Anvendelse av magnetiske perler i EMC-design av byttestrømforsyning
Denne artikkelen introduserer egenskapene til ferrittkuler, og i henhold til dens egenskaper analyserer og introduserer den viktige anvendelsen i EMC-design av byttestrømforsyning, og gir eksperimentelle og testresultater i kraftledningsfilter.
EMC har blitt en het og vanskelig sak i dagens elektroniske design og produksjon. EMC-problemet i praktisk anvendelse er svært komplisert, og det kan ikke løses ved å stole på teoretisk kunnskap. Det avhenger mer av den praktiske erfaringen til elektroniske ingeniører. For bedre å løse problemet med EMC av elektroniske produkter, er det nødvendig å vurdere problemer som jording, krets- og PCB-kortdesign, kabeldesign og skjermingsdesign.
Denne artikkelen introduserer de grunnleggende prinsippene og egenskapene til magnetiske perler for å illustrere viktigheten av den i byttestrømforsyning EMC, for å gi produktdesignere for byttestrømforsyning flere og bedre valg når de designer nye produkter.
1 Ferritt EMI-undertrykkende komponenter
Ferritt er et ferrimagnetisk materiale med en kubisk gitterstruktur. Dens produksjonsprosess og mekaniske egenskaper ligner på keramikk, og fargen er grå-svart. En type magnetisk kjerne som ofte brukes i EMI-filtre er ferrittmateriale, og mange produsenter tilbyr ferrittmaterialer spesielt brukt for EMI-undertrykkelse. Dette materialet er preget av svært store høyfrekvente tap. For ferritt brukt til å undertrykke elektromagnetisk interferens, er de viktigste ytelsesparametrene magnetisk permeabilitet μ og metningsmagnetisk flukstetthet Bs. Den magnetiske permeabiliteten μ kan uttrykkes som et komplekst tall, den reelle delen utgjør induktansen, og den imaginære delen representerer tapet, som øker med økningen av frekvensen. Derfor er dens ekvivalente krets en seriekrets som består av en induktor L og en motstand R, både L og R er funksjoner av frekvens. Når ledningen går gjennom denne ferrittkjernen, øker den dannede induktive impedansen i form når frekvensen øker, men mekanismen er helt annerledes ved forskjellige frekvenser.
I lavfrekvensbåndet er impedansen sammensatt av den induktive reaktansen til induktoren. Ved lave frekvenser er R veldig liten, og den magnetiske permeabiliteten til den magnetiske kjernen er høy, så induktansen er stor, og L spiller en stor rolle, og den elektromagnetiske interferensen reflekteres og undertrykkes; og på dette tidspunktet er tapet av den magnetiske kjernen lite, og hele enheten er en induktor med lavt tap og høye Q-egenskaper.
I høyfrekvensbåndet er impedansen sammensatt av motstandskomponenter. Når frekvensen øker, avtar den magnetiske permeabiliteten til den magnetiske kjernen, noe som resulterer i en reduksjon i induktansen til induktoren og en reduksjon i den induktive reaktanskomponenten. På dette tidspunktet øker imidlertid tapet av den magnetiske kjernen og motstandskomponenten øker, noe som resulterer i en økning i den totale impedansen. Når det høyfrekvente signalet passerer gjennom ferritten, absorberes den elektromagnetiske interferensen og spres i form av varmeenergi.
Ferrittdempende komponenter er mye brukt på trykte kretskort, kraftledninger og datalinjer. Hvis et ferrittdempende element legges til innløpsenden av kraftledningen til det trykte kortet, kan høyfrekvent interferens filtreres ut. Ferrittmagnetiske ringer eller magnetiske perler er spesielt brukt til å undertrykke høyfrekvent interferens og pigginterferens på signallinjer og kraftlinjer. Den har også evnen til å absorbere elektrostatisk utladningspulsinterferens.
2. Prinsippet og egenskapene til magnetiske perler Når strømmen flyter gjennom ledningen i dens sentrale hull, vil det være et magnetisk spor som sirkulerer inne i den magnetiske perlen. Ferritter for EMI-kontroll bør formuleres slik at mesteparten av den magnetiske fluksen spres som varme i materialet. Dette fenomenet kan modelleres av en seriekombinasjon av en induktor og en motstand. som vist på bilde 2
Den numeriske verdien av de to komponentene er proporsjonal med lengden på den magnetiske perlen, og lengden på den magnetiske perlen har en betydelig innvirkning på undertrykkelseseffekten. Jo lengre lengden på den magnetiske perlen er, desto bedre er undertrykkelseseffekten. Siden signalenergien er magnetisk koblet til den magnetiske perlen, øker reaktansen og motstanden til induktoren med økningen av frekvensen. Effektiviteten til den magnetiske koblingen avhenger av den magnetiske permeabiliteten til perlematerialet i forhold til luft. Vanligvis kan tapet av ferrittmaterialet som utgjør perlen uttrykkes som en kompleks mengde gjennom dens permeabilitet i forhold til luft.
Magnetiske materialer bruker ofte dette forholdet for å karakterisere tapsvinkelen. En stor tapsvinkel er nødvendig for EMI-undertrykkelseskomponenter, noe som betyr at det meste av interferensen vil forsvinne og ikke reflekteres. Det store utvalget av ferrittmaterialer som er tilgjengelige i dag, gir designere et bredt spekter av alternativer for bruk av ferrittkuler i forskjellige applikasjoner.
3 Påføring av magnetiske perler
3.1 Piggdemper
Den største ulempen med å bytte strømforsyning er at det er lett å generere støy og forstyrrelser, som er et sentralt teknisk problem som har plaget bytte av strømforsyning i lang tid. Støyen fra svitsjingsstrømforsyningen er hovedsakelig forårsaket av den raskt skiftende høyspenningskoblingen og pulskortslutningsstrømmen til svitsjestrømrøret og svitsjlikeretterdioden. Derfor er bruk av effektive komponenter for å begrense dem til et minimum en av hovedmetodene for å undertrykke støy. Ikke-lineær mettet induktans brukes vanligvis for å undertrykke den omvendte gjenvinningstoppen, på dette tidspunktet er arbeidstilstanden til jernkjernen fra -Bs til pluss Bs. I henhold til konsistensen av den høye magnetiske permeabiliteten og mettbare ultrasmå induktanselement-magnetiske perler på frihjulsdioden til svitsjingsstrømforsyningen, utvikles en spikespressor som brukes til å undertrykke toppstrømmen som genereres når svitsjestrømforsyningen byttes.
Ytelseskarakteristikker til Spike Suppressors
(1) De initiale og maksimale induktansverdiene er svært høye, og ikke-lineariteten til gjenværende induktansverdi etter metning er ekstremt uoversiktlig. Etter å ha blitt koblet i serie til kretsen stiger strømmen og viser høy impedans øyeblikkelig, som kan brukes som et såkalt momentan impedanselement.
(2) Det er egnet for å forhindre det transiente strømtoppsignalet i halvlederkretsen, støteksitasjonskretsen og den medfølgende støyen, og det kan også forhindre at halvlederen blir skadet.
(3) Restinduktansen er ekstremt liten, og tapet er veldig lite når kretsen er stabil.
(4) Det er helt forskjellig fra ytelsen til ferrittprodukter.
(5) Så lenge magnetisk metning unngås, kan den brukes som et ultralite induktanselement med høy induktans.
(6) Den kan brukes som en høyytelses mettbar jernkjerne med lavt tap for å kontrollere og generere oscillasjon.
Piggdemperen krever at jernkjernematerialet har en høyere magnetisk permeabilitet for å oppnå en større induktans; når det høye kvadratforholdet kan mette jernkjernen, bør induktansen raskt falle til null; tvangskraften er liten og det høye frekvenstapet er lavt, ellers vil ikke varmeavledningen til jernkjernen fungere normalt.
Hensikten med piggdemperen er hovedsakelig å redusere det nåværende toppsignalet; redusere støyen forårsaket av det nåværende toppsignalet; forhindre skade på byttetransistoren; redusere svitsjetapet til svitsjetransistoren; kompensere gjenopprettingsegenskapene til dioden; forhindre høyfrekvent pulsstrømsjokkeksitasjon. Brukes som et ultra-liten linjefilter, etc.
3.2 Påføring i filter a) Testresultat uten magnetiske perler b) Testresultat med magnetiske perler c) Testresultat med L-linje og magnetiske perler d) Testresultat med N-linje og magnetiske perler
Vanlige filtre er sammensatt av tapsfrie reaktive komponenter. Dens funksjon i kretsen er å reflektere stoppbåndfrekvensen tilbake til signalkilden, så denne typen filter kalles også et refleksjonsfilter. Når refleksjonsfilteret ikke samsvarer med impedansen til signalkilden, vil en del av energien reflekteres tilbake til signalkilden, noe som resulterer i en økning i interferensnivået. For å løse denne ulempen, kan ferritt-magnetring eller magnetisk perlehylse brukes på den innkommende ledningen til filteret, og virvelstrømtapet av høyfrekvenssignalet av ferrittringen eller magnetisk perle kan brukes til å konvertere den høye -frekvenskomponent til varmetap. Derfor absorberer den magnetiske ringen og de magnetiske perlene faktisk høyfrekvente komponenter, så de kalles noen ganger absorpsjonsfiltre.
Ulike ferrittundertrykkelseskomponenter har forskjellige optimale undertrykkingsfrekvensområder. Generelt, jo høyere permeabilitet, desto lavere er frekvensen undertrykt. I tillegg, jo større volum ferritten er, desto bedre er undertrykkelseseffekten. Når volumet er konstant, har den lange og tynne formen bedre undertrykkende effekt enn den korte og tykke, og jo mindre indre diameter, desto bedre undertrykkingseffekt. Men når det gjelder likestrøm eller vekselstrøm, er det fortsatt problemet med ferrittmetning. Jo større tverrsnitt av undertrykkelseselementet, desto mindre sannsynlig vil det bli mettet, og jo større forspenningsstrøm kan det motstå.
Basert på de ovennevnte prinsippene og egenskapene til magnetiske perler, brukes den på filteret for byttestrømforsyning, og effekten er åpenbar. Fra testresultatene kan man se at påføringen av magnetiske perler er vesentlig forskjellig. Det kan sees fra de eksperimentelle resultatene at på grunn av påvirkningen fra svitsjingsstrømforsyningskretsen, strukturell utforming og strøm, noen ganger har den en god undertrykkelseseffekt på differensialmodusinterferens, noen ganger har den en god undertrykkelseseffekt på fellesmodusinterferens, og noen ganger har det ikke en undertrykkende effekt på interferens, men øker støyinterferens.
Når den EMI-absorberende magnetiske ringen/magnetisk perle undertrykker interferens i differensialmodus, er strømverdien som går gjennom den proporsjonal med volumet, og ubalansen mellom de to forårsaker metning, noe som reduserer ytelsen til komponenten; når du undertrykker common-mode interferens, passerer de to ledningene (positive og negative) til strømforsyningen gjennom en magnetisk ring samtidig, og det effektive signalet er et differensialmodussignal. En annen bedre metode i bruken av den magnetiske ringen er å få ledningen som går gjennom den magnetiske ringen til å vikles gjentatte ganger flere ganger for å øke induktansen. I henhold til dets undertrykkelsesprinsipp for elektromagnetisk interferens, kan dets undertrykkelseseffekt brukes rimelig.
Ferrittdempende komponenter bør installeres nær kilden til interferens. For inngangs-/utgangskretsen skal den være så nær inn- og utløpet til skjermingshuset som mulig. For absorpsjonsfilteret som består av ferrittmagnetisk ring og magnetiske perler, bør man, i tillegg til å velge tapsgivende materialer med høy magnetisk permeabilitet, også være oppmerksom på bruksmuligheter. Deres motstand mot høyfrekvente komponenter i linjen er omtrent ti til hundrevis av Ω, så dens rolle i høyimpedanskretser er ikke åpenbar. Tvert imot vil det være svært effektivt i lavimpedanskretser (som strømfordeling, strømforsyning eller radiofrekvenskretser).
