Magnētisko lodīšu pielietojums komutācijas barošanas avota EMC projektēšanā
Šis darbs iepazīstina ar ferīta lodītes raksturlielumiem, un atbilstoši tā īpašībām, analizē un iepazīstina ar tā nozīmīgo pielietojumu komutācijas barošanas avota EMC projektēšanā, kā arī sniedz eksperimentālos un testu rezultātus elektrolīniju filtrā.
EMC ir kļuvusi par karstu un sarežģītu problēmu mūsdienu elektroniskajā projektēšanā un ražošanā. EMC problēma praktiskajā pielietojumā ir ļoti sarežģīta, un to nevar atrisināt, paļaujoties uz teorētiskām zināšanām. Tas vairāk atkarīgs no elektronikas inženieru praktiskās pieredzes. Lai labāk atrisinātu elektronisko izstrādājumu EMC problēmu, ir jāapsver tādi jautājumi kā zemējums, shēmas un PCB plates dizains, kabeļu dizains un ekranēšanas dizains.
Šis raksts iepazīstina ar magnētisko lodīšu pamatprincipiem un īpašībām, lai ilustrētu to nozīmi komutācijas barošanas avota EMC, lai nodrošinātu komutācijas barošanas avota produktu dizaineriem vairāk un labākas izvēles iespējas jaunu produktu projektēšanā.
1 ferīta EMI slāpēšanas komponenti
Ferīts ir ferimagnētisks materiāls ar kubiskā režģa struktūru. Tā ražošanas process un mehāniskās īpašības ir līdzīgas keramikai, un tā krāsa ir pelēkmelna. Viens no magnētisko serdeņu veidiem, ko bieži izmanto EMI filtros, ir ferīta materiāls, un daudzi ražotāji piedāvā ferīta materiālus, kas īpaši izmantoti EMI slāpēšanai. Šim materiālam raksturīgi ļoti lieli augstfrekvences zudumi. Ferītam, ko izmanto elektromagnētisko traucējumu slāpēšanai, svarīgākie darbības parametri ir magnētiskā caurlaidība μ un piesātinājuma magnētiskās plūsmas blīvums Bs. Magnētisko caurlaidību μ var izteikt kā kompleksu skaitli, reālā daļa veido induktivitāti, bet iedomātā daļa apzīmē zaudējumus, kas palielinās, palielinoties frekvencei. Tāpēc tā ekvivalentā ķēde ir virknes ķēde, kas sastāv no induktora L un rezistora R, gan L, gan R ir frekvences funkcijas. Kad vads iet caur šo ferīta serdi, izveidotā induktīvā pretestība palielinās formā, palielinoties frekvencei, bet mehānisms ir pilnīgi atšķirīgs dažādās frekvencēs.
Zemfrekvences joslā pretestība sastāv no induktora induktīvās pretestības. Zemās frekvencēs R ir ļoti mazs, un magnētiskā serdeņa magnētiskā caurlaidība ir augsta, tāpēc induktivitāte ir liela, un L spēlē galveno lomu, un elektromagnētiskie traucējumi tiek atspoguļoti un nomākti; un šajā laikā magnētiskā serdeņa zudums ir mazs, un visa ierīce ir induktors ar zemiem zudumiem un augstām Q īpašībām.
Augstfrekvences joslā pretestība sastāv no pretestības komponentiem. Palielinoties frekvencei, magnētiskā serdeņa magnētiskā caurlaidība samazinās, kā rezultātā samazinās induktora induktivitāte un samazinās induktīvās pretestības komponents. Tomēr šajā laikā palielinās magnētiskā kodola zudums un palielinās pretestības komponents, kā rezultātā palielinās kopējā pretestība. Kad augstfrekvences signāls iet cauri ferītam, elektromagnētiskie traucējumi tiek absorbēti un izkliedēti siltumenerģijas veidā.
Ferīta slāpēšanas komponenti tiek plaši izmantoti iespiedshēmu platēs, elektropārvades līnijās un datu līnijās. Ja iespiedplates barošanas līnijas ieejas galā ir pievienots ferīta slāpēšanas elements, augstfrekvences traucējumus var filtrēt. Ferīta magnētiskos gredzenus vai magnētiskās lodītes īpaši izmanto, lai slāpētu augstfrekvences traucējumus un smaiļu traucējumus signālu līnijās un elektropārvades līnijās. Tam ir arī spēja absorbēt elektrostatiskās izlādes impulsu traucējumus.
2. Magnētisko lodīšu princips un īpašības Kad strāva plūst caur vadu tā centrālajā caurumā, tā būs magnētiskā trase, kas cirkulē magnētiskās lodītes iekšpusē. Ferīti EMI kontrolei jāformulē tā, lai lielākā daļa magnētiskās plūsmas tiktu izkliedēta materiālā kā siltums. Šo parādību var modelēt ar induktora un rezistora virknes kombināciju. kā parādīts 2. attēlā
Abu komponentu skaitliskā vērtība ir proporcionāla magnētiskās lodītes garumam, un magnētiskās lodītes garumam ir būtiska ietekme uz slāpēšanas efektu. Jo garāks ir magnētiskās lodītes garums, jo labāks ir slāpēšanas efekts. Tā kā signāla enerģija ir magnētiski savienota ar magnētisko lodziņu, induktora pretestība un pretestība palielinās, palielinoties frekvencei. Magnētiskā savienojuma efektivitāte ir atkarīga no lodītes materiāla magnētiskās caurlaidības attiecībā pret gaisu. Parasti ferīta materiāla zudumu, kas veido lodītes, var izteikt kā sarežģītu daudzumu, izmantojot tā caurlaidību attiecībā pret gaisu.
Magnētiskie materiāli bieži izmanto šo attiecību, lai raksturotu zuduma leņķi. EMI slāpēšanas komponentiem ir nepieciešams liels zuduma leņķis, kas nozīmē, ka lielākā daļa traucējumu tiks izkliedēti un neatspoguļoti. Mūsdienās pieejamais plašais ferīta materiālu klāsts sniedz dizaineriem plašas iespējas ferīta lodīšu izmantošanai dažādos lietojumos.
3 Magnētisko pērlīšu pielietošana
3.1 Smailes slāpētājs
Lielākais komutācijas barošanas avota trūkums ir tas, ka tajā ir viegli radīt troksni un traucējumus, kas ir galvenā tehniskā problēma, kas jau ilgu laiku ir nomocījusi komutācijas barošanas avotu. Komutācijas barošanas avota troksni galvenokārt izraisa pārslēgšanas barošanas caurules un komutācijas taisngrieža diodes strauji mainīgā augstsprieguma komutācijas un impulsa īsslēguma strāva. Tāpēc efektīvu komponentu izmantošana, lai tos ierobežotu līdz minimumam, ir viena no galvenajām trokšņa slāpēšanas metodēm. Nelineāro piesātināto induktivitāti parasti izmanto, lai nomāktu reversās atkopšanas strāvas maksimumu, šajā laikā dzelzs serdes darba stāvoklis ir no -Bs līdz plus Bs. Atbilstoši augstas magnētiskās caurlaidības un piesātināmo īpaši mazo induktivitātes elementu-magnētisko lodīšu konsistencei uz komutācijas barošanas avota brīvgaitas diodes tiek izstrādāts smailes slāpētājs, ko izmanto, lai slāpētu maksimālo strāvu, kas rodas, pārslēdzot komutācijas barošanas avotu.
Smailes slāpētāju veiktspējas raksturojums
(1) Sākotnējās un maksimālās induktivitātes vērtības ir ļoti augstas, un atlikušās induktivitātes vērtības nelinearitāte pēc piesātinājuma ir ārkārtīgi nepārprotama. Pēc virknes pievienošanas ķēdei strāva palielinās un uzreiz parāda augstu pretestību, ko var izmantot kā tā saukto momentānās pretestības elementu.
(2) Tas ir piemērots, lai novērstu pārejas strāvas maksimuma signālu pusvadītāju ķēdē, trieciena ierosmes ķēdē un ar to saistīto troksni, kā arī var novērst pusvadītāja bojājumus.
(3) Atlikusī induktivitāte ir ārkārtīgi maza, un zaudējumi ir ļoti mazi, ja ķēde ir stabila.
(4) Tas pilnībā atšķiras no ferīta izstrādājumu veiktspējas.
(5) Kamēr tiek novērsts magnētiskais piesātinājums, to var izmantot kā īpaši mazu, augstas induktivitātes induktivitātes elementu.
(6) To var izmantot kā augstas veiktspējas piesātinātu dzelzs serdi ar zemiem zudumiem, lai kontrolētu un radītu svārstības.
Smailes slāpētājam ir nepieciešams, lai dzelzs serdes materiālam būtu lielāka magnētiskā caurlaidība, lai iegūtu lielāku induktivitāti; ja lielā kvadrātveida attiecība var piesātināt dzelzs serdi, induktivitātei ātri jāsamazinās līdz nullei; piespiedu spēks ir mazs un augstfrekvences zudums ir mazs, pretējā gadījumā dzelzs serdes siltuma izkliede nedarbosies normāli.
Smailes slāpētāja mērķis galvenokārt ir samazināt strāvas maksimuma signālu; samazināt pašreizējā maksimālā signāla radīto troksni; novērstu komutācijas tranzistora bojājumus; samazināt komutācijas tranzistora pārslēgšanas zudumus; kompensēt diodes atkopšanas raksturlielumus; novērstu augstfrekvences impulsu strāvas trieciena ierosmi. Izmantojiet kā īpaši mazu līniju filtru utt.
3.2. Lietošana filtrā a) Testa rezultāts bez magnētiskajām lodītēm b) Testa rezultāts ar magnētiskajām lodītēm c) Testa rezultāts ar L līniju un magnētiskajām lodītēm d) Testa rezultāts ar N līniju un magnētiskajām lodītēm
Parastie filtri sastāv no reaktīviem komponentiem bez zudumiem. Tā funkcija ķēdē ir atspoguļot stopjoslas frekvenci atpakaļ signāla avotā, tāpēc šāda veida filtru sauc arī par atstarošanas filtru. Ja atstarošanas filtrs neatbilst signāla avota pretestībai, daļa enerģijas tiks atspoguļota atpakaļ signāla avotā, kā rezultātā palielinās traucējumu līmenis. Lai novērstu šo trūkumu, filtra ienākošajā līnijā var izmantot ferīta magnētisko gredzenu vai magnētisko lodīšu uzmavu, un ferīta gredzena vai magnētiskās lodītes augstfrekvences signāla virpuļstrāvas zudumu var izmantot, lai pārveidotu augsto signālu. -frekvences komponents siltuma zudumos. Tāpēc magnētiskais gredzens un magnētiskās lodītes faktiski absorbē augstfrekvences komponentus, tāpēc tos dažreiz sauc par absorbcijas filtriem.
Dažādiem ferīta slāpēšanas komponentiem ir dažādi optimālie slāpēšanas frekvenču diapazoni. Parasti, jo augstāka ir caurlaidība, jo zemāka ir nomāktā frekvence. Turklāt, jo lielāks ir ferīta tilpums, jo labāks ir slāpēšanas efekts. Ja tilpums ir nemainīgs, garajai un plānajai formai ir labāks slāpēšanas efekts nekā īsajai un biezajai formai, un, jo mazāks ir iekšējais diametrs, jo labāks ir slāpēšanas efekts. Tomēr līdzstrāvas vai maiņstrāvas novirzes strāvas gadījumā joprojām pastāv ferīta piesātinājuma problēma. Jo lielāks ir slāpēšanas elementa šķērsgriezums, jo mazāka iespējamība, ka tas būs piesātināts, un jo lielāku nobīdes strāvu tas var izturēt.
Pamatojoties uz iepriekš minētajiem principiem un magnētisko lodīšu īpašībām, tas tiek piemērots komutācijas barošanas avota filtram, un efekts ir acīmredzams. No testa rezultātiem var redzēt, ka magnētisko lodīšu pielietojums būtiski atšķiras. No eksperimentālajiem rezultātiem var redzēt, ka komutācijas barošanas avota ķēdes, struktūras izkārtojuma un jaudas ietekmes dēļ dažreiz tai ir laba slāpēšanas ietekme uz diferenciālo režīmu traucējumiem, dažreiz tai ir laba slāpēšanas ietekme uz kopējā režīma traucējumiem, un dažreiz tam nav traucējumu slāpēšanas efekta, bet tas palielina trokšņa traucējumus.
Kad EMI absorbējošais magnētiskais gredzens/magnētiskā lodīte nomāc diferenciālā režīma traucējumus, caur to ejošā strāvas vērtība ir proporcionāla tās tilpumam, un nelīdzsvarotība starp abiem izraisa piesātinājumu, kas samazina komponenta veiktspēju; nomācot kopējā režīma traucējumus, divi barošanas avota vadi (pozitīvie un negatīvie) vienlaikus iziet cauri magnētiskajam gredzenam, un efektīvais signāls ir diferenciālā režīma signāls. Vēl viena labāka magnētiskā gredzena izmantošanas metode ir vairākas reizes uztīt vadu, kas iet caur magnētisko gredzenu, lai palielinātu induktivitāti. Saskaņā ar elektromagnētisko traucējumu slāpēšanas principu tā slāpēšanas efektu var saprātīgi izmantot.
Ferīta slāpēšanas komponenti jāuzstāda tuvu traucējumu avotam. Ievades/izejas ķēdei tai jāatrodas pēc iespējas tuvāk ekranēšanas korpusa ieejai un izejai. Absorbcijas filtram, kas sastāv no ferīta magnētiskā gredzena un magnētiskām lodītēm, papildus zudumu materiālu izvēlei ar augstu magnētisko caurlaidību jāpievērš uzmanība arī tā izmantošanas gadījumiem. To izturība pret augstfrekvences komponentiem līnijā ir aptuveni desmit līdz simtiem Ω, tāpēc to loma augstas pretestības ķēdēs nav acīmredzama. Gluži pretēji, tas būs ļoti efektīvs ķēdēs ar zemu pretestību (piemēram, strāvas sadales, barošanas avota vai radiofrekvences ķēdēs).
