Aplikace magnetických kuliček v EMC návrhu spínaných napájecích zdrojů
Otázky EMC se dnes staly horkým a náročným problémem v elektronickém designu a výrobě. Problém EMC v praktických aplikacích je velmi složitý a nelze jej vyřešit pouze teoretickými znalostmi. Opírá se spíše o praktické zkušenosti elektronických inženýrů. Aby bylo možné lépe řešit problematiku EMC v elektronických produktech, je především nutné zvážit uzemnění, návrh obvodů a desek plošných spojů, návrh kabelů, návrh stínění a další otázky.
Tento článek vysvětluje důležitost magnetických kuliček v aspektu EMC spínaných napájecích zdrojů představením jejich základních principů a charakteristik, aby při navrhování nových produktů poskytoval návrhářům produktů spínaných napájecích zdrojů více a lepší možnosti výběru.
1 Feritový prvek pro potlačení elektromagnetického rušení
Ferit je druh feromagnetického materiálu s kubickou mřížkovou strukturou. Jeho výrobní proces a mechanické vlastnosti jsou podobné keramice, s šedočernou barvou. Typ magnetického jádra běžně používaný v elektromagnetických interferenčních filtrech je feritový materiál a mnoho výrobců poskytuje feritové materiály speciálně pro potlačení elektromagnetického rušení. Charakteristickým znakem tohoto materiálu je jeho vysoká frekvenční ztráta. Nejdůležitějším výkonnostním parametrem pro ferit používaný k potlačení elektromagnetického rušení je magnetická permeabilita μ a saturační hustota magnetického toku Bs. Magnetická permeabilita μ Lze ji vyjádřit jako komplexní číslo, přičemž reálná část tvoří indukčnost a imaginární část představuje ztrátu, která roste s frekvencí. Proto je jeho ekvivalentní obvod sériový obvod složený z indukčnosti L a odporu R, přičemž oba jsou funkcemi frekvence. Když drát prochází tímto feritovým jádrem, vytvořená indukční impedance formálně roste se zvyšující se frekvencí, ale mechanismus je zcela odlišný při různých frekvencích.
V oblasti nízkých frekvencí je impedance složena z indukční reaktance induktoru. Při nízkých frekvencích je R velmi malé a magnetická permeabilita magnetického jádra je vysoká. Proto je indukčnost velká a L hraje hlavní roli. Elektromagnetické rušení je potlačeno odrazem; A v tomto bodě je ztráta magnetického jádra relativně malá a celé zařízení je nízkoztrátový induktor s vysokou Q charakteristikou, který je náchylný k rezonanci. Proto v oblasti nízkých frekvencí může někdy dojít ke zvýšení interference po použití feritových magnetických kuliček.
Ve vysokofrekvenčním rozsahu je impedance složena z odporových složek. S rostoucí frekvencí klesá magnetická permeabilita magnetického jádra, což má za následek snížení indukčnosti a indukčních složek indukčnosti. V tomto okamžiku se však zvyšuje ztráta magnetického jádra a zvyšuje se odporová složka, což má za následek zvýšení celkové impedance. Když vysokofrekvenční signál prochází feritem, elektromagnetické rušení je absorbováno a přeměněno na tepelnou energii pro rozptýlení.
Feritové odrušovací komponenty jsou široce používány v deskách plošných spojů, elektrických vedeních a datových vedeních. Pokud je do vstupu elektrického vedení desky s plošnými spoji přidána feritová odrušovací součást, lze odfiltrovat vysokofrekvenční rušení. Feritové magnetické kroužky nebo kuličky jsou speciálně navrženy k potlačení vysokofrekvenčního a špičkového rušení na signálových a napájecích vedeních a mají také schopnost absorbovat rušení elektrostatických výbojů.
Princip a vlastnosti magnetických perliček: Když proud protéká drátem v otvoru jádra, stává se magnetickou stopou, která cirkuluje uvnitř magnetické perličky. Při přípravě feritu pro řízení EMI by mělo být možné rozptýlit většinu magnetického toku jako teplo v materiálu. Tento jev lze simulovat sériovou kombinací induktoru a rezistoru.
Energie signálu je magneticky spojena s magnetickými kuličkami, takže reaktance a odpor induktoru se zvyšují s rostoucí frekvencí. Účinnost magnetické vazby závisí na permeabilitě materiálu magnetických kuliček vůči vzduchu. Ztráta feritových materiálů, které typicky tvoří magnetické kuličky, může být vyjádřena jako komplexní veličina jejich relativní permeabilitou pro vzduch.
Magnetické materiály jsou často charakterizovány úhlem ztráty při použití tohoto poměru. Použití komponent pro potlačení EMI vyžaduje velký ztrátový úhel, což znamená, že většina rušení bude rozptýlena, aniž by se odrazila. Různé dostupné feritové materiály, které jsou v současné době k dispozici, poskytují návrhářům širokou škálu možností pro použití magnetických kuliček v různých situacích.
