навіны

У нашым ідэальным свеце бяспека, якасць і прадукцыйнасць маюць першараднае значэнне. Аднак у многіх выпадках кошт канчатковага кампанента, уключаючы ферыт, становіцца вызначальным фактарам. Гэты артыкул закліканы дапамагчы інжынерам-канструктарам знайсці альтэрнатыўныя ферытавыя матэрыялы для зніжэння кошт.
Пажаданыя ўнутраныя ўласцівасці матэрыялу і геаметрыя стрыжня вызначаюцца кожным канкрэтным прымяненнем. Уласцівымі ўласцівасцямі, якія рэгулююць прадукцыйнасць у праграмах з нізкім узроўнем сігналу, з'яўляюцца пранікальнасць (асабліва тэмпература), нізкія страты ў стрыжні і добрая магнітная стабільнасць у часе і тэмпературы. Прыкладанні ўключаюць высокую Q шпулькі індуктыўнасці, індуктары агульнага рэжыму, шырокапалосныя, узгодненыя і імпульсныя трансфарматары, элементы радыёантэны і актыўныя і пасіўныя рэтранслятары. Для энергетычных прылажэнняў жаданымі характарыстыкамі з'яўляюцца высокая шчыльнасць патоку і нізкія страты пры працоўнай частаце і тэмпературы. Прыкладанні ўключаюць пераключальныя крыніцы сілкавання для зарадка акумулятараў электрамабіляў, магнітныя ўзмацняльнікі, пераўтваральнікі DC-DC, сілавыя фільтры, шпулькі запальвання і трансфарматары.
Унутраная ўласцівасць, якая аказвае найбольшы ўплыў на прадукцыйнасць мяккага ферыту ў праграмах падаўлення, - гэта комплексная пранікальнасць [1], якая прапарцыянальная імпедансу стрыжня. Ёсць тры спосабы выкарыстання ферыту ў якасці падаўляльніка непажаданых сігналаў (праводных або выпраменьваных). ).Першы і менш распаўсюджаны ў якасці практычнага экрана, дзе ферыты выкарыстоўваюцца для ізаляцыі праваднікоў, кампанентаў або ланцугоў ад выпраменьваючага асяроддзя рассейвання электрамагнітнага поля. У другім выпадку ферыты выкарыстоўваюцца з ёмістнымі элементамі для стварэння нізкачастотнага сігналу фільтр, г.зн. індуктыўнасць – ёмістны на нізкіх частотах і рассейванне на высокіх частотах. Трэцяе і найбольш распаўсюджанае выкарыстанне - гэта калі ферытавыя стрыжні выкарыстоўваюцца асобна для кампанентаў або схем на ўзроўні платы. У гэтым дадатку ферытавы стрыжань прадухіляе любыя паразітныя ваганні і/ або аслабляе непажаданы прыём або перадачу сігналу, які можа распаўсюджвацца ўздоўж провадаў кампанентаў або міжзлучэнняў, трас або кабеляў. У другім і трэцім прылажэннях ферытавыя стрыжні падаўляюць праведзеныя электрамагнітныя перашкоды, ухіляючы або значна памяншаючы высокачашчынныя токі, якія спажываюцца крыніцамі электрамагнітных перашкод. Увядзенне ферыту забяспечвае досыць высокі частотны супраціў для падаўлення высокачашчынных токаў. Тэарэтычна ідэальны ферыт будзе забяспечваць высокі супраціў на частотах электрамагнітных памех і нулявы супраціў на ўсіх астатніх частотах. Па сутнасці, ферытавыя стрыжні супрэсараў забяспечваюць залежны ад частоты супраціў. На частотах ніжэй за 1 МГц максімальны імпеданс можа быць ад 10 МГц да 500 МГц у залежнасці ад ферытавага матэрыялу.
Паколькі гэта адпавядае прынцыпам электратэхнікі, дзе напружанне пераменнага току і ток прадстаўлены комплекснымі параметрамі, пранікальнасць матэрыялу можа быць выяўлена як комплексны параметр, які складаецца з рэальнай і ўяўнай частак. Гэта дэманструецца на высокіх частотах, дзе пранікальнасць падзяляецца на два кампаненты. Сапраўдная частка (μ') уяўляе рэактыўную частку, якая знаходзіцца ў фазе з пераменным магнітным полем [2], у той час як уяўная частка (μ”) уяўляе сабой страты, якія не сфазаваны з магнітным полем. пераменнае магнітнае поле. Яны могуць быць выражаны ў выглядзе паслядоўных кампанентаў (μs'μs”) або ў выглядзе паралельных кампанентаў (µp'µp”). Графікі на малюнках 1, 2 і 3 паказваюць серыі кампанентаў комплекснай пачатковай пранікальнасці ў залежнасці ад частаты для трох ферытавых матэрыялаў. Матэрыял тыпу 73 - гэта марганца-цынкавы ферыт, пачатковая магнітная праводнасць - 2500. Матэрыял тыпу 43 - гэта нікель-цынкавы ферыт з пачатковай пранікальнасцю 850. Матэрыял тыпу 61 - гэта нікель-цынкавы ферыт з пачатковай пранікальнасцю 125.
Засяродзіўшы ўвагу на серыйным кампаненце матэрыялу тыпу 61 на малюнку 3, мы бачым, што сапраўдная частка пранікальнасці, мкс', застаецца пастаяннай з павелічэннем частаты, пакуль не будзе дасягнута крытычная частата, а затым хутка зніжаецца. Страта або мкс» расце а затым дасягае піка, калі μs падае. Гэта памяншэнне мкс' звязана з пачаткам ферымагнітнага рэзанансу. [3] Варта адзначыць, што чым вышэй пранікальнасць, тым больш Чым ніжэй частата. Гэтую адваротную залежнасць упершыню назіраў Снук і даў наступную формулу:
дзе: ƒres = мкс” частата пры максімуме γ = гірамагнітнае стаўленне = 0,22 x 106 A-1 м μi = пачатковая пранікальнасць Msat = 250-350 Am-1
Паколькі ферытавыя стрыжні, якія выкарыстоўваюцца ў прыкладаннях з нізкім узроўнем сігналу і магутнасцю, сканцэнтраваны на магнітных параметрах ніжэй за гэтую частату, вытворцы ферыту рэдка публікуюць даныя аб пранікальнасці і/або стратах на больш высокіх частотах. Аднак даныя больш высокай частаты важныя пры ўказанні ферытавых стрыжняў для падаўлення электрамагнітных перашкод.
Характарыстыка, якую большасць вытворцаў ферытаў вызначае для кампанентаў, якія выкарыстоўваюцца для падаўлення электрамагнітных перашкод, - гэта імпеданс. Імпеданс лёгка вымераць на камерцыйна даступным аналізатары з прамым лічбавым счытваннем. На жаль, імпеданс звычайна ўказваецца на пэўнай частаце і з'яўляецца скалярам, ​​які прадстаўляе велічыню комплексу вектар імпедансу. Нягледзячы на ​​тое, што гэтая інфармацыя каштоўная, яе часта бывае недастаткова, асабліва пры мадэляванні характарыстык ланцуга з ферытаў. Каб дасягнуць гэтага, павінны быць даступныя значэнне імпедансу і фазавы вугал кампанента або комплексная пранікальнасць канкрэтнага матэрыялу.
Але нават перш чым пачаць мадэляванне характарыстык ферытавых кампанентаў у ланцугу, дызайнеры павінны ведаць наступнае:
дзе μ'= рэальная частка комплекснай пранікальнасці μ”= уяўная частка комплекснай пранікальнасці j = уяўны вектар адзінкі Lo= індуктыўнасць паветранага стрыжня
Імпеданс жалезнага стрыжня таксама лічыцца паслядоўнай камбінацыяй індуктыўнага рэактыўнага супраціву (XL) і супраціўлення страт (Rs), абодва з якіх залежаць ад частаты. Ядро без страт будзе мець супраціўленне, зададзенае рэактыўным супраціўленнем:
дзе: Rs = агульнае паслядоўнае супраціўленне = Rm + Re Rm = эквівалентнае паслядоўнае супраціўленне з-за магнітных страт Re = эквівалентнае паслядоўнае супраціўленне для страт у медзі
На нізкіх частотах імпеданс кампанента ў асноўным індуктыўны. Па меры павелічэння частаты індуктыўнасць памяншаецца, а страты павялічваюцца, а агульны імпеданс павялічваецца. Малюнак 4 - тыповы графік залежнасці XL, Rs і Z ад частаты для нашых матэрыялаў сярэдняй пранікальнасці .
Тады індуктыўнае супраціўленне прапарцыянальна рэальнай частцы комплекснай пранікальнасці, па Lo, індуктыўнасці паветранага стрыжня:
Супраціў страт таксама прапарцыянальны ўяўнай частцы комплекснай пранікальнасці праз тую ж канстанту:
У раўнанні 9 матэрыял стрыжня задаецца µs' і µs”, а геаметрыя стрыжня задаецца Lo. Таму, даведаўшыся комплексную пранікальнасць розных ферытаў, можна правесці параўнанне, каб атрымаць найбольш прыдатны матэрыял пры жаданым частата або дыяпазон частот. Пасля выбару лепшага матэрыялу прыйшоў час выбраць кампаненты лепшага памеру. Вектарнае прадстаўленне комплекснай пранікальнасці і імпедансу паказана на малюнку 5.
Параўнанне формы стрыжня і матэрыялаў стрыжня для аптымізацыі імпедансу простае, калі вытворца дае графік комплекснай пранікальнасці ў залежнасці ад частаты для ферытавых матэрыялаў, рэкамендаваных для прымянення падаўлення. На жаль, гэтая інфармацыя рэдка даступная. Аднак большасць вытворцаў забяспечваюць пачатковую пранікальнасць і страты ў залежнасці ад частаты крывыя. З гэтых даных можна параўнаць матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для аптымізацыі імпедансу стрыжня.
Спасылаючыся на малюнак 6, пачатковая пранікальнасць і каэфіцыент рассейвання [4] матэрыялу Fair-Rite 73 у залежнасці ад частаты, пры ўмове, што дызайнер хоча гарантаваць максімальны імпеданс паміж 100 і 900 кГц. Былі выбраны матэрыялы 73. Для мадэлявання дызайнер таксама неабходна разумець рэактыўную і рэзістыўную часткі вектара імпедансу на 100 кГц (105 Гц) і 900 кГц. Гэтую інфармацыю можна атрымаць з наступнай табліцы:
Пры 100 кГц μs ' = μi = 2500 і (Tan δ / μi) = 7 x 10-6, таму што Tan δ = μs ”/ μs', тады μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43,8
Варта адзначыць, што, як і чакалася, μ» вельмі мала дадае да агульнага вектару пранікальнасці на гэтай нізкай частаце. Імпеданс стрыжня ў асноўным індуктыўны.
Дызайнеры ведаюць, што стрыжань павінен прымаць дрот №22 і змяшчацца ў прастору 10 мм х 5 мм. Унутраны дыяметр будзе зададзены як 0,8 мм. Каб вызначыць прыблізны імпеданс і яго кампаненты, спачатку абярыце шарык са знешнім дыяметрам 10 мм і вышынёй 5 мм:
Z = ωLo (2500,38) = (6,28 x 105) x 0,0461 x log10 (5/0,8) x 10 x (2500,38) x 10-8 = 5,76 Ом пры 100 кГц
У гэтым выпадку, як і ў большасці выпадкаў, максімальны імпеданс дасягаецца пры выкарыстанні меншага OD з большай даўжынёй. Калі ID большы, напрыклад, 4 мм, і наадварот.
Такі ж падыход можа быць выкарыстаны, калі прадстаўлены графікі імпедансу на адзінку Lo і фазавага вугла ў залежнасці ад частаты. На малюнках 9, 10 і 11 прадстаўлены такія крывыя для тых жа трох матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца тут.
Дызайнеры жадаюць гарантаваць максімальны імпеданс у дыяпазоне частот ад 25 МГц да 100 МГц. Даступная прастора на плаце зноў складае 10 мм х 5 мм, а стрыжань павінен падтрымліваць дрот № 22 awg. Спасылаючыся на малюнак 7 для адзінкавага супраціўлення Lo трох ферытавых матэрыялаў, або Малюнак 8 для комплекснай пранікальнасці тых жа трох матэрыялаў, абярыце матэрыял 850 μi [5]. Выкарыстоўваючы графік на малюнку 9, Z/Lo матэрыялу сярэдняй пранікальнасці складае 350 х 108 Ом/г пры 25 МГц. Вырашыце разліковы імпеданс:
У папярэднім абмеркаванні мяркуецца, што выбраны стрыжань цыліндрычны. Калі ферытавыя стрыжні выкарыстоўваюцца для плоскіх істужачных кабеляў, кабеляў у пучках або перфараваных пласцін, разлік Lo становіцца больш складаным, і трэба атрымаць даволі дакладныя паказчыкі даўжыні шляху стрыжня і эфектыўнай плошчы каб вылічыць індуктыўнасць паветранага стрыжня. Гэта можна зрабіць матэматычным разрэзам стрыжня і складаннем разлічанай даўжыні шляху і магнітнай плошчы для кожнага зрэзу. Аднак ва ўсіх выпадках павелічэнне або памяншэнне імпедансу будзе прапарцыйна павелічэнню або памяншэнню вышыня/даўжыня ферытавага стрыжня.[6]
Як ужо згадвалася, большасць вытворцаў вызначаюць ядры для прыкладанняў EMI з пункту гледжання імпедансу, але канчатковаму карыстальніку звычайна неабходна ведаць аслабленне. Адносіны, якія існуюць паміж гэтымі двума параметрамі:
Гэтая залежнасць залежыць ад імпедансу крыніцы, якая стварае шум, і імпедансу нагрузкі, якая прымае шум. Гэтыя значэнні звычайна з'яўляюцца комплекснымі лікамі, дыяпазон якіх можа быць бясконцым, і яны недаступныя для распрацоўніка. Выбар значэння 1 Ом для імпедансаў нагрузкі і крыніцы, што можа адбыцца, калі крыніца з'яўляецца імпульсным блокам сілкавання і нагружае шмат ланцугоў з нізкім імпедансам, спрашчае ўраўненні і дазваляе параўнаць згасанне ферытавых стрыжняў.
Графік на малюнку 12 уяўляе сабой набор крывых, якія паказваюць ўзаемасувязь паміж імпедансам экрана і аслабленнем для многіх агульных значэнняў нагрузкі плюс імпеданс генератара.
Малюнак 13 - эквівалентная схема крыніцы перашкод з унутраным супраціўленнем Zs. Сігнал перашкод генеруецца паслядоўным імпедансам Zsc стрыжня супрэсара і імпедансам нагрузкі ZL.
На малюнках 14 і 15 прадстаўлены графікі залежнасці імпедансу ад тэмпературы для тых жа трох ферытавых матэрыялаў. Найбольш стабільным з гэтых матэрыялаў з'яўляецца матэрыял 61 са зніжэннем імпедансу на 8% пры 100º C і 100 МГц. Наадварот, матэрыял 43 паказаў 25 % падзення імпедансу пры аднолькавай частаце і тэмпературы. Гэтыя крывыя, калі яны прадстаўлены, могуць быць выкарыстаны для рэгулявання вызначанага імпедансу пакаёвай тэмпературы, калі патрабуецца аслабленне пры павышаных тэмпературах.
Як і ў выпадку з тэмпературай, токі харчавання пастаяннага току і 50 або 60 Гц таксама ўплываюць на тыя ж уласцівыя ферыту ўласцівасці, якія, у сваю чаргу, прыводзяць да зніжэння імпедансу стрыжня. Малюнкі 16, 17 і 18 - гэта тыповыя крывыя, якія ілюструюць уплыў зрушэння на імпеданс ферытавага матэрыялу. Гэтая крывая апісвае пагаршэнне імпедансу як функцыю напружанасці поля для канкрэтнага матэрыялу ў залежнасці ад частаты. Варта адзначыць, што эфект зрушэння памяншаецца па меры павелічэння частаты.
Пасля збору гэтых даных кампанія Fair-Rite Products прадставіла два новыя матэрыялы. Наш 44 - гэта нікель-цынкавы матэрыял сярэдняй пранікальнасці, а наш 31 - марганцава-цынкавы матэрыял з высокай пранікальнасцю.
Малюнак 19 - графік залежнасці імпедансу ад частаты для шарыкаў аднолькавага памеру ў матэрыялах 31, 73, 44 і 43. Матэрыял 44 - гэта палепшаны матэрыял 43 з больш высокім удзельным супраціўленнем пастаяннага току, 109 Ом см, лепшымі ўласцівасцямі да тэрмічнага ўдару, тэмпературнай стабільнасцю і больш высокая тэмпература Кюры (Tc). Матэрыял 44 мае некалькі больш высокі імпеданс у параўнанні з частотнымі характарыстыкамі ў параўнанні з нашым матэрыялам 43. Стацыянарны матэрыял 31 дэманструе больш высокі супраціў, чым 43 або 44 ва ўсім дыяпазоне частот вымярэння. 31 прызначаны для змякчэння Праблема размернага рэзанансу, якая ўплывае на эфектыўнасць падаўлення нізкіх частот марганца-цынкавых стрыжняў і была паспяхова прыменена да стрыжняў падаўлення кабельных злучальнікаў і вялікіх тараідальных стрыжняў. Малюнак 20 - гэта графік залежнасці імпедансу ад частаты для матэрыялаў 43, 31 і 73 для Fair -Ядры Rite з 0,562 ″ OD, 0,250 ID і 1,125 HT. Параўноўваючы малюнак 19 і малюнак 20, варта адзначыць, што для меншых ядраў, для частот да 25 МГц, матэрыял 73 з'яўляецца лепшым матэрыялам для падаўлення. Аднак па меры павелічэння перасеку стрыжня максімальная частата памяншаецца. Як паказана ў дадзеных на малюнку 20, 73 з'яўляецца лепшым. Самая высокая частата - 8 МГц. Таксама варта адзначыць, што матэрыял 31 добра працуе ў дыяпазоне частот ад 8 МГц да 300 МГц. Аднак, як марганца-цынкавы ферыт, матэрыял 31 мае значна меншае ўдзельнае аб'ёмнае супраціўленне 102 Ом -см, і большы супраціў змяняецца пры экстрэмальных перападах тэмпературы.
Гласарый Індуктыўнасць паветранага стрыжня – Lo (H) Індуктыўнасць, якая была б вымераная, калі б стрыжань меў аднастайную пранікальнасць і размеркаванне патоку заставалася нязменным. Агульная формула Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Кольца Lo = 0,0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) Памеры ў мм
Паслабленне – A (дБ) Памяншэнне амплітуды сігналу пры перадачы з адной кропкі ў іншую. Гэта скалярнае стаўленне амплітуды ўваходнага сігналу да амплітуды выхаднога сігналу ў дэцыбелах.
Канстанта стрыжня – C1 (см-1) Сума даўжынь магнітнага шляху кожнага ўчастка магнітнага ланцуга, падзеленая на адпаведную магнітную вобласць таго ж участка.
Канстанта ядра – C2 (см-3) Сума даўжынь магнітнага ланцуга кожнага ўчастка магнітнага ланцуга, падзеленая на квадрат адпаведнага магнітнага дамена таго ж участка.
Эфектыўныя памеры плошчы магнітнага шляху Ae (см2), даўжыні шляху le (см) і аб'ёму Ve (см3) Для дадзенай геаметрыі стрыжня мяркуецца, што даўжыня магнітнага шляху, плошча папярочнага сячэння і аб'ём тараідальны стрыжань мае тыя ж уласцівасці матэрыялу, што і Матэрыял павінен мець магнітныя ўласцівасці, эквівалентныя дадзеным стрыжню.
Напружанасць поля – H (Эрстэд) Параметр, які характарызуе велічыню напружанасці поля. H = 0,4 π NI/le (Эрстэд)
Шчыльнасць патоку – B (па Гаўсу) Адпаведны параметр індукаванага магнітнага поля ў вобласці, нармальнай да шляху патоку.
Імпеданс – Z (Ом) Імпеданс ферыту можа быць выражаны праз яго комплексную пранікальнасць. Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (Ом)
Тангенс страт – ​​tan δ Тангенс страт ферыту роўны зваротнай велічыні ланцуга Q.
Каэфіцыент страт – tan δ/μi Выдаленне фазы паміж асноўнымі кампанентамі шчыльнасці магнітнага патоку і напружанасці поля з пачатковай пранікальнасцю.
Магнітная пранікальнасць – μ Магнітная пранікальнасць, атрыманая з суадносін шчыльнасці магнітнага патоку і напружанасці прыкладзенага пераменнага поля, складае…
Амплітудная пранікальнасць, μa – калі зададзенае значэнне шчыльнасці патоку большае за значэнне, якое выкарыстоўваецца для пачатковай пранікальнасці.
Эфектыўная пранікальнасць, μe – калі магнітны маршрут пабудаваны з адным або некалькімі паветранымі зазорамі, пранікальнасць - гэта пранікальнасць гіпатэтычнага аднастайнага матэрыялу, які будзе забяспечваць аднолькавае нежаданне.
In Compliance - галоўная крыніца навін, інфармацыі, адукацыі і натхнення для спецыялістаў у галіне электратэхнікі і электронікі.
Аэракасмічная прамысловасць Аўтамабільная прамысловасць Камунікацыі Бытавая электроніка Адукацыя Энергетыка і электраэнергетыка Інфармацыйныя тэхналогіі Медыцына Ваенныя справы і абарона