buvo pasirinktos. Modeliavimo tikslais dizaineris taip pat turi suprasti reaktyviąsias ir varžines varžos vektoriaus dalis esant 100 kHz (105 Hz) ir 900 kHz. Šią informaciją galima gauti iš šios diagramos:
Esant 100 kHz μs ' = μi = 2500 ir (Tan δ / μi) = 7 x 10-6, nes Tan δ = μs ”/ μs', tada μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.
Reikėtų pažymėti, kad, kaip ir tikėtasi, μ“ labai mažai prideda prie bendro pralaidumo vektoriaus šiuo žemu dažniu.Šerdies varža dažniausiai yra indukcinė.
Dizaineriai žino, kad šerdis turi priimti #22 laidą ir tilpti į 10 mm x 5 mm erdvę. Vidinis skersmuo bus nurodytas kaip 0,8 mm. Norėdami nustatyti apskaičiuotą varžą ir jos komponentus, pirmiausia pasirinkite karoliuką, kurio išorinis skersmuo 10 mm ir 5 mm aukščio:
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 omo esant 100 kHz
Šiuo atveju, kaip ir daugeliu atvejų, maksimali varža pasiekiama naudojant mažesnį ilgesnio ilgio OD. Jei ID yra didesnis, pvz., 4 mm, ir atvirkščiai.
Tą patį metodą galima naudoti, jei pateikiami impedanso vienetui Lo ir fazės kampo ir dažnio diagramos. 9, 10 ir 11 paveiksluose pavaizduotos tų pačių trijų čia naudojamų medžiagų kreivės.
Dizaineriai nori užtikrinti maksimalią varžą nuo 25 MHz iki 100 MHz dažnių diapazone. Laisva plokštės erdvė vėl yra 10 mm x 5 mm, o šerdis turi priimti #22 awg laidą. 7 paveiksle pateikiama trijų ferito medžiagų vieneto varža Lo, arba 8 pav., jei norite matyti tų pačių trijų medžiagų kompleksinį pralaidumą, pasirinkite 850 μi medžiagą.[5]Naudojant 9 paveiksle pateiktą grafiką, vidutinės laidumo medžiagos Z/Lo yra 350 x 108 omų/H esant 25 MHz. Išspręskite apskaičiuotą varžą:
Ankstesnėje diskusijoje daroma prielaida, kad pasirinkta šerdis yra cilindrinė. Jei ferito šerdys naudojamos plokščių juostinių kabelių, surištų kabelių ar perforuotų plokščių gamybai, Lo apskaičiavimas tampa sunkesnis, todėl reikia gauti gana tikslius šerdies kelio ilgio ir efektyviojo ploto duomenis. oro šerdies induktyvumui apskaičiuoti .Tai galima padaryti matematiškai perpjaunant šerdį ir pridedant apskaičiuotą kelio ilgį bei magnetinį plotą kiekvienam pjūviui. Tačiau visais atvejais varžos padidėjimas arba sumažėjimas bus proporcingas ferito šerdies aukštis/ilgis.[6]
Kaip minėta, dauguma gamintojų EMI programų branduolius nurodo pagal varžą, tačiau galutinis vartotojas paprastai turi žinoti slopinimą. Ryšys tarp šių dviejų parametrų yra toks:
Šis ryšys priklauso nuo triukšmą generuojančio šaltinio varžos ir triukšmą priimančios apkrovos varžos. Šios reikšmės dažniausiai yra sudėtingi skaičiai, kurių diapazonas gali būti begalinis ir dizaineriui nėra lengvai prieinami. 1 omas apkrovos ir šaltinio varžoms, kurios gali atsirasti, kai šaltinis yra perjungimo režimo maitinimas ir apkraunama daug mažos varžos grandinių, supaprastina lygtis ir leidžia palyginti ferito šerdies slopinimą.
12 paveiksle pateikta diagrama yra kreivių rinkinys, rodantis ryšį tarp ekrano briaunos varžos ir slopinimo daugeliui bendrų apkrovos ir generatoriaus varžos verčių.
13 paveiksle parodyta lygiavertė trukdžių šaltinio grandinė, kurios vidinė varža Zs.Trikdžių signalą generuoja slopintuvo šerdies nuoseklioji varža Zsc ir apkrovos varža ZL.
14 ir 15 paveikslai yra tų pačių trijų ferito medžiagų impedanso ir temperatūros grafikai. Stabiliausia iš šių medžiagų yra 61 medžiaga, kurios varža sumažėja 8 % esant 100 °C ir 100 MHz. Priešingai, 43 medžiaga parodė 25 % varžos kritimas esant tokiam pačiam dažniui ir temperatūrai. Šios kreivės, jei pateikiamos, gali būti naudojamos norint reguliuoti nurodytą kambario temperatūros varžą, jei reikia slopinti esant aukštesnei temperatūrai.
Kaip ir temperatūros atveju, nuolatinės srovės ir 50 arba 60 Hz maitinimo srovės taip pat turi įtakos toms pačioms būdingoms ferito savybėms, kurios savo ruožtu lemia mažesnę šerdies varžą. 16, 17 ir 18 paveikslai yra tipinės kreivės, iliustruojančios poslinkio poveikį ferito medžiagos varžai. .Ši kreivė apibūdina varžos pablogėjimą kaip konkrečios medžiagos lauko stiprumo funkciją kaip dažnio funkciją. Reikėtų pažymėti, kad poslinkio poveikis mažėja didėjant dažniui.
Nuo tada, kai buvo surinkti šie duomenys, Fair-Rite Products pristatė dvi naujas medžiagas. Mūsų 44 yra nikelio-cinko vidutinio laidumo medžiaga, o mūsų 31 yra mangano ir cinko didelio pralaidumo medžiaga.
19 paveiksle parodytas to paties dydžio 31, 73, 44 ir 43 medžiagų granulių varžos ir dažnio grafikas. 44 medžiaga yra patobulinta 43 medžiaga, turinti didesnę nuolatinės srovės varžą, 109 omų cm, geresnes šiluminio smūgio savybes, temperatūros stabilumą ir aukštesnė Curie temperatūra (Tc). 44 medžiaga turi šiek tiek didesnę varžą, palyginti su dažnio charakteristikomis, palyginti su mūsų 43 medžiaga. Nejudančios medžiagos 31 varža yra didesnė nei 43 arba 44 visame matavimo dažnių diapazone. 31 skirta palengvinti matmenų rezonanso problema, turinti įtakos didesnių mangano-cinko šerdžių žemo dažnio slopinimo veiksmingumui ir sėkmingai taikoma kabelių jungčių slopinimo šerdims ir didelėms toroidinėms šerdims. 20 pav. parodyta 43, 31 ir 73 medžiagų varžos ir dažnio diagrama. -Rite šerdys su 0,562 ″ OD, 0,250 ID ir 1,125 HT.Lyginant 19 ir 20 pav., reikia pažymėti, kad Mažesniems branduoliams, dažniams iki 25 MHz, 73 medžiaga yra geriausia slopinimo medžiaga.Tačiau didėjant šerdies skerspjūviui, didžiausias dažnis mažėja.Kaip matyti iš 20 paveikslo duomenų, 73 yra geriausias Didžiausias dažnis yra 8 MHz.Taip pat verta paminėti, kad 31 medžiaga puikiai veikia dažnių diapazone nuo 8 MHz iki 300 MHz.Tačiau, kaip mangano cinko ferito, 31 medžiagos tūrinė savitoji varža yra daug mažesnė – 102 omų cm, o varža kinta dėl ekstremalių temperatūros pokyčių.
Žodynas Oro šerdies induktyvumas – Lo (H) Induktyvumas, kuris būtų išmatuotas, jei šerdies pralaidumas būtų vienodas, o srauto pasiskirstymas liktų pastovus. Bendroji formulė Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Žiedas Lo = .0461 N2 log10 (OD) /ID) Ht 10-8 (H) Matmenys nurodyti mm
Silpninimas – A (dB) Signalo amplitudės sumažėjimas perduodant iš vieno taško į kitą. Tai įvesties amplitudės ir išėjimo amplitudės skaliarinis santykis decibelais.
Šerdies konstanta – C1 (cm-1) Kiekvienos magnetinės grandinės sekcijos magnetinio kelio ilgių suma, padalinta iš atitinkamos tos pačios sekcijos magnetinės srities.
Šerdies konstanta – C2 (cm-3) Kiekvienos magnetinės grandinės sekcijos magnetinės grandinės ilgių suma, padalyta iš tos pačios sekcijos atitinkamo magnetinio srities kvadrato.
Magnetinio kelio ploto Ae (cm2), kelio ilgio le (cm) ir tūrio Ve (cm3) efektyvieji matmenys Esant tam tikrai šerdies geometrijai, daroma prielaida, kad magnetinio kelio ilgis, skerspjūvio plotas ir tūris toroidinė šerdis turi tokias pačias medžiagos savybes kaip Medžiaga turi turėti magnetines savybes, lygiavertes duotai šerdies savybėms.
Lauko stiprumas – H (Oersted) Lauko stiprumo dydį apibūdinantis parametras.H = .4 π NI/le (Oersted)
Srauto tankis – B (Gauso) Atitinkamas indukuoto magnetinio lauko parametras srityje, kuri yra normali srauto keliui.
Varža – Z (ohm) Ferito varža gali būti išreikšta jo kompleksine skvarba.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs) (omai)
Loss Tangent – ​​tan δ Ferito nuostolių tangentas yra lygus grandinės Q atvirkštinei vertei.
Praradimo koeficientas – tan δ/μi Fazės pašalinimas tarp pagrindinių magnetinio srauto tankio ir lauko stiprumo komponentų esant pradiniam pralaidumui.
Magnetinis pralaidumas – μ Magnetinis pralaidumas, gautas iš magnetinio srauto tankio ir taikomo kintamo lauko stiprumo santykio, yra…
Amplitudės pralaidumas, μa – kai nurodyta srauto tankio reikšmė yra didesnė už pradinio pralaidumo vertę.
Efektyvusis pralaidumas, μe – kai magnetinis maršrutas sudarytas su vienu ar daugiau oro tarpų, pralaidumas yra hipotetinės vienalytės medžiagos, kuri užtikrintų tokį patį pasipriešinimą, pralaidumas.
„In Compliance“ yra pagrindinis elektros ir elektronikos inžinerijos specialistų naujienų, informacijos, švietimo ir įkvėpimo šaltinis.
Orlaiviai ir erdvėlaiviai, automobiliai, komunikacijos, buitinės elektronikos švietimas Energetikos ir energijos pramonė Informacinės technologijos Medicina, karinė ir gynyba