Magnethelmeste kasutamine toiteallika elektromagnetilise ühilduvuse kujundamisel
Elektromagnetiline ühilduvus on muutunud kuumaks ja keeruliseks probleemiks tänapäeva elektroonilises disainis ja tootmises. EMC probleem praktilises rakenduses on väga keeruline ja seda ei saa lahendada teoreetilistele teadmistele toetudes. See sõltub rohkem elektroonikainseneride praktilistest kogemustest. Elektroonikatoodete elektromagnetilise ühilduvuse probleemi paremaks lahendamiseks on vaja kaaluda selliseid küsimusi nagu maandus, vooluringi ja PCB plaadi disain, kaabli disain ja varjestuse disain.
Selles artiklis tutvustatakse magnethelmeste põhiprintsiipe ja omadusi, et illustreerida nende tähtsust lülitustoiteallika EMC-s, et pakkuda lülitustoiteallika tootedisaineritele uute toodete kavandamisel rohkem ja paremaid valikuid.
1 Ferriidist elektromagnetiliste häirete summutamise komponendid
Ferriit on ferrimagnetiline materjal, millel on kuupvõre struktuur. Selle tootmisprotsess ja mehaanilised omadused on sarnased keraamika omadega ning selle värvus on hallikasmust. EMI-filtrites sageli kasutatav magnetsüdamiku tüüp on ferriitmaterjal ja paljud tootjad pakuvad spetsiaalselt EMI summutamiseks kasutatavaid ferriitmaterjale. Seda materjali iseloomustavad väga suured kõrgsageduskaod. Elektromagnetiliste häirete mahasurumiseks kasutatava ferriidi puhul on kõige olulisemad jõudlusparameetrid magnetiline läbilaskvus μ ja küllastuse magnetvoo tihedus Bs. Magnetilist läbilaskvust μ saab väljendada kompleksarvuna, reaalosa moodustab induktiivsuse ja imaginaarne osa kaotust, mis sageduse kasvades suureneb. Seetõttu on selle ekvivalentahel jadaahel, mis koosneb induktiivpoolist L ja takistist R, nii L kui ka R on sagedusfunktsioonid. Kui juhe läbib selle ferriitsüdamiku, siis moodustunud induktiivne takistus suureneb sageduse kasvades kujul, kuid mehhanism on erinevatel sagedustel täiesti erinev.
Madalsagedusalas koosneb impedants induktiivsuse induktiivreaktiivsusest. Madalatel sagedustel on R väga väike ja magnetsüdamiku magnetiline läbilaskvus on kõrge, seega on induktiivsus suur ja L mängib olulist rolli ning elektromagnetilised häired peegelduvad ja summutatakse; ja sel ajal magnetiline Südamiku kadu on väike ja kogu seade on väikese kadu ja kõrge Q-omadustega induktiivpool. Sellel induktiivpoolil on lihtne resonantsi tekitada. Seetõttu võib madala sagedusriba puhul pärast ferriithelmeste kasutamist mõnikord esineda suurenenud häireid.
Kõrgsagedusalas koosneb impedants takistuskomponentidest. Sageduse kasvades magnetsüdamiku magnetiline läbilaskvus väheneb, mille tulemusena väheneb induktiivpooli induktiivsus ja väheneb induktiivreaktiivkomponent. Kuid sel ajal suureneb magnetsüdamiku kadu ja suureneb takistuskomponent. , mis viib kogutakistuse suurenemiseni, kui kõrgsageduslik signaal läbib ferriiti, neelduvad elektromagnetilised häired ja hajuvad need soojusenergia kujul.
Ferriidi summutuskomponente kasutatakse laialdaselt trükkplaatidel, elektriliinidel ja andmeliinidel. Kui trükkplaadi toiteliini sisendotsa lisada ferriidist summutuselement, saab kõrgsageduslikud häired välja filtreerida. Ferriidist magnetrõngaid või magnethelmeid kasutatakse spetsiaalselt kõrgsageduslike häirete ja teravate häirete summutamiseks signaaliliinidel ja elektriliinidel. Samuti on sellel võime absorbeerida elektrostaatiliste lahenduste impulsside häireid.
2. Magnethelmeste põhimõte ja omadused Kui vool liigub läbi juhtme keskses augus, on see magnetrada, mis ringleb magnethelmeses. Ferriidid EMI kontrollimiseks tuleks koostada nii, et suurem osa magnetvoost hajub materjalis soojusena. Seda nähtust saab modelleerida induktiivpooli ja takisti jadakombinatsiooniga. nagu on näidatud pildil 2
Kahe komponendi arvväärtus on võrdeline magnethelme pikkusega ja magnethelmeste pikkus mõjutab oluliselt summutusefekti. Mida pikem on magnetpärli pikkus, seda parem on summutusefekt. Kuna signaali energia on magnethelmega magnetiliselt ühendatud, suureneb induktiivpooli reaktants ja takistus sageduse kasvades. Magnetühenduse efektiivsus sõltub helme materjali magnetilisest läbilaskvusest õhu suhtes. Tavaliselt saab helme moodustava ferriitmaterjali kadu väljendada komplekssuuruses selle läbilaskvuse kaudu õhu suhtes.
Magnetmaterjalid kasutavad seda suhet sageli kadunurga iseloomustamiseks. EMI summutuskomponentide jaoks on vajalik suur kadunurk, mis tähendab, et suurem osa häiretest hajub ja ei peegeldu. Tänapäeval saadaolevate ferriitmaterjalide lai valik pakub disaineritele laia valikut ferriithelmeste kasutamise võimalusi erinevates rakendustes.
3 Magnethelmeste pealekandmine
3.1 Spike summuti
Lülitustoiteallika suurim miinus on see, et on lihtne tekitada müra ja häireid, mis on võtmetähtsusega tehniline probleem, mis on lülitustoiteallikat pikka aega vaevanud. Lülitustoiteallika müra põhjustab peamiselt lülitustoitetoru ja lülitusalaldi dioodi kiiresti muutuv kõrgepinge lülitus- ja impulsslühisvool. Seetõttu on tõhusate komponentide kasutamine nende miinimumini piiramiseks üks peamisi müra summutamise meetodeid. Mittelineaarset küllastunud induktiivsust kasutatakse tavaliselt pöördtaastevoolu tipu mahasurumiseks, sel ajal on raudsüdamiku tööseisund vahemikus -Bs kuni pluss Bs. Vastavalt suure magnetilise läbilaskvusega ja küllastuvate üliväikeste induktiivsusega element-magnethelmeste konsistentsile lülitustoiteallika vabakäigudioodil töötati välja lülitustoiteallika lülitamisel tekkiva tippvoolu summutamiseks kasutatav piigi summutaja.
Spike-summutite jõudlusnäitajad
(1) Induktiivsuse alg- ja maksimumväärtused on väga kõrged ning jääk-induktiivsuse mittelineaarsus pärast küllastumist on äärmiselt ebaselge. Pärast ahelaga järjestikku ühendamist vool tõuseb ja näitab koheselt suurt takistust, mida saab kasutada nn hetketakistuse elemendina.
(2) See sobib mööduva voolu tippsignaali vältimiseks pooljuhtahelas, löögi ergutusahelas ja kaasneva müraga ning võib samuti vältida pooljuhi kahjustamist.
(3) Jääk-induktiivsus on äärmiselt väike ja kadu on väga väike, kui vooluahel on stabiilne.
(4) See erineb täielikult ferriittoodete toimivusest.
(5) Kuni magnetilist küllastumist välditakse, saab seda kasutada üliväikese suure induktiivsusega induktiivsuse elemendina.
(6) Seda saab kasutada suure jõudlusega küllastunud rauasüdamikuna, millel on väike kadu, et juhtida ja tekitada võnkumisi.
Terade summutaja nõuab suurema induktiivsuse saavutamiseks raudsüdamiku materjalil suuremat magnetilist läbilaskvust; suur ruutsuhe võib muuta rauasüdamiku küllastunud ja induktiivsus peaks langema kiiresti nullini; sundjõud on väike ja kõrgsageduskadu väike, vastasel juhul ei tööta südamik soojuse hajumise tõttu korralikult.
Spike supressori eesmärk on peamiselt vähendada voolu tippsignaali; vähendada praeguse tippsignaali tekitatud müra; vältida lülitustransistori kahjustamist; vähendada lülitustransistori lülituskadu; kompenseerida dioodi taastumisomadused; vältida kõrgsagedusliku impulsi voolu šoki ergastamist. Kasutada üliväikese liinifiltrina jne.
3.2 Kasutamine filtris a) Testi tulemus ilma magnethelmesteta b) Testi tulemus magnethelmestega c) Testi tulemus L joone ja magnethelmestega d) Testi tulemus N joone ja magnethelmestega
Tavalised filtrid koosnevad kadudeta reaktiivsetest komponentidest. Selle funktsioon vooluringis on peegeldada stopriba sagedust tagasi signaaliallikasse, mistõttu seda tüüpi filtrit nimetatakse ka peegeldusfiltriks. Kui peegeldusfilter ei vasta signaaliallika impedantsile, peegeldub osa energiast tagasi signaaliallikasse, mille tulemuseks on häirete tase. Selle puuduse lahendamiseks saab filtri sissetuleval liinil kasutada ferriidi magnetrõngast või magnethelmeste hülsi ning kõrgsagedusliku signaali pöörisvoolukadu ferriitrõnga või magnethelme poolt saab kasutada kõrge sageduse teisendamiseks. -sageduskomponent soojuskaod. Seetõttu neelavad magnetrõngas ja magnethelmed tegelikult kõrgsageduslikke komponente, mistõttu neid nimetatakse mõnikord neeldumisfiltriteks.
Erinevatel ferriidi summutuskomponentidel on erinevad optimaalsed summutussageduste vahemikud. Üldiselt, mida suurem on läbilaskvus, seda madalam on allasurutud sagedus. Lisaks, mida suurem on ferriidi maht, seda parem on summutusefekt. Kui helitugevus on konstantne, on pikal ja õhukesel kujul parem summutusefekt kui lühikesel ja paksul ning mida väiksem on siseläbimõõt, seda parem on summutusefekt. Alalis- või vahelduvvoolu eelpingestusvoolu puhul on aga endiselt ferriidi küllastumise probleem. Mida suurem on summutuselemendi ristlõige, seda väiksem on tõenäosus, et see küllastub ja seda suuremat nihkevoolu see talub.
Tuginedes ülaltoodud põhimõtetele ja magnethelmeste omadustele, rakendatakse seda lülitustoiteallika filtrile ja mõju on ilmne. Katsetulemustest on näha, et magnethelmeste pealekandmine on oluliselt erinev. Katsetulemustest on näha, et lülitustoiteahela, konstruktsiooni paigutuse ja võimsuse mõju tõttu on sellel mõnikord hea summutusefekt diferentsiaalrežiimi häiretele, mõnikord on sellel hea summutusefekt tavarežiimi häiretele ja mõnikord see ei suuda häireid summutada Vastupidi, see suurendab müra häireid.
Kui EMI-d neelav magnetrõngas/helmes pärsib diferentsiaalrežiimi häireid, on seda läbiv vooluväärtus võrdeline selle helitugevusega ja nende kahe vaheline tasakaalustamatus põhjustab küllastumist, mis vähendab komponendi jõudlust; ühisrežiimi häirete mahasurumisel ühendage toiteallika kaks juhet (positiivne ja negatiivne) Minge samaaegselt läbi magnetrõnga, efektiivne signaal on diferentsiaalrežiimi signaal ja EMI-d neelaval magnetrõngal/magnethelmel ei ole mingit mõju. sellel, kuid see näitab ühisrežiimi signaali suurt induktiivsust. Veel üks parem meetod magnetrõnga kasutamisel on panna magnetrõngast läbivat juhet korduvalt mitu korda kerima, et suurendada induktiivsust. Selle elektromagnetiliste häirete summutamise põhimõtte kohaselt saab selle summutavat efekti mõistlikult kasutada.
Ferriidi summutuskomponendid tuleb paigaldada häireallika lähedale. Sisend/väljundahela puhul peaks see olema võimalikult lähedal varjestuskorpuse sisse- ja väljalaskeavale. Ferriidi magnetrõngast ja magnethelmestest koosneva neeldumisfiltri puhul tuleks lisaks suure magnetilise läbilaskvusega kadudega materjalide valimisele pöörata tähelepanu ka selle kasutusvõimalustele. Nende takistus liini kõrgsageduslikele komponentidele on umbes kümme kuni sadu Ω, seega pole nende roll suure takistusega ahelates ilmne. Vastupidi, madala takistusega ahelates (näiteks toitejaotus-, toiteallika- või raadiosagedusahelates) on kasutamine väga tõhus.
