вести

У нашем идеалном свету, безбедност, квалитет и перформансе су најважнији. Међутим, у многим случајевима, цена завршне компоненте, укључујући ферит, постала је одлучујући фактор. Овај чланак је намењен да помогне дизајнерима да пронађу алтернативне феритне материјале за смањење трошак.
Жељене унутрашње особине материјала и геометрија језгра одређују се за сваку специфичну апликацију. Инхерентна својства која управљају перформансама у апликацијама са ниским нивоом сигнала су пермеабилност (нарочито температура), мали губици у језгру и добра магнетна стабилност током времена и температуре. Примене укључују висок К индуктори, индуктори заједничког мода, широкопојасни, усклађени и импулсни трансформатори, елементи радио антене и активни и пасивни репетитори. За апликације напајања, висока густина флукса и ниски губици на радној фреквенцији и температури су пожељне карактеристике. Примене укључују напајања у прекидачком режиму за пуњење батерија електричних возила, магнетна појачала, ДЦ-ДЦ претварачи, филтери за напајање, завојнице за паљење и трансформатори.
Интринзично својство које има највећи утицај на перформансе меког ферита у апликацијама за сузбијање је комплексна пермеабилност [1], која је пропорционална импеданси језгра. Постоје три начина да се ферит користи као супресор нежељених сигнала (проводних или зрачених ).Први, и најмање уобичајен, је као практичан штит, где се ферити користе за изолацију проводника, компоненти или кола од зрачећег залуталог електромагнетног поља. филтер, односно индуктивност – капацитивна на ниским фреквенцијама и дисипација на високим фреквенцијама. Трећа и најчешћа употреба је када се феритна језгра користе сама за компонентне водове или кола на нивоу плоче. У овој примени, феритно језгро спречава било какве паразитске осцилације и/ или умањује нежељени пријем или пренос сигнала који се може ширити дуж компонентних водова или интерконекција, трагова или каблова. У другој и трећој примени, феритна језгра потискују проводену електромагнетну електромагнетну енергију елиминишући или у великој мери смањујући струје високе фреквенције које повлаче ЕМИ извори. Увођење ферита обезбеђује довољно висока фреквенцијска импеданса за потискивање високофреквентних струја. У теорији, идеалан ферит би обезбедио високу импедансу на ЕМИ фреквенцијама и нулту импедансу на свим осталим фреквенцијама. максимална импеданса се може постићи између 10 МХз и 500 МХз у зависности од феритног материјала.
Пошто је у складу са принципима електротехнике, где су наизменични напон и струја представљени комплексним параметрима, пермеабилност материјала се може изразити као сложен параметар који се састоји од реалних и имагинарних делова. То се показује на високим фреквенцијама, где пермеабилност се дели на две компоненте. Реални део (μ') представља реактивни део који је у фази са наизменичним магнетним пољем [2], док имагинарни део (μ”) представља губитке који су ван фазе са наизменично магнетно поље. Оне се могу изразити као серијске компоненте (μс'μс”) или као паралелне компоненте (µп'µп”). Графикони на сликама 1, 2 и 3 приказују компоненте серије комплексне почетне пермеабилности у функцији фреквенције за три феритна материјала. Тип материјала 73 је манган-цинк ферит, почетна магнетна Проводљивост је 2500. Тип материјала 43 је никл цинк ферит са почетном пермеабилности 850. Тип материјала 61 је никл цинк ферит са почетном пермеабилности 125.
Фокусирајући се на компоненту серије типа 61 материјала на слици 3, видимо да стварни део пермеабилности, μс', остаје константан са повећањем фреквенције све док се не достигне критична фреквенција, а затим се брзо смањује. Губитак или μс” расте а затим достиже врхунац како μс' пада. Ово смањење μс' је последица појаве феримагнетне резонанце. [3] Треба напоменути да што је већа пермеабилност, то је већа фреквенција. Ову инверзну везу је први приметио Сноек и дао следећу формулу:
где је: ƒрес = μс” фреквенција при максимуму γ = жиромагнетни однос = 0,22 к 106 А-1 м μи = почетна пермеабилност Мсат = 250-350 Ам-1
Пошто се феритна језгра која се користе у апликацијама ниског нивоа сигнала и снаге фокусирају на магнетне параметре испод ове фреквенције, произвођачи ферита ретко објављују податке о пермеабилности и/или губитку на вишим фреквенцијама. Међутим, подаци о вишој фреквенцији су од суштинског значаја када се специфицирају феритна језгра за сузбијање ЕМИ.
Карактеристика коју већина произвођача ферита наводи за компоненте које се користе за сузбијање ЕМИ је импеданса. Импеданса се лако мери на комерцијално доступном анализатору са директним дигиталним очитавањем. Нажалост, импеданса се обично наводи на одређеној фреквенцији и представља скалар који представља величину комплекса вектор импедансе. Иако су ове информације вредне, често су недовољне, посебно када се моделују перформансе кола ферита. Да би се то постигло, вредност импеданце и фазни угао компоненте, или комплексна пермеабилност специфичног материјала, морају бити доступни.
Али чак и пре него што почну да моделују перформансе феритних компоненти у колу, дизајнери би требало да знају следеће:
где је μ'= реални део комплексне пермеабилности μ”= имагинарни део комплексне пермеабилности ј = имагинарни вектор јединице Ло= индуктивност ваздушног језгра
Импеданса гвозденог језгра се такође сматра серијом комбинације индуктивне реактансе (КСЛ) и отпора губитка (Рс), од којих су обе зависне од фреквенције. Језгро без губитака ће имати импеданцију дату реактанцијом:
где је: Рс = укупни серијски отпор = Рм + Ре Рм = еквивалентни серијски отпор због магнетних губитака Ре = еквивалентни серијски отпор за губитке у бакру
На ниским фреквенцијама, импеданса компоненте је првенствено индуктивна. Како фреквенција расте, индуктивност се смањује док губици расту, а укупна импеданса расте. Слика 4 је типичан дијаграм КСЛ, Рс и З у односу на фреквенцију за наше материјале средње пермеабилности .
Тада је индуктивна реактанса пропорционална стварном делу комплексне пермеабилности, према Ло, индуктивности ваздушног језгра:
Отпор на губитке је такође пропорционалан имагинарном делу комплексне пермеабилности за исту константу:
У једначини 9, материјал језгра је дат са µс' и µс”, а геометрија језгра је дата са Ло. Стога, након познавања комплексне пермеабилности различитих ферита, може се направити поређење да би се добио најпогоднији материјал на жељеној фреквенција или опсег фреквенција.Након избора најбољег материјала, време је да се изаберу компоненте најбоље величине.Векторски приказ комплексне пермеабилности и импедансе је приказан на слици 5.
Поређење облика језгра и материјала језгра за оптимизацију импедансе је једноставно ако произвођач обезбеди график комплексне пермеабилности у односу на фреквенцију за феритне материјале препоручене за апликације за сузбијање. Нажалост, ове информације су ретко доступне. Међутим, већина произвођача обезбеђује почетну пермеабилност и губитак у односу на фреквенцију криве.Из ових података може се извести поређење материјала који се користе за оптимизацију импедансе језгра.
Позивајући се на Слику 6, почетни фактор пропустљивости и дисипације [4] Фаир-Рите 73 материјала у односу на фреквенцију, под претпоставком да дизајнер жели да гарантује максималну импедансу између 100 и 900 кХз. Одабрано је 73 материјала. За потребе моделирања, дизајнер је такође треба да разуме реактивне и отпорне делове вектора импедансе на 100 кХз (105 Хз) и 900 кХз. Ове информације се могу извести из следећег графикона:
На 100 кХз μс ' = μи = 2500 и (Тан δ / μи) = 7 к 10-6 јер Тан δ = μс ”/ μс' онда μс” = (Тан δ / μи) к (μи) 2 = 43,8
Треба напоменути да, као што се очекивало, μ” додаје врло мало вектору укупне пермеабилности на овој ниској фреквенцији. Импеданса језгра је углавном индуктивна.
Дизајнери знају да језгро мора да прихвати жицу #22 и да се уклапа у простор од 10 мм к 5 мм. Унутрашњи пречник ће бити одређен као 0,8 мм. Да бисте решили процењену импедансу и њене компоненте, прво изаберите перлу са спољним пречником од 10 мм и висине 5 мм:
З= ωЛо (2500.38) = (6.28 к 105) к .0461 к лог10 (5/.8) к 10 к (2500.38) к 10-8= 5.76 ома на 100 кХз
У овом случају, као иу већини случајева, максимална импеданса се постиже коришћењем мањег ОД са већом дужином. Ако је ИД већи, нпр. 4мм, и обрнуто.
Исти приступ се може користити ако су дати графикони импедансе по јединици Ло и фазног угла у односу на фреквенцију. Слике 9, 10 и 11 представљају такве криве за иста три материјала коришћена овде.
Дизајнери желе да гарантују максималну импедансу у фреквентном опсегу од 25 МХз до 100 МХз. Расположиви простор на плочи је поново 10 мм к 5 мм и језгро мора да прихвати #22 авг жицу. Позивајући се на слику 7 за импедансу јединице Ло од три феритна материјала, или Слика 8 за комплексну пермеабилност иста три материјала, изаберите материјал од 850 μи.[5] Користећи графикон на слици 9, З/Ло материјала средње пермеабилности је 350 к 108 охм/Х на 25 МХз. Решите за процењену импедансу:
Претходна дискусија претпоставља да је језгро по избору цилиндрично. Ако се феритна језгра користе за равне тракасте каблове, спојене каблове или перфориране плоче, израчунавање Ло постаје теже и морају се добити прилично тачне дужине путање језгра и ефективне површине. за израчунавање индуктивности ваздушног језгра. Ово се може урадити математичким пресецањем језгра и додавањем израчунате дужине путање и магнетне површине за сваки пресек. У свим случајевима, међутим, повећање или смањење импедансе ће бити пропорционално повећању или смањењу висина/дужина феритног језгра.[6]
Као што је поменуто, већина произвођача специфицира језгра за ЕМИ апликације у смислу импедансе, али крајњи корисник обично мора да зна слабљење. Однос који постоји између ова два параметра је:
Овај однос зависи од импедансе извора који генерише шум и импедансе оптерећења које прима буку. Ове вредности су обично комплексни бројеви, чији опсег може бити бесконачан и нису лако доступни дизајнеру. Одабир вредности од 1 охм за импедансе оптерећења и извора, који се могу јавити када је извор напајање са прекидачким режимом и оптерећује многа кола ниске импедансе, поједностављује једначине и омогућава поређење слабљења феритних језгара.
Графикон на слици 12 је скуп кривих који показује однос између импедансе заштитног перла и слабљења за многе уобичајене вредности оптерећења плус импеданса генератора.
Слика 13 је еквивалентно коло извора сметњи са унутрашњим отпором од Зс. Сигнал интерференције генерише серијска импеданса Зсц језгра супресора и импеданса оптерећења ЗЛ.
Слике 14 и 15 су графикони зависности импедансе у односу на температуру за иста три феритна материјала. Најстабилнији од ових материјала је материјал 61 са смањењем импедансе од 8% на 100ºЦ и 100 МХз. Насупрот томе, материјал 43 је показао 25 % пада импедансе на истој фреквенцији и температури. Ове криве, када су доступне, могу се користити за подешавање специфициране импедансе собне температуре ако је потребно слабљење на повишеним температурама.
Као и код температуре, ДЦ и 50 или 60 Хз струје напајања такође утичу на исте инхерентне особине ферита, што заузврат доводи до ниже импедансе језгра. Слике 16, 17 и 18 су типичне криве које илуструју ефекат пристрасности на импедансу феритног материјала .Ова крива описује деградацију импедансе као функцију јачине поља за одређени материјал као функцију фреквенције. Треба напоменути да се ефекат пристрасности смањује како фреквенција расте.
Од када су ови подаци прикупљени, Фаир-Рите Продуцтс је увео два нова материјала. Наш 44 је материјал средње пропусности никл-цинк, а наш 31 је материјал високе пропусности манган-цинк.
Слика 19 је дијаграм импедансе у односу на фреквенцију за перле исте величине у материјалима 31, 73, 44 и 43. Материјал 44 је побољшани материјал 43 са већом отпорношћу једносмерне струје, 109 охм цм, бољим својствима топлотног удара, температурном стабилношћу и виша Киријева температура (Тц). Материјал 44 има нешто већу импедансу у односу на фреквенцијске карактеристике у поређењу са нашим материјалом 43. Стационарни материјал 31 показује већу импедансу од 43 или 44 у целом опсегу фреквенције мерења. 31 је дизајниран да ублажи проблем димензионалне резонанције који утиче на перформансе потискивања ниске фреквенције већих језгара од мангана и цинка и успешно је примењен на језгра за потискивање кабловских конектора и велика тороидна језгра. Слика 20 је дијаграм импедансе у односу на фреквенцију за 43, 31 и 73 материјала за Фаир -Рите језгра са 0,562″ ОД, 0,250 ИД и 1,125 ХТ. Када се пореде слике 19 и 20, треба напоменути да је за За мање језгре, за фреквенције до 25 МХз, 73 материјал најбољи супресорски материјал. Међутим, како се пресек језгра повећава, максимална фреквенција се смањује. Као што је приказано у подацима на слици 20, 73 је најбољи Највиша фреквенција је 8 МХз. Такође је вредно напоменути да материјал 31 добро ради у опсегу фреквенција од 8 МХз до 300 МХз. Међутим, као манган цинк ферит, 31 материјал има много нижу запреминску отпорност од 102 ома -цм, и више импедансе се мења са екстремним променама температуре.
Речник Индуктивност ваздушног језгра – Ло (Х) Индуктивност која би се измерила да језгро има уједначену пермеабилност и да расподела флукса остане константна. Општа формула Ло= 4π Н2 10-9 (Х) Ц1 Прстен Ло = .0461 Н2 лог10 (ОД /ИД) Хт 10-8 (Х) Димензије су у мм
Слабљење – А (дБ) Смањење амплитуде сигнала у преносу од једне тачке до друге. То је скаларни однос улазне амплитуде и излазне амплитуде, у децибелима.
Константа језгра – Ц1 (цм-1) Збир дужина магнетних путања сваког дела магнетног кола подељен одговарајућим магнетним регионом истог пресека.
Константа језгра – Ц2 (цм-3) Збир дужина магнетног кола сваког дела магнетног кола подељен квадратом одговарајућег магнетног домена истог пресека.
Ефективне димензије површине магнетне путање Ае (цм2), дужине пута ле (цм) и запремине Ве (цм3) За дату геометрију језгра, претпоставља се да су дужина магнетне путање, површина попречног пресека и запремина тороидно језгро има иста својства материјала као Материјал треба да има магнетна својства еквивалентна датом језгру.
Јачина поља – Х (Ерстед) Параметар који карактерише величину јачине поља. Х = .4 π НИ/ле (Оерстед)
Густина флукса – Б (Гаусов) Одговарајући параметар индукованог магнетног поља у области нормалној на путању флукса.
Импеданса – З (ом) Импеданса ферита се може изразити кроз његову комплексну пермеабилност. З = јωЛс + Рс = јωЛо(μс'- јμс”) (ом)
Тангент губитка – тан δ Тангенс губитка ферита једнак је реципрочној вредности кола К.
Фактор губитка – тан δ/μи Уклањање фазе између основних компоненти густине магнетног флукса и јачине поља са почетном пермеабилности.
Магнетна пермеабилност – μ Магнетна пермеабилност изведена из односа густине магнетног флукса и примењене јачине наизменичног поља је…
Амплитудна пермеабилност, μа – када је наведена вредност густине флукса већа од вредности коришћене за почетну пермеабилност.
Ефективна пермеабилност, μе – Када је магнетна рута изграђена са једним или више ваздушних празнина, пермеабилност је пермеабилност хипотетичког хомогеног материјала који би обезбедио исту релуктантност.
Ин Цомплианце је главни извор вести, информација, образовања и инспирације за професионалце у области електротехнике и електронике.
Ваздухопловство Аутомобилске комуникације Потрошачка електроника Образовање Енергетика и електроенергетска индустрија Информационе технологије Медицина Војска и одбрана