ziņas

Mūsu ideālajā pasaulē vissvarīgākā ir drošība, kvalitāte un veiktspēja. Tomēr daudzos gadījumos galīgās sastāvdaļas, tostarp ferīta, izmaksas ir kļuvušas par noteicošo faktoru. Šis raksts ir paredzēts, lai palīdzētu projektēšanas inženieriem atrast alternatīvus ferīta materiālus, ko samazināt. izmaksas.
Vēlamās materiāla īpašības un serdes ģeometriju nosaka katrs konkrētais pielietojums. Raksturīgās īpašības, kas nosaka veiktspēju zema signāla līmeņa lietojumos, ir caurlaidība (īpaši temperatūra), zemi serdes zudumi un laba magnētiskā stabilitāte laika un temperatūras laikā. Lietojumprogrammas ietver augstu Q induktori, koprežīmu induktori, platjoslas, saskaņotie un impulsu transformatori, radio antenas elementi un aktīvie un pasīvie retranslatori. Jaudas lietojumiem vēlams raksturojums ir augsts plūsmas blīvums un zemi zudumi darba frekvencē un temperatūrā. Lietojumprogrammas ietver slēdžu režīma barošanas avotus elektrisko transportlīdzekļu akumulatoru uzlāde, magnētiskie pastiprinātāji, līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāji, jaudas filtri, aizdedzes spoles un transformatori.
Būtiskā īpašība, kurai ir vislielākā ietekme uz mīkstā ferīta veiktspēju slāpēšanas lietojumos, ir kompleksā caurlaidība [1], kas ir proporcionāla kodola pretestībai. Ir trīs veidi, kā izmantot ferītu kā nevēlamu signālu (vadīto vai izstaroto) slāpētāju. ).Pirmais un vismazāk izplatītais ir kā praktisks vairogs, kur ferītus izmanto, lai izolētu vadītājus, komponentus vai ķēdes no izstarojošā elektromagnētiskā lauka vides. Otrajā lietojumā ferītus izmanto kopā ar kapacitatīviem elementiem, lai radītu zemo caurlaidību. filtrs, ti, induktivitāte – kapacitatīvs zemās frekvencēs un izkliede augstās frekvencēs. Trešais un visizplatītākais lietojums ir tad, kad ferīta serdeņus izmanto atsevišķi komponentu vadiem vai plates līmeņa shēmām.Šajā lietojumā ferīta serde novērš jebkādas parazitāras svārstības un/ vai arī vājina nevēlamu signāla uztveršanu vai pārraidi, kas var izplatīties pa komponentu vadiem vai starpsavienojumiem, pēdām vai kabeļiem.Otrajā un trešajā lietojumā ferīta serdeņi nomāc vadīto EMI, novēršot vai ievērojami samazinot augstfrekvences strāvas, ko velk EMI avoti. Ferīta ieviešana nodrošina pietiekami augsta frekvences pretestība, lai nomāktu augstfrekvences strāvas. Teorētiski ideāls ferīts nodrošinātu augstu pretestību EMI frekvencēs un nulles pretestību visās pārējās frekvencēs. Faktiski ferīta slāpētāju serdeņi nodrošina no frekvences atkarīgu pretestību. Frekvencēs, kas zemākas par 1 MHz, maksimālo pretestību var iegūt no 10 MHz līdz 500 MHz atkarībā no ferīta materiāla.
Tā kā tas atbilst elektrotehnikas principiem, kur maiņstrāvas spriegumu un strāvu attēlo sarežģīti parametri, materiāla caurlaidību var izteikt kā sarežģītu parametru, kas sastāv no reālām un iedomātām daļām. Tas tiek demonstrēts augstās frekvencēs, kur caurlaidība sadalās divos komponentos. Reālā daļa (μ') apzīmē reaktīvo daļu, kas atrodas fāzē ar mainīgo magnētisko lauku [2], savukārt iedomātā daļa (μ) apzīmē zudumus, kas ir ārpus fāzes. mainīgs magnētiskais lauks.Tos var izteikt kā virknes komponentus (μs'μs”) vai paralēlo komponentu (µp'µp”).Grafiki 1., 2. un 3. attēlā parāda kompleksās sākotnējās caurlaidības virknes sastāvdaļas kā frekvences funkciju trīs ferīta materiāliem.Materiāla tips 73 ir mangāna-cinka ferīts, sākotnējā magnētiskā vadītspēja ir 2500. Materiāla tips 43 ir niķeļa cinka ferīts ar sākotnējo caurlaidību 850. Materiāla tips 61 ir niķeļa-cinka ferīts ar sākotnējo caurlaidību 125.
Koncentrējoties uz 61. tipa materiāla sērijas komponentu 3. attēlā, mēs redzam, ka caurlaidības reālā daļa μs' paliek nemainīga, palielinoties frekvencei, līdz tiek sasniegta kritiskā frekvence, un pēc tam strauji samazinās. Zudumi vai μs” palielinās. un pēc tam sasniedz maksimumu kā μs kritumu.Šis μs' samazinājums ir saistīts ar ferimagnētiskās rezonanses sākšanos.[3] Jāņem vērā, ka jo lielāka caurlaidība, jo vairāk Jo zemāka frekvence.Šo apgriezto attiecību pirmo reizi novēroja Snoeks un sniedza šādu formulu:
kur: ƒres = μs” frekvence pie maksimālās γ = giromagnētiskā attiecība = 0,22 x 106 A-1 m μi = sākotnējā caurlaidība Msat = 250-350 Am-1
Tā kā ferīta serdeņi, ko izmanto zema signāla līmeņa un jaudas lietojumos, koncentrējas uz magnētiskajiem parametriem, kas ir zem šīs frekvences, ferīta ražotāji reti publicē datus par caurlaidību un/vai zudumiem augstākās frekvencēs. Tomēr augstākas frekvences dati ir būtiski, norādot ferīta serdeņus EMI slāpēšanai.
Raksturlielums, ko vairums ferīta ražotāju norāda EMI slāpēšanai izmantotajām sastāvdaļām, ir pretestība. Pretestību var viegli izmērīt ar tirdzniecībā pieejamu analizatoru ar tiešu digitālo nolasījumu. Diemžēl pretestība parasti tiek norādīta noteiktā frekvencē un ir skalārs, kas atspoguļo kompleksa lielumu. impedances vektors.Lai gan šī informācija ir vērtīga, tā bieži vien ir nepietiekama, jo īpaši modelējot ferītu ķēdes veiktspēju.Lai to panāktu, ir jābūt pieejamai komponenta pretestības vērtībai un fāzes leņķim vai konkrētā materiāla kompleksajai caurlaidībai.
Bet pat pirms ferīta komponentu veiktspējas modelēšanas ķēdē dizaineriem jāzina:
kur μ' = kompleksās caurlaidības reālā daļa μ” = kompleksās caurlaidības iedomātā daļa j = vienības iedomātais vektors Lo = gaisa serdes induktivitāte
Dzelzs serdes pretestība tiek uzskatīta arī par induktīvās pretestības (XL) un zudumu pretestības (Rs) virknes kombināciju, kuras abas ir atkarīgas no frekvences. Bezzudumu kodolam būs pretestība, ko nosaka pretestība:
kur: Rs = kopējā virknes pretestība = Rm + Re Rm = ekvivalenta virknes pretestība magnētisko zudumu dēļ Re = ekvivalenta sērijas pretestība vara zudumiem
Zemās frekvencēs komponenta pretestība galvenokārt ir induktīva. Palielinoties frekvencei, induktivitāte samazinās, savukārt zudumi palielinās un kopējā pretestība palielinās. .
Tad induktīvā pretestība ir proporcionāla kompleksās caurlaidības reālajai daļai ar Lo, gaisa kodola induktivitāte:
Zaudējumu pretestība ir arī proporcionāla kompleksa caurlaidības iedomātajai daļai ar to pašu konstanti:
9. vienādojumā serdes materiāls ir norādīts ar µs' un µs”, bet serdes ģeometrija ir norādīta ar Lo. Tāpēc, zinot dažādu ferītu komplekso caurlaidību, var veikt salīdzinājumu, lai iegūtu vispiemērotāko materiālu vēlamajā vietā. frekvence vai frekvenču diapazons.Pēc labākā materiāla izvēles ir pienācis laiks izvēlēties labākā izmēra sastāvdaļas. Kompleksās caurlaidības un pretestības vektora attēlojums parādīts 5. attēlā.
Serdes formu un serdes materiālu salīdzināšana pretestības optimizācijai ir vienkārša, ja ražotājs nodrošina ferīta materiālu kompleksās caurlaidības un frekvences grafiku. Diemžēl šī informācija ir reti pieejama. Tomēr lielākā daļa ražotāju nodrošina sākotnējo caurlaidību un zudumus attiecībā pret frekvenci. līknes. No šiem datiem var iegūt serdeņa pretestības optimizēšanai izmantoto materiālu salīdzinājumu.
Atsaucoties uz 6. attēlu, Fair-Rite 73 materiāla sākotnējās caurlaidības un izkliedes koeficients [4] attiecībā pret frekvenci, pieņemot, ka dizainers vēlas garantēt maksimālo pretestību no 100 līdz 900 kHz, tika atlasīti 73 materiāli. Modelēšanas nolūkos dizainers arī ir jāsaprot pretestības vektora reaktīvās un pretestības daļas pie 100 kHz (105 Hz) un 900 kHz. Šo informāciju var iegūt no šīs diagrammas:
Pie 100 kHz μs ' = μi = 2500 un (Tan δ / μi) = 7 x 10-6, jo Tan δ = μs ”/ μs', tad μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.
Jāatzīmē, ka, kā gaidīts, μ” ļoti maz pievieno kopējam caurlaidības vektoram šajā zemajā frekvencē.Kodola pretestība galvenokārt ir induktīva.
Dizaineri zina, ka serdenim ir jāpieņem #22 stieple un jāiekļaujas 10 mm x 5 mm telpā. Iekšējais diametrs tiks norādīts kā 0,8 mm. Lai atrisinātu aprēķināto pretestību un tās sastāvdaļas, vispirms izvēlieties lodītes ar ārējo diametru 10 mm un 5 mm augstums:
Z= ωLo (2500,38) = (6,28 x 105) x 0,0461 x log10 (5/.8) x 10 x (2500,38) x 10-8 = 5,76 omi pie 100 kHz
Šajā gadījumā, tāpat kā vairumā gadījumu, maksimālā pretestība tiek sasniegta, izmantojot mazāku OD ar garāku garumu. Ja ID ir lielāks, piemēram, 4 mm, un otrādi.
To pašu pieeju var izmantot, ja tiek sniegti impedances diagrammas uz Lo vienību un fāzes leņķi pret frekvenci. 9., 10. un 11. attēlā ir attēlotas šādas līknes tiem pašiem trim šeit izmantotajiem materiāliem.
Dizaineri vēlas garantēt maksimālo pretestību frekvenču diapazonā no 25 MHz līdz 100 MHz. Pieejamā plates vieta atkal ir 10 mm x 5 mm, un kodolam ir jāpieņem #22 awg vads. Atsaucoties uz 7. attēlu vienības pretestībai Lo no trim ferīta materiāliem, vai 8. attēlā, lai redzētu to pašu trīs materiālu komplekso caurlaidību, izvēlieties 850 μi materiālu.[5]Izmantojot grafiku 9. attēlā, vidējas caurlaidības materiāla Z/Lo ir 350 x 108 omi/H pie 25 MHz. Atrisiniet aprēķināto pretestību:
Iepriekšējā diskusijā tiek pieņemts, ka izvēlētais serdenis ir cilindrisks. Ja ferīta serdeņus izmanto plakaniem lentkabeļiem, savienotiem kabeļiem vai perforētām plāksnēm, Lo aprēķins kļūst grūtāks, un ir jāiegūst diezgan precīzi serdes ceļa garuma un efektīvā laukuma skaitļi. lai aprēķinātu gaisa serdes induktivitāti .To var izdarīt, matemātiski sagriežot serdi un katrai šķēlei pievienojot aprēķināto ceļa garumu un magnētisko laukumu. Tomēr visos gadījumos pretestības palielināšanās vai samazināšanās būs proporcionāla ferīta serdes augstums/garums.[6]
Kā minēts, vairums ražotāju EMI lietojumprogrammām nosaka kodolus pretestības izteiksmē, taču gala lietotājam parasti ir jāzina vājināšanās. Attiecības, kas pastāv starp šiem diviem parametriem, ir šādas:
Šīs attiecības ir atkarīgas no avota pretestības, kas rada troksni, un slodzes, kas uztver troksni, pretestības. Šīs vērtības parasti ir kompleksi skaitļi, kuru diapazons var būt bezgalīgs un nav viegli pieejams projektētājam. Izvēloties vērtību 1 oms slodzes un avota pretestībām, kas var rasties, ja avots ir pārslēgšanas režīma barošanas avots un noslogo daudzas zemas pretestības ķēdes, vienkāršo vienādojumus un ļauj salīdzināt ferīta serdeņu vājināšanos.
Diagramma 12. attēlā ir līkņu kopa, kas parāda saistību starp vairoga lodītes pretestību un vājinājumu daudzām kopējām slodzes vērtībām plus ģeneratora pretestība.
13. attēlā ir līdzvērtīga traucējumu avota ķēde ar iekšējo pretestību Zs.Traucējumu signālu ģenerē slāpētāja serdeņa virknes pretestība Zsc un slodzes pretestība ZL.
14. un 15. attēlā ir diagrammas par pretestību attiecībā pret temperatūru tiem pašiem trim ferīta materiāliem. Visstabilākais no šiem materiāliem ir 61 materiāls ar 8% pretestības samazinājumu pie 100ºC un 100 MHz. Turpretim 43 materiālam bija 25 % pretestības kritums pie tādas pašas frekvences un temperatūras. Šīs līknes, ja tādas ir, var izmantot, lai pielāgotu norādīto telpas temperatūras pretestību, ja ir nepieciešama vājināšana paaugstinātā temperatūrā.
Tāpat kā temperatūras gadījumā, līdzstrāvas un 50 vai 60 Hz barošanas strāvas ietekmē tās pašas ferīta īpašības, kas savukārt rada zemāku serdes pretestību. 16., 17. un 18. attēlā ir tipiskas līknes, kas ilustrē novirzes ietekmi uz ferīta materiāla pretestību. Šī līkne apraksta pretestības samazināšanos kā lauka intensitātes funkciju konkrētam materiālam kā frekvences funkciju. Jāņem vērā, ka novirzes efekts samazinās, palielinoties frekvencei.
Kopš šo datu apkopošanas uzņēmums Fair-Rite Products ir ieviesis divus jaunus materiālus. Mūsu 44 ir niķeļa-cinka vidējas caurlaidības materiāls, un mūsu 31 ir mangāna-cinka augstas caurlaidības materiāls.
19. attēlā ir attēlota pretestības un frekvences diagramma tāda paša izmēra lodītēm 31, 73, 44 un 43 materiālos. 44 materiāls ir uzlabots 43 materiāls ar lielāku līdzstrāvas pretestību, 109 omi cm, labākām termiskā trieciena īpašībām, temperatūras stabilitāti un augstāka Kirī temperatūra (Tc). Materiālam 44 ir nedaudz augstāka pretestība salīdzinājumā ar frekvences raksturlielumiem, salīdzinot ar mūsu 43 materiālu. Stacionārajam materiālam 31 ir lielāka pretestība nekā 43 vai 44 visā mērījumu frekvenču diapazonā. 31 ir paredzēts, lai atvieglotu dimensiju rezonanses problēma, kas ietekmē lielāku mangāna-cinka serdeņu zemas frekvences slāpēšanas veiktspēju un ir veiksmīgi izmantota kabeļu savienotāju slāpēšanas serdeņiem un lieliem toroidālajiem serdeņiem. 20. attēlā ir parādīta pretestības un frekvences diagramma 43, 31 un 73 materiāliem Fair. -Rite serdeņi ar 0,562 ″ OD, 0,250 ID un 1,125 HT.Salīdzinot 19. un 20. attēlu, jāņem vērā, ka mazākiem serdeņiem, frekvencēm līdz 25 MHz, 73 materiāls ir labākais slāpētāja materiāls.Tomēr, palielinoties serdes šķērsgriezumam, maksimālā frekvence samazinās.Kā redzams datos 20. attēlā, 73 ir vislabākā Augstākā frekvence ir 8 MHz.Ir arī vērts atzīmēt, ka 31 materiāls labi darbojas frekvenču diapazonā no 8 MHz līdz 300 MHz.Tomēr kā mangāna cinka ferītam 31 materiālam ir daudz mazāka tilpuma pretestība - 102 omi -cm, un lielāka pretestība mainās ar ārkārtējām temperatūras izmaiņām.
Glosārijs Gaisa serdes induktivitāte – Lo (H) Induktivitāte, kas tiktu mērīta, ja serdei būtu vienmērīga caurlaidība un plūsmas sadalījums paliktu nemainīgs. Vispārīgā formula Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Gredzens Lo = .0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) Izmēri norādīti mm
Vājināšanās – A (dB) Signāla amplitūdas samazinājums pārraidē no viena punkta uz otru. Tā ir ieejas amplitūdas skalārā attiecība pret izejas amplitūdu decibelos.
Serdes konstante – C1 (cm-1) Katras magnētiskās ķēdes sekcijas magnētiskā ceļa garumu summa, dalīta ar tās pašas sekcijas atbilstošo magnētisko apgabalu.
Serdes konstante – C2 (cm-3) Katras magnētiskās ķēdes sekcijas magnētisko ķēžu garumu summa, dalīta ar tās pašas sekcijas atbilstošā magnētiskā domēna kvadrātu.
Magnētiskā ceļa laukuma Ae (cm2), ceļa garums le (cm) un tilpums Ve (cm3) efektīvie izmēri Dotajai serdes ģeometrijai tiek pieņemts, ka magnētiskā ceļa garums, šķērsgriezuma laukums un tilpums toroidālajam serdenim ir tādas pašas materiāla īpašības kā Materiālam jābūt ar dotā serdeņa magnētiskajām īpašībām.
Lauka stiprums – H (Oersted) Parametrs, kas raksturo lauka intensitātes lielumu.H = ,4 π NI/le (Oersted)
Plūsmas blīvums – B (Gausa) Atbilstošais inducētā magnētiskā lauka parametrs apgabalā, kas ir normāls plūsmas ceļam.
Impedance – Z (ohm) Ferīta pretestību var izteikt ar tā komplekso caurlaidību.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs) (ohm)
Zaudējumu tangenss – tan δ Ferīta zudumu tangenss ir vienāds ar ķēdes Q apgriezto vērtību.
Loss Factor – tan δ/μi Fāzes noņemšana starp magnētiskās plūsmas blīvuma un lauka intensitātes pamatkomponentiem ar sākotnējo caurlaidību.
Magnētiskā caurlaidība – μ Magnētiskā caurlaidība, kas iegūta no magnētiskās plūsmas blīvuma un pielietotā mainīgā lauka stipruma attiecības, ir…
Amplitūdas caurlaidība, μa – ja noteiktā plūsmas blīvuma vērtība ir lielāka par sākotnējo caurlaidības vērtību.
Efektīvā caurlaidība, μe – ja magnētiskais maršruts ir izveidots ar vienu vai vairākām gaisa spraugām, caurlaidība ir tāda hipotētiska viendabīga materiāla caurlaidība, kas nodrošinātu tādu pašu pretestību.
In Compliance ir galvenais ziņu, informācijas, izglītības un iedvesmas avots elektrotehnikas un elektronikas inženieru speciālistiem.
Aerospace Automotive Communications Consumer Electronics Izglītība Enerģētikas un enerģētikas nozare Informācijas tehnoloģijas Medicīna, militārā un aizsardzība