Primjena magnetskih kuglica u EMC dizajnu prekidačkih izvora napajanja
Pitanja elektromagnetske kompatibilnosti postala su vruća i izazovna tema u današnjem elektroničkom dizajnu i proizvodnji. Problem elektromagnetske kompatibilnosti u praktičnoj primjeni vrlo je složen i ne može se riješiti samo teorijskim znanjem. Više se oslanja na praktično iskustvo elektroničkih inženjera. Kako bi se bolje riješio problem elektromagnetske kompatibilnosti u elektroničkim proizvodima, uglavnom je potrebno razmotriti uzemljenje, dizajn strujnog kruga i PCB ploče, dizajn kabela, dizajn oklopa i druga pitanja.
Ovaj članak objašnjava važnost magnetskih kuglica u EMC aspektu prekidačkih izvora napajanja uvođenjem njihovih osnovnih principa i karakteristika, kako bi se dizajnerima prekidačkih izvora napajanja pružio više i bolji izbor prilikom dizajniranja novih proizvoda.
1 Feritni element za suzbijanje elektromagnetskih smetnji
Ferit je vrsta feromagnetskog materijala s kubičnom rešetkastom strukturom. Procesom proizvodnje i mehaničkim svojstvima slični su keramici, sivo crne boje. Vrsta magnetske jezgre koja se obično koristi u filtrima elektromagnetskih smetnji je feritni materijal, a mnogi proizvođači nude feritne materijale posebno za suzbijanje elektromagnetskih smetnji. Karakteristika ovog materijala je njegov gubitak visoke frekvencije. Najvažniji parametar izvedbe za ferit koji se koristi za suzbijanje elektromagnetskih smetnji je magnetska permeabilnost μ i gustoća magnetskog toka zasićenja Bs. Magnetska permeabilnost μ Može se izraziti kao kompleksan broj, pri čemu stvarni dio čini induktivitet, a imaginarni dio predstavlja gubitak, koji raste s frekvencijom. Stoga je njegov ekvivalentni krug serijski krug sastavljen od induktiviteta L i otpora R, a oba su funkcije frekvencije. Kada žica prolazi kroz ovu feritnu jezgru, formirana impedancija induktiviteta se formalno povećava s povećanjem frekvencije, ali mehanizam je potpuno drugačiji na različitim frekvencijama.
U niskofrekventnom području, impedancija se sastoji od induktivne reaktancije induktora. Na niskim frekvencijama, R je vrlo mali, a magnetska propusnost magnetske jezgre je velika. Stoga je induktivitet velik, a L igra glavnu ulogu. Elektromagnetske smetnje suzbijane su refleksijom; I u ovom trenutku, gubitak magnetske jezgre je relativno mali, a cijeli uređaj je induktor s niskim gubicima, visokom Q karakteristikom, koji je sklon rezonanciji. Stoga, u niskofrekventnom području, ponekad može doći do pojačanja smetnji nakon korištenja feritnih magnetskih kuglica.
U području visokih frekvencija, impedancija se sastoji od komponenti otpora. Kako se frekvencija povećava, magnetska permeabilnost magnetske jezgre se smanjuje, što rezultira smanjenjem induktiviteta i komponenti induktiviteta induktiviteta. Međutim, u ovom trenutku se povećava gubitak magnetske jezgre, a komponenta otpora raste, što rezultira povećanjem ukupne impedancije. Kada visokofrekventni signal prolazi kroz ferit, elektromagnetske smetnje se apsorbiraju i pretvaraju u toplinsku energiju za disipaciju.
Komponente za suzbijanje ferita naširoko se koriste u tiskanim pločama, električnim i podatkovnim vodovima. Ako se komponenta za suzbijanje ferita doda na ulaz strujnog voda na tiskanoj pločici, visokofrekventne smetnje mogu se filtrirati. Feritni magnetski prstenovi ili kuglice posebno su dizajnirani za suzbijanje visokofrekventnih i vršnih smetnji na signalnim i električnim vodovima, a također imaju sposobnost apsorbiranja smetnji pulsa elektrostatičkog pražnjenja.
Princip i karakteristike magnetskih kuglica: Kada struja teče kroz žicu u otvoru jezgre, ona postaje magnetski trag koji cirkulira unutar magnetske kuglice. Prilikom pripreme ferita za EMI kontrolu, trebalo bi biti moguće raspršiti većinu magnetskog toka kao toplinu u materijalu. Ovaj se fenomen može simulirati serijskom kombinacijom induktora i otpornika.
Energija signala je magnetski povezana s magnetskim kuglicama, tako da se reaktancija i otpor induktora povećavaju s povećanjem frekvencije. Učinkovitost magnetskog spajanja ovisi o propusnosti materijala magnetske kuglice u odnosu na zrak. Gubitak feritnih materijala koji obično čine magnetska zrnca može se izraziti kao složena veličina njihovom relativnom propusnošću za zrak.
Magnetski materijali često se karakteriziraju kutom gubitka koristeći ovaj omjer. Korištenje komponenata za suzbijanje EMI-ja zahtijeva veliki kut gubitka, što znači da će se većina smetnji raspršiti bez refleksije. Različiti dostupni feritni materijali koji su trenutno dostupni dizajnerima pružaju širok raspon opcija za korištenje magnetskih kuglica u različitim situacijama.
