Primjena magnetnih perli u EMC dizajnu prekidačkih izvora napajanja
EMC pitanja su danas postala vruća i izazovna tema u elektronskom dizajnu i proizvodnji. Problem elektromagnetske kompatibilnosti u praktičnoj primjeni je vrlo složen i ne može se riješiti samo teorijskim znanjem. Više se oslanja na praktično iskustvo elektronskih inženjera. Kako bi se bolje pozabavilo pitanjem EMC u elektroničkim proizvodima, uglavnom je potrebno razmotriti uzemljenje, dizajn kola i PCB ploče, dizajn kabela, dizajn oklopa i druga pitanja.
Ovaj članak objašnjava važnost magnetnih perli u EMC aspektu prekidačkih izvora napajanja uvođenjem njihovih osnovnih principa i karakteristika, kako bi se pružio veći i bolji izbor dizajnerima proizvoda za prekidačko napajanje prilikom dizajniranja novih proizvoda.
1 Feritni element za suzbijanje elektromagnetnih smetnji
Ferit je vrsta feromagnetnog materijala sa kubičnom rešetkastom strukturom. Proizvodni proces i mehanička svojstva su slični keramici, sivo-crne boje. Vrsta magnetnog jezgra koji se obično koristi u filterima za elektromagnetne smetnje je feritni materijal, a mnogi proizvođači nude feritne materijale posebno za suzbijanje elektromagnetnih smetnji. Karakteristika ovog materijala je visok gubitak frekvencije. Najvažniji parametar performansi za ferit koji se koristi za suzbijanje elektromagnetnih smetnji je magnetna permeabilnost μ i gustina magnetnog fluksa zasićenja Bs. Magnetna permeabilnost μ Može se izraziti kao kompleksan broj, pri čemu realni dio čini induktivnost, a imaginarni dio predstavlja gubitak, koji raste sa frekvencijom. Prema tome, njegov ekvivalentni krug je serijski krug sastavljen od induktivnosti L i otpora R, a oba su funkcije frekvencije. Kada žica prođe kroz ovu feritnu jezgru, formirana impedancija induktivnosti se formalno povećava sa povećanjem frekvencije, ali mehanizam je potpuno drugačiji na različitim frekvencijama.
U području niskih frekvencija, impedancija se sastoji od induktivne reaktancije induktora. Na niskim frekvencijama, R je vrlo mali, a magnetna permeabilnost magnetnog jezgra je visoka. Stoga je induktivnost velika, a L igra glavnu ulogu. Elektromagnetne smetnje se potiskuju refleksijom; I u ovom trenutku, gubitak magnetne jezgre je relativno mali, a cijeli uređaj je induktor s malim gubicima, visokom Q karakteristikom, koji je sklon rezonanciji. Stoga, u rasponu niskih frekvencija, ponekad može doći do pojačanja smetnji nakon upotrebe feritnih magnetnih perli.
U visokofrekventnom opsegu, impedancija se sastoji od komponenti otpora. Kako frekvencija raste, magnetska permeabilnost magnetnog jezgra se smanjuje, što rezultira smanjenjem induktivnosti i induktivnih komponenti induktivnosti. Međutim, u ovom trenutku, gubitak magnetnog jezgra se povećava, a komponenta otpora se povećava, što rezultira povećanjem ukupne impedanse. Kada visokofrekventni signal prođe kroz ferit, elektromagnetne smetnje se apsorbuju i pretvaraju u toplotnu energiju za disipaciju.
Komponente za suzbijanje ferita se široko koriste u štampanim pločama, električnim vodovima i linijama podataka. Ako se komponenta za suzbijanje ferita doda na ulaz za strujnu liniju štampane ploče, visokofrekventne smetnje se mogu filtrirati. Feritni magnetni prstenovi ili perle su posebno dizajnirani za suzbijanje visokofrekventnih i vršnih smetnji na signalnim i energetskim vodovima, a također imaju sposobnost da apsorbuju smetnje impulsa elektrostatičkog pražnjenja.
Princip i karakteristike magnetnih perli: Kada struja teče kroz žicu u otvoru jezgra, ona postaje magnetna staza koja cirkuliše unutar magnetne perle. Prilikom pripreme ferita za EMI kontrolu, trebalo bi biti moguće da se veći dio magnetskog fluksa rasprši kao toplina u materijalu. Ovaj fenomen se može simulirati serijskom kombinacijom induktora i otpornika.
Energija signala je magnetski spojena na magnetne perle, tako da se reaktanca i otpor induktora povećavaju sa povećanjem frekvencije. Efikasnost magnetnog spajanja zavisi od permeabilnosti materijala magnetne perle u odnosu na vazduh. Gubitak feritnih materijala koji tipično čine magnetne perle može se izraziti kao kompleksna veličina njihovom relativnom propusnošću za zrak.
Magnetne materijale često karakterizira ugao gubitka koji koristi ovaj omjer. Upotreba komponenti za suzbijanje EMI zahteva veliki ugao gubitka, što znači da će se većina smetnji raspršiti bez odraza. Različiti dostupni feritni materijali koji su trenutno dostupni pružaju dizajnerima širok spektar mogućnosti za korištenje magnetnih perli u različitim situacijama.
