berita

Dalam dunia ideal kita, keselamatan, kualiti dan prestasi adalah yang terpenting. Dalam banyak kes, bagaimanapun, kos komponen akhir, termasuk ferit, telah menjadi faktor penentu. Artikel ini bertujuan untuk membantu jurutera reka bentuk mencari bahan ferit alternatif untuk mengurangkan kos.
Sifat bahan intrinsik yang dikehendaki dan geometri teras ditentukan oleh setiap aplikasi tertentu. Sifat sedia ada yang mengawal prestasi dalam aplikasi tahap isyarat rendah ialah kebolehtelapan (terutamanya suhu), kehilangan teras yang rendah dan kestabilan magnet yang baik dari semasa ke semasa dan suhu. Aplikasi termasuk Q tinggi induktor, induktor mod biasa, jalur lebar, padanan dan pengubah nadi, elemen antena radio dan pengulang aktif dan pasif. Untuk aplikasi kuasa, ketumpatan fluks tinggi dan kehilangan rendah pada frekuensi dan suhu operasi adalah ciri yang diingini. Aplikasi termasuk bekalan kuasa mod suis untuk pengecasan bateri kenderaan elektrik, penguat magnet, penukar DC-DC, penapis kuasa, gegelung pencucuhan dan pengubah.
Sifat intrinsik yang mempunyai kesan terbesar ke atas prestasi ferit lembut dalam aplikasi penindasan ialah kebolehtelapan kompleks [1], yang berkadar dengan impedans teras. Terdapat tiga cara untuk menggunakan ferit sebagai penindas isyarat yang tidak diingini (dijalankan atau dipancarkan ).Pertama, dan paling kurang biasa, adalah sebagai perisai praktikal, di mana ferit digunakan untuk mengasingkan konduktor, komponen atau litar daripada persekitaran medan elektromagnet sesat yang memancar. Dalam aplikasi kedua, ferit digunakan dengan elemen kapasitif untuk mencipta hantaran rendah penapis, iaitu kearuhan – kapasitif pada frekuensi rendah dan pelesapan pada frekuensi tinggi. Penggunaan ketiga dan paling biasa ialah apabila teras ferit digunakan secara bersendirian untuk petunjuk komponen atau litar peringkat papan. Dalam aplikasi ini, teras ferit menghalang sebarang ayunan parasit dan/ atau melemahkan pengambilan atau penghantaran isyarat yang tidak diingini yang mungkin merambat di sepanjang petunjuk komponen atau saling bersambung, jejak atau kabel. Dalam aplikasi kedua dan ketiga, teras ferit menekan EMI yang dikendalikan dengan menghapuskan atau mengurangkan banyak arus frekuensi tinggi yang ditarik oleh sumber EMI. Pengenalan ferit menyediakan impedans frekuensi yang cukup tinggi untuk menyekat arus frekuensi tinggi. Secara teori, ferit yang ideal akan memberikan impedans yang tinggi pada frekuensi EMI dan galangan sifar pada semua frekuensi lain. Akibatnya, teras penekan ferit memberikan impedans bergantung kepada frekuensi. Pada frekuensi di bawah 1 MHz, impedans maksimum boleh diperolehi antara 10 MHz dan 500 MHz bergantung kepada bahan ferit.
Oleh kerana ia selaras dengan prinsip kejuruteraan elektrik, di mana voltan dan arus AC diwakili oleh parameter yang kompleks, kebolehtelapan bahan boleh dinyatakan sebagai parameter kompleks yang terdiri daripada bahagian nyata dan khayalan. Ini ditunjukkan pada frekuensi tinggi, di mana kebolehtelapan terbahagi kepada dua komponen. Bahagian nyata (μ') mewakili bahagian reaktif, yang berada dalam fasa dengan medan magnet berselang-seli [2], manakala bahagian khayalan (μ”) mewakili kerugian, yang berada di luar fasa dengan medan magnet berselang-seli.Ini boleh dinyatakan sebagai komponen siri (μs'μs") atau dalam komponen selari (µp'µp").Graf dalam Rajah 1, 2, dan 3 menunjukkan komponen siri kebolehtelapan awal kompleks sebagai fungsi kekerapan bagi tiga bahan ferit.Jenis bahan 73 ialah ferit mangan-zink, magnet awal Kekonduksian ialah 2500. Jenis bahan 43 ialah ferit zink nikel dengan kebolehtelapan awal 850. Jenis bahan 61 ialah ferit zink nikel dengan kebolehtelapan awal 125.
Memfokuskan pada komponen siri bahan Jenis 61 dalam Rajah 3, kita melihat bahawa bahagian sebenar kebolehtelapan, μs', kekal malar dengan peningkatan kekerapan sehingga frekuensi kritikal dicapai, dan kemudian berkurangan dengan cepat. Kerugian atau μs" meningkat dan kemudian memuncak apabila μs' jatuh.Penurunan dalam μs' ini disebabkan oleh permulaan resonans ferimagnetik.[3] Perlu diingat bahawa semakin tinggi kebolehtelapan, semakin banyak Semakin rendah frekuensi.Hubungan songsang ini pertama kali diperhatikan oleh Snoek dan memberikan formula berikut:
di mana: ƒres = μs” kekerapan pada maksimum γ = nisbah gyromagnetik = 0.22 x 106 A-1 m μi = kebolehtelapan awal Msat = 250-350 Am-1
Memandangkan teras ferit yang digunakan dalam tahap isyarat rendah dan aplikasi kuasa memfokuskan pada parameter magnet di bawah frekuensi ini, pengeluar ferit jarang menerbitkan data kebolehtelapan dan/atau kehilangan pada frekuensi yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, data frekuensi yang lebih tinggi adalah penting apabila menentukan teras ferit untuk penindasan EMI.
Ciri yang ditentukan oleh kebanyakan pengeluar ferit untuk komponen yang digunakan untuk penindasan EMI ialah impedans. Impedans mudah diukur pada penganalisis yang tersedia secara komersial dengan bacaan digital terus. Malangnya, impedans biasanya dinyatakan pada frekuensi tertentu dan merupakan skalar yang mewakili magnitud kompleks vektor impedans.Walaupun maklumat ini berharga, ia selalunya tidak mencukupi, terutamanya apabila memodelkan prestasi litar ferit. Untuk mencapai ini, nilai impedans dan sudut fasa komponen, atau kebolehtelapan kompleks bahan tertentu, mesti ada.
Tetapi sebelum mula memodelkan prestasi komponen ferit dalam litar, pereka bentuk harus mengetahui perkara berikut:
di mana μ'= bahagian nyata kebolehtelapan kompleks μ”= bahagian khayalan kebolehtelapan kompleks j = vektor khayalan unit Lo= kearuhan teras udara
Impedans teras besi juga dianggap sebagai gabungan siri tindak balas induktif (XL) dan rintangan kehilangan (Rs), kedua-duanya adalah bergantung kepada frekuensi. Teras tanpa kehilangan akan mempunyai impedans yang diberikan oleh reaktansi:
di mana: Rs = jumlah rintangan siri = Rm + Re Rm = rintangan siri setara akibat kehilangan magnet Re = rintangan siri setara untuk kehilangan kuprum
Pada frekuensi rendah, impedans komponen adalah terutamanya induktif. Apabila frekuensi meningkat, induktansi berkurangan manakala kerugian meningkat dan jumlah impedans meningkat. Rajah 4 ialah plot biasa XL, Rs dan Z berbanding frekuensi untuk bahan kebolehtelapan sederhana kami .
Kemudian tindak balas induktif adalah berkadar dengan bahagian sebenar kebolehtelapan kompleks, oleh Lo, kearuhan teras udara:
Rintangan kehilangan juga berkadar dengan bahagian khayalan kebolehtelapan kompleks dengan pemalar yang sama:
Dalam Persamaan 9, bahan teras diberikan oleh µs' dan µs", dan geometri teras diberikan oleh Lo. Oleh itu, setelah mengetahui kebolehtelapan kompleks ferit yang berbeza, perbandingan boleh dibuat untuk mendapatkan bahan yang paling sesuai pada yang dikehendaki. frekuensi atau julat frekuensi.Selepas memilih bahan terbaik, tiba masanya untuk memilih komponen saiz terbaik.Perwakilan vektor kebolehtelapan kompleks dan impedans ditunjukkan dalam Rajah 5.
Perbandingan bentuk teras dan bahan teras untuk pengoptimuman impedans adalah mudah jika pengeluar menyediakan graf kebolehtelapan kompleks berbanding kekerapan untuk bahan ferit yang disyorkan untuk aplikasi penindasan. Malangnya, maklumat ini jarang tersedia. Walau bagaimanapun, kebanyakan pengeluar menyediakan kebolehtelapan awal dan kehilangan berbanding kekerapan lengkung.Daripada data ini perbandingan bahan yang digunakan untuk mengoptimumkan galangan teras boleh diperolehi.
Merujuk kepada Rajah 6, faktor kebolehtelapan dan pelesapan awal [4] bahan Fair-Rite 73 berbanding kekerapan, dengan mengandaikan pereka bentuk ingin menjamin galangan maksimum antara 100 dan 900 kHz.73 bahan telah dipilih. Untuk tujuan pemodelan, pereka bentuk juga perlu memahami bahagian reaktif dan perintang bagi vektor impedans pada 100 kHz (105 Hz) dan 900 kHz. Maklumat ini boleh diperolehi daripada carta berikut:
Pada 100kHz μs ' = μi = 2500 dan (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 kerana Tan δ = μs ”/ μs' maka μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.8
Perlu diingatkan bahawa, seperti yang dijangkakan, μ” menambah sedikit kepada jumlah vektor kebolehtelapan pada frekuensi rendah ini.Impedans teras kebanyakannya induktif.
Pereka bentuk tahu bahawa teras mesti menerima wayar #22 dan dimuatkan ke dalam ruang 10 mm x 5 mm. Diameter dalam akan ditentukan sebagai 0.8 mm. Untuk menyelesaikan anggaran impedans dan komponennya, mula-mula pilih manik dengan diameter luar 10 mm dan ketinggian 5 mm:
Z= ωLo (2500.38) = (6.28 x 105) x .0461 x log10 (5/.8) x 10 x (2500.38) x 10-8= 5.76 ohm pada 100 kHz
Dalam kes ini, seperti dalam kebanyakan kes, impedans maksimum dicapai dengan menggunakan OD yang lebih kecil dengan panjang yang lebih panjang. Jika ID lebih besar, cth 4mm, dan sebaliknya.
Pendekatan yang sama boleh digunakan jika plot galangan per unit Lo dan sudut fasa lawan frekuensi disediakan. Rajah 9, 10 dan 11 mewakili lengkung sedemikian untuk tiga bahan yang sama yang digunakan di sini.
Pereka bentuk ingin menjamin impedans maksimum dalam julat frekuensi 25 MHz hingga 100 MHz. Ruang papan yang tersedia sekali lagi adalah 10mm x 5mm dan teras mesti menerima wayar #22 awg. Merujuk kepada Rajah 7 untuk impedans unit Lo daripada tiga bahan ferit, atau Rajah 8 untuk kebolehtelapan kompleks bagi tiga bahan yang sama, pilih bahan 850 μi.[5]Menggunakan graf dalam Rajah 9, Z/Lo bagi bahan kebolehtelapan sederhana ialah 350 x 108 ohm/H pada 25 MHz. Selesaikan untuk galangan yang dianggarkan:
Perbincangan sebelum ini mengandaikan bahawa teras pilihan adalah silinder. Jika teras ferit digunakan untuk kabel reben rata, kabel bercantum, atau plat berlubang, pengiraan Lo menjadi lebih sukar, dan panjang laluan teras yang agak tepat dan angka kawasan berkesan mesti diperolehi untuk mengira kearuhan teras udara .Ini boleh dilakukan dengan menghiris teras secara matematik dan menambah panjang laluan yang dikira dan kawasan magnet untuk setiap keping. Walau bagaimanapun, dalam semua kes, peningkatan atau penurunan impedans akan berkadar dengan peningkatan atau penurunan dalam ketinggian/panjang teras ferit.[6]
Seperti yang dinyatakan, kebanyakan pengeluar menentukan teras untuk aplikasi EMI dari segi impedans, tetapi pengguna akhir biasanya perlu mengetahui pengecilan. Hubungan yang wujud antara kedua-dua parameter ini ialah:
Hubungan ini bergantung pada galangan sumber yang menghasilkan hingar dan galangan beban yang menerima hingar. Nilai ini biasanya nombor kompleks, yang julatnya boleh tidak terhingga, dan tidak tersedia untuk pereka bentuk. Memilih nilai 1 ohm untuk beban dan impedans sumber, yang boleh berlaku apabila sumber adalah bekalan kuasa mod suis dan memuatkan banyak litar galangan rendah, memudahkan persamaan dan membenarkan perbandingan pengecilan teras ferit.
Graf dalam Rajah 12 ialah satu set lengkung yang menunjukkan hubungan antara galangan manik perisai dan pengecilan untuk banyak nilai sepunya beban ditambah galangan penjana.
Rajah 13 ialah litar setara bagi sumber gangguan dengan rintangan dalaman Zs.Isyarat gangguan dijana oleh impedans siri Zsc teras penekan dan impedans beban ZL.
Rajah 14 dan 15 ialah graf galangan berbanding suhu untuk tiga bahan ferit yang sama. Bahan yang paling stabil ialah bahan 61 dengan pengurangan 8% galangan pada 100º C dan 100 MHz. Sebaliknya, bahan 43 menunjukkan 25 % kejatuhan impedans pada frekuensi dan suhu yang sama. Lengkung ini, apabila disediakan, boleh digunakan untuk melaraskan galangan suhu bilik yang ditentukan jika pengecilan pada suhu tinggi diperlukan.
Seperti suhu, arus bekalan DC dan 50 atau 60 Hz juga mempengaruhi sifat ferit yang sama, yang seterusnya menghasilkan galangan teras yang lebih rendah. Rajah 16, 17 dan 18 adalah lengkung biasa yang menggambarkan kesan pincang pada galangan bahan ferit. .Keluk ini menerangkan kemerosotan impedans sebagai fungsi kekuatan medan untuk bahan tertentu sebagai fungsi frekuensi. Perlu diingatkan bahawa kesan pincang berkurangan apabila frekuensi meningkat.
Sejak data ini disusun, Fair-Rite Products telah memperkenalkan dua bahan baharu. 44 kami ialah bahan kebolehtelapan sederhana nikel-zink dan 31 kami ialah bahan kebolehtelapan tinggi mangan-zink.
Rajah 19 ialah plot galangan berbanding kekerapan untuk manik yang sama saiz dalam 31, 73, 44 dan 43 bahan. Bahan 44 ialah bahan 43 yang dipertingkatkan dengan rintangan DC yang lebih tinggi, 109 ohm cm, sifat kejutan haba yang lebih baik, kestabilan suhu dan suhu Curie (Tc) yang lebih tinggi. Bahan 44 mempunyai impedans berbanding ciri frekuensi yang lebih tinggi sedikit berbanding dengan bahan 43 kami. Bahan pegun 31 menunjukkan galangan yang lebih tinggi daripada sama ada 43 atau 44 pada keseluruhan julat frekuensi pengukuran. 31 direka untuk mengurangkan masalah resonans dimensi yang mempengaruhi prestasi penindasan frekuensi rendah teras mangan-zink yang lebih besar dan telah berjaya digunakan pada teras penindasan penyambung kabel dan teras toroid besar. Rajah 20 ialah plot impedans berbanding frekuensi untuk 43, 31, dan 73 bahan untuk Fair -Teras Rite dengan 0.562″ OD, 0.250 ID dan 1.125 HT.Apabila membandingkan Rajah 19 dan Rajah 20, perlu diperhatikan bahawa untuk Untuk teras yang lebih kecil, untuk frekuensi sehingga 25 MHz, bahan 73 adalah bahan penekan terbaik.Walau bagaimanapun, apabila keratan rentas teras meningkat, kekerapan maksimum berkurangan.Seperti yang ditunjukkan dalam data dalam Rajah 20, 73 adalah yang terbaik Frekuensi tertinggi ialah 8 MHz.Perlu juga diperhatikan bahawa bahan 31 berfungsi dengan baik dalam julat frekuensi dari 8 MHz hingga 300 MHz.Walau bagaimanapun, sebagai ferit zink mangan, bahan 31 mempunyai kerintangan isipadu yang jauh lebih rendah iaitu 102 ohm -cm, dan lebih banyak perubahan impedans dengan perubahan suhu yang melampau.
Glosari Air Core Inductance – Lo (H) Kearuhan yang akan diukur jika teras mempunyai kebolehtelapan seragam dan taburan fluks kekal malar. Formula am Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = .0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) Dimensi adalah dalam mm
Pengecilan – A (dB) Pengurangan amplitud isyarat dalam penghantaran dari satu titik ke titik lain. Ia ialah nisbah skalar amplitud input kepada amplitud keluaran, dalam desibel.
Pemalar Teras – C1 (cm-1) Jumlah panjang laluan magnet bagi setiap bahagian litar magnet dibahagikan dengan kawasan magnet yang sepadan bagi bahagian yang sama.
Pemalar Teras – C2 (cm-3) Jumlah panjang litar magnet bagi setiap bahagian litar magnet dibahagikan dengan kuasa dua domain magnetik yang sepadan bagi bahagian yang sama.
Dimensi berkesan bagi luas laluan magnet Ae (cm2), panjang laluan le (cm) dan isipadu Ve (cm3) Bagi geometri teras tertentu, diandaikan bahawa panjang laluan magnet, luas keratan rentas, dan isipadu teras toroidal mempunyai sifat bahan yang sama seperti Bahan harus mempunyai sifat magnet yang setara dengan teras yang diberikan.
Kekuatan Medan – H (Oersted) Parameter yang mencirikan magnitud kekuatan medan.H = .4 π NI/le (Oersted)
Ketumpatan Fluks – B (Gaussian) Parameter sepadan medan magnet teraruh di rantau normal kepada laluan fluks.
Impedans – Z (ohm) Impedans ferit boleh dinyatakan dalam sebutan kebolehtelapan kompleksnya.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs") (ohm)
Tangen Kehilangan – ​​tan δ Tangen kehilangan ferit adalah sama dengan salingan litar Q.
Faktor Kehilangan – tan δ/μi Penyingkiran fasa antara komponen asas ketumpatan fluks magnet dan kekuatan medan dengan kebolehtelapan awal.
Kebolehtelapan Magnetik – μ Kebolehtelapan magnet yang diperoleh daripada nisbah ketumpatan fluks magnet dan kekuatan medan berselang-seli yang digunakan ialah…
Kebolehtelapan amplitud, μa – apabila nilai ketumpatan fluks yang ditentukan lebih besar daripada nilai yang digunakan untuk kebolehtelapan awal.
Kebolehtelapan Berkesan, μe – Apabila laluan magnetik dibina dengan satu atau lebih jurang udara, kebolehtelapan ialah kebolehtelapan bahan homogen hipotesis yang akan memberikan keengganan yang sama.
In Compliance ialah sumber utama berita, maklumat, pendidikan dan inspirasi untuk profesional kejuruteraan elektrik dan elektronik.
Aeroangkasa Automotif Komunikasi Elektronik Pengguna Pendidikan Tenaga dan Tenaga Industri Teknologi Maklumat Perubatan Tentera dan Pertahanan