Anvendelse af magnetiske perler i EMC-design af strømforsyning
EMC er blevet et varmt og vanskeligt emne i nutidens elektroniske design og fremstilling. EMC-problemet i praktisk anvendelse er meget kompliceret, og det kan ikke løses ved at stole på teoretisk viden. Det afhænger mere af elektroniske ingeniørers praktiske erfaring. For bedre at løse problemet med EMC af elektroniske produkter er det nødvendigt at overveje spørgsmål som jording, kredsløb og printkortdesign, kabeldesign og afskærmningsdesign.
Dette papir introducerer de grundlæggende principper og karakteristika for magnetiske perler for at illustrere dets betydning ved EMC-strømforsyning, for at give produktdesignere med skiftende strømforsyninger flere og bedre valg, når de designer nye produkter.
1 Ferritkomponenter til undertrykkelse af elektromagnetisk interferens
Ferrit er et ferrimagnetisk materiale med en kubisk gitterstruktur. Dens fremstillingsproces og mekaniske egenskaber svarer til keramiks, og dens farve er grå-sort. En type magnetisk kerne, der ofte bruges i EMI-filtre, er ferritmateriale, og mange producenter leverer ferritmaterialer, der er specielt brugt til EMI-undertrykkelse. Dette materiale er karakteriseret ved meget store højfrekvente tab. For ferrit, der bruges til at undertrykke elektromagnetisk interferens, er de vigtigste præstationsparametre magnetisk permeabilitet μ og mætningsmagnetisk fluxtæthed Bs. Den magnetiske permeabilitet μ kan udtrykkes som et komplekst tal, den reelle del udgør induktansen, og den imaginære del repræsenterer tabet, som stiger med frekvensstigningen. Derfor er dets ækvivalente kredsløb et seriekredsløb sammensat af en induktor L og en modstand R, både L og R er frekvensfunktioner. Når ledningen passerer gennem denne ferritkerne, stiger den dannede induktive impedans i form, når frekvensen stiger, men mekanismen er helt anderledes ved forskellige frekvenser.
I lavfrekvensbåndet er impedansen sammensat af den induktive reaktans af induktansen. Ved lave frekvenser er R meget lille, og den magnetiske permeabilitet af den magnetiske kerne er høj, så induktansen er stor, og L spiller en stor rolle, og den elektromagnetiske interferens reflekteres og undertrykkes; og på dette tidspunkt det magnetiske tab af kernen er lille, og hele enheden er en induktor med lavt tab og høje Q-egenskaber. Denne induktor er let at forårsage resonans. Derfor kan der i lavfrekvensbåndet nogle gange være et fænomen med øget interferens efter brug af ferritperler.
I højfrekvensbåndet er impedansen sammensat af modstandskomponenter. Når frekvensen stiger, falder den magnetiske permeabilitet af den magnetiske kerne, hvilket resulterer i et fald i induktansen af induktansen og et fald i den induktive reaktanskomponent. Men på dette tidspunkt øges tabet af den magnetiske kerne, og modstandskomponenten øges. , hvilket fører til en stigning i den totale impedans, når det højfrekvente signal passerer gennem ferriten, absorberes den elektromagnetiske interferens og spredes i form af varmeenergi.
Ferritundertrykkelseskomponenter er meget udbredt på printkort, elledninger og dataledninger. Hvis der tilføjes et ferritundertrykkelseselement til indgangsenden af strømledningen på printkortet, kan højfrekvent interferens filtreres fra. Ferritmagnetiske ringe eller magnetiske perler er specielt brugt til at undertrykke højfrekvent interferens og spidsinterferens på signalledninger og elledninger. Det har også evnen til at absorbere elektrostatisk udladningsimpulsinterferens.
2. Princippet og karakteristika for magnetiske perler Når strømmen løber gennem ledningen i dens centrale hul, vil det være et magnetisk spor, der cirkulerer inde i den magnetiske perle. Ferriter til EMI-kontrol bør formuleres således, at det meste af den magnetiske flux spredes som varme i materialet. Dette fænomen kan modelleres af en seriekombination af en induktor og en modstand. som vist på billede 2
Den numeriske værdi af de to komponenter er proportional med længden af den magnetiske perle, og længden af den magnetiske perle har en væsentlig indflydelse på undertrykkelseseffekten. Jo længere længden af den magnetiske perle er, jo bedre er undertrykkelseseffekten. Da signalenergien er magnetisk koblet til den magnetiske perle, stiger reaktansen og modstanden af induktoren med stigningen af frekvensen. Effektiviteten af den magnetiske kobling afhænger af perlematerialets magnetiske permeabilitet i forhold til luft. Normalt kan tabet af ferritmaterialet, der udgør perlen, udtrykkes som en kompleks størrelse gennem dets permeabilitet i forhold til luft.
Magnetiske materialer bruger ofte dette forhold til at karakterisere tabsvinklen. En stor tabsvinkel er påkrævet for EMI-undertrykkelseskomponenter, hvilket betyder, at det meste af interferensen vil blive dissiperet og ikke reflekteret. Den brede vifte af ferritmaterialer, der er tilgængelige i dag, giver designere en bred vifte af muligheder for at bruge ferritperler i forskellige applikationer.
3 Anvendelse af magnetiske perler
3.1 Spike suppressor
Den største ulempe ved at skifte strømforsyning er, at det er let at generere støj og interferens, hvilket er et centralt teknisk problem, der har plaget skiftende strømforsyning i lang tid. Støjen fra koblingsstrømforsyningen er hovedsageligt forårsaget af den hurtigt skiftende højspændingskobling og pulskortslutningsstrøm i koblingsstrømrøret og koblingsensretterdioden. Derfor er brug af effektive komponenter til at begrænse dem til et minimum en af hovedmetoderne til at undertrykke støj. Ikke-lineær mættet induktans bruges normalt til at undertrykke den omvendte genvindingsstrømspids, på dette tidspunkt er jernkernens arbejdstilstand fra -Bs til plus Bs. I overensstemmelse med konsistensen af den høje magnetiske permeabilitet og mættede ultra-små induktanselement-magnetiske perler på friløbsdioden på skiftestrømforsyningen, blev der udviklet en spidsundertrykker, der bruges til at undertrykke spidsstrømmen, der genereres, når omskifterstrømforsyningen skiftes.
Ydeevnekarakteristika for Spike Suppressors
(1) De indledende og maksimale induktansværdier er meget høje, og ulineariteten af den resterende induktansværdi efter mætning er ekstremt uoplagt. Efter at være forbundet i serie til kredsløbet, stiger strømmen og viser høj impedans øjeblikkeligt, hvilket kan bruges som et såkaldt momentan impedanselement.
(2) Det er velegnet til at forhindre det transiente strømspidssignal i halvlederkredsløbet, stødexcitationskredsløbet og den medfølgende støj, og det kan også forhindre, at halvlederen bliver beskadiget.
(3) Den resterende induktans er ekstremt lille, og tabet er meget lille, når kredsløbet er stabilt.
(4) Det er helt anderledes end ferritprodukters ydeevne.
(5) Så længe magnetisk mætning undgås, kan den bruges som et ultralille induktanselement med høj induktans.
(6) Den kan bruges som en højtydende mættelig jernkerne med lavt tab til at kontrollere og generere svingninger.
Piggundertrykkeren kræver, at jernkernematerialet har en højere magnetisk permeabilitet for at opnå en større induktans; det høje kvadratforhold kan gøre jernkernen mættet, og induktansen bør hurtigt falde til nul; tvangskraften er lille, og det høje frekvenstab er lavt, ellers vil kernen ikke fungere korrekt på grund af varmeafledning.
Formålet med spike-undertrykkeren er hovedsageligt at reducere det aktuelle peak-signal; reducere støjen forårsaget af det aktuelle spidssignal; forhindre beskadigelse af koblingstransistoren; reducere koblingstabet af koblingstransistoren; kompensere diodens gendannelsesegenskaber; forhindre højfrekvent pulsstrømstød excitation. Bruges som et ultra-lille linjefilter osv.
3.2 Anvendelse i filter a) Testresultat uden magnetiske perler b) Testresultat med magnetiske perler c) Testresultat med L linje og magnetiske perler d) Testresultat med N linje og magnetiske perler
Almindelige filtre er sammensat af tabsfrie reaktive komponenter. Dens funktion i kredsløbet er at reflektere stopbåndsfrekvensen tilbage til signalkilden, så denne type filter kaldes også et reflektionsfilter. Når refleksionsfilteret ikke matcher signalkildens impedans, vil en del af energien blive reflekteret tilbage til signalkilden, hvilket resulterer i en stigning i interferensniveauet. For at løse denne ulempe kan en ferritmagnetisk ring eller magnetisk perlehylster bruges på filterets indgående linje, og hvirvelstrømstabet af højfrekvenssignalet fra ferritringen eller den magnetiske perle kan bruges til at konvertere den høje -frekvenskomponent til varmetab. Derfor absorberer den magnetiske ring og de magnetiske perler faktisk højfrekvente komponenter, så de kaldes nogle gange absorptionsfiltre.
Forskellige ferritundertrykkelseskomponenter har forskellige optimale undertrykkelsesfrekvensområder. Generelt gælder det, at jo højere permeabiliteten er, jo lavere er den undertrykte frekvens. Derudover, jo større volumen af ferriten er, jo bedre er undertrykkelseseffekten. Når volumenet er konstant, har den lange og tynde form bedre undertrykkelseseffekt end den korte og tykke, og jo mindre indvendig diameter, desto bedre undertrykkelseseffekt. Men i tilfælde af DC- eller AC-forspændingsstrøm er der stadig problemet med ferritmætning. Jo større tværsnittet af undertrykkelseselementet er, jo mindre sandsynligt vil det blive mættet, og jo større forspændingsstrøm kan det modstå.
Baseret på ovenstående principper og karakteristika for magnetiske perler, anvendes det på filteret for skiftende strømforsyning, og effekten er indlysende. Fra testresultaterne kan det ses, at anvendelsen af magnetiske perler er væsentligt anderledes. Det kan ses fra de eksperimentelle resultater, at på grund af påvirkningen af skiftende strømforsyningskredsløb, strukturelt layout og strøm, nogle gange har det en god undertrykkelseseffekt på differentiel tilstandsinterferens, nogle gange har det en god undertrykkelseseffekt på almindelig tilstandsinterferens, og nogle gange det kan ikke undertrykke interferens. Tværtimod vil det øge støjinterferensen.
Når den EMI-absorberende magnetiske ring/perle undertrykker differentiel tilstandsinterferens, er den aktuelle værdi, der passerer gennem den, proportional med dens volumen, og ubalancen mellem de to forårsager mætning, hvilket reducerer komponentens ydeevne; Når du undertrykker common mode interferens, skal du forbinde strømforsyningens to ledninger (positive og negative). på den, men den vil vise en stor induktans for common mode-signalet. En anden bedre metode i brugen af den magnetiske ring er at få tråden, der passerer gennem den magnetiske ring, til gentagne gange at blive viklet flere gange for at øge induktansen. I henhold til dets undertrykkelsesprincip om elektromagnetisk interferens kan dets undertrykkelseseffekt bruges med rimelighed.
Ferritundertrykkelseskomponenter bør installeres tæt på kilden til interferens. For input/output-kredsløbet skal det være så tæt som muligt på indgangen og udgangen af afskærmningshuset. For absorptionsfilteret, der er sammensat af ferritmagnetisk ring og magnetiske perler, skal man ud over at vælge tabsgivende materialer med høj magnetisk permeabilitet også være opmærksom på dets anvendelsesbegivenheder. Deres modstand mod højfrekvente komponenter i ledningen er omkring ti til hundredvis af Ω, så dens rolle i højimpedanskredsløb er ikke indlysende. Tværtimod, i lavimpedanskredsløb (såsom strømfordeling, strømforsyning eller radiofrekvenskredsløb) vil brugen være meget effektiv.
