Toepassing van magnetische kralen in EMC-ontwerp van schakelvoedingen
EMC-kwesties zijn tegenwoordig een actueel en uitdagend onderwerp geworden in het elektronische ontwerp en de productie. Het EMC-probleem in praktische toepassingen is zeer complex en kan niet alleen door theoretische kennis worden opgelost. Het is meer afhankelijk van de praktische ervaring van elektronische ingenieurs. Om het probleem van EMC in elektronische producten beter aan te pakken, is het vooral nodig om rekening te houden met aarding, circuit- en printplaatontwerp, kabelontwerp, afschermingsontwerp en andere zaken.
In dit artikel wordt het belang van magnetische kralen in het EMC-aspect van schakelende voedingen uitgelegd door de basisprincipes en kenmerken ervan te introduceren, om ontwerpers van schakelende voedingen meer en betere keuzes te bieden bij het ontwerpen van nieuwe producten.
1 Ferriet elektromagnetisch ontstoringselement
Ferriet is een soort ferromagnetisch materiaal met een kubieke roosterstructuur. Het productieproces en de mechanische eigenschappen zijn vergelijkbaar met keramiek, met een grijszwarte kleur. Een type magnetische kern dat gewoonlijk wordt gebruikt in filters voor elektromagnetische interferentie is ferrietmateriaal, en veel fabrikanten leveren ferrietmaterialen specifiek voor onderdrukking van elektromagnetische interferentie. Het kenmerk van dit materiaal is het hoge frequentieverlies. De belangrijkste prestatieparameter voor ferriet dat wordt gebruikt voor het onderdrukken van elektromagnetische interferentie is de magnetische permeabiliteit μ en de verzadigingsmagnetische fluxdichtheid Bs. Magnetische permeabiliteit μ Het kan worden uitgedrukt als een complex getal, waarbij het reële deel de inductantie vormt en het denkbeeldige deel het verlies vertegenwoordigt, dat toeneemt met de frequentie. Daarom is het equivalente circuit een serieschakeling bestaande uit inductantie L en weerstand R, die beide functies van de frequentie zijn. Wanneer de draad door deze ferrietkern gaat, neemt de gevormde inductie-impedantie formeel toe met toenemende frequentie, maar het mechanisme is compleet anders bij verschillende frequenties.
In het lage frequentiebereik bestaat de impedantie uit de inductieve reactantie van de inductor. Bij lage frequenties is R erg klein en is de magnetische permeabiliteit van de magnetische kern hoog. Daarom is de inductie groot en speelt L een hoofdrol. Elektromagnetische interferentie wordt onderdrukt door reflectie; En op dit punt is het verlies van de magnetische kern relatief klein, en het hele apparaat is een inductor met lage verliezen en een hoge Q-karakteristiek, die gevoelig is voor resonantie. Daarom kan er in het lage frequentiebereik soms sprake zijn van verbetering van de interferentie na gebruik van magnetische ferrietkralen.
In het hoogfrequente bereik bestaat de impedantie uit weerstandscomponenten. Naarmate de frequentie toeneemt, neemt de magnetische permeabiliteit van de magnetische kern af, wat resulteert in een afname van de inductantie en inductantiecomponenten van de inductantie. Op dit moment neemt echter het verlies van de magnetische kern toe en neemt de weerstandscomponent toe, wat resulteert in een toename van de totale impedantie. Wanneer het hoogfrequente signaal door het ferriet gaat, wordt elektromagnetische interferentie geabsorbeerd en omgezet in warmte-energie voor dissipatie.
Ferrietonderdrukkingscomponenten worden veel gebruikt in printplaten, hoogspanningslijnen en datalijnen. Als er een ferrietonderdrukkingscomponent wordt toegevoegd aan de voedingslijningang van de printplaat, kan hoogfrequente interferentie worden uitgefilterd. Magnetische ringen of kralen van ferriet zijn speciaal ontworpen om hoogfrequente en piekinterferentie op signaal- en stroomleidingen te onderdrukken, en ze hebben ook het vermogen om elektrostatische ontladingspulsinterferentie te absorberen.
Het principe en de kenmerken van magnetische kralen: Wanneer stroom door een draad in het kerngat vloeit, wordt het een magnetisch spoor dat in de magnetische kraal circuleert. Bij het voorbereiden van ferriet voor EMI-controle zou het mogelijk moeten zijn om het grootste deel van de magnetische flux als warmte in het materiaal af te voeren. Dit fenomeen kan worden gesimuleerd door een seriecombinatie van een inductor en een weerstand.
De signaalenergie is magnetisch gekoppeld aan de magnetische kralen, zodat de reactantie en weerstand van de inductor toenemen met toenemende frequentie. De efficiëntie van magnetische koppeling hangt af van de permeabiliteit van het magnetische kraalmateriaal ten opzichte van lucht. Het verlies aan ferrietmaterialen waaruit doorgaans magnetische kralen bestaan, kan worden uitgedrukt als een complexe hoeveelheid door hun relatieve luchtdoorlaatbaarheid.
Magnetische materialen worden vaak gekenmerkt door de verlieshoek bij gebruik van deze verhouding. Het gebruik van EMI-onderdrukkingscomponenten vereist een grote verlieshoek, wat betekent dat de meeste interferentie wordt gedissipeerd zonder te worden gereflecteerd. De verschillende beschikbare ferrietmaterialen die momenteel beschikbaar zijn, bieden ontwerpers een breed scala aan mogelijkheden voor het gebruik van magnetische kralen in verschillende situaties.
