uudiseid

Meie ideaalmaailmas on ohutus, kvaliteet ja jõudlus esmatähtsad. Paljudel juhtudel on aga määravaks teguriks saanud lõppkomponendi, sealhulgas ferriidi maksumus. Selle artikli eesmärk on aidata disainiinseneridel leida alternatiivseid ferriitmaterjale, mida vähendada. kulu.
Soovitud olemuslikud materjaliomadused ja südamiku geomeetria määratakse iga konkreetse rakenduse järgi. Madala signaalitasemega rakendustes toimimist reguleerivad omadused on läbilaskvus (eriti temperatuur), väikesed südamikukaod ning hea magnetiline stabiilsus ajas ja temperatuuril. Rakendused hõlmavad kõrget Q-d induktiivpoolid, tavarežiimiga induktiivpoolid, lairiba-, sobitatud ja impulsstrafod, raadioantenni elemendid ning aktiivsed ja passiivsed repiiterid. Toiterakenduste puhul on soovitavad omadused kõrge voo tihedus ning väikesed kaod töösagedusel ja temperatuuril. Rakendused hõlmavad lülitusrežiimi toiteallikaid elektrisõidukite akude laadimine, magnetvõimendid, alalis-alalisvoolu muundurid, toitefiltrid, süütepoolid ja trafod.
Sisemine omadus, millel on suurim mõju pehme ferriidi jõudlusele summutusrakendustes, on kompleksne läbilaskvus [1], mis on võrdeline südamiku impedantsiga. Ferriidi kasutamiseks soovimatute (juhtivate või kiirgavate) signaalide summutajana on kolm võimalust. ).Esimene ja kõige vähem levinud on praktiline varjestus, kus ferriite kasutatakse juhtide, komponentide või vooluahelate eraldamiseks kiirgavast elektromagnetväljast. Teises rakenduses kasutatakse ferriite koos mahtuvuslike elementidega, et luua madalpääs. filter, st induktiivsus – mahtuvuslik madalatel sagedustel ja hajumine kõrgetel sagedustel. Kolmas ja kõige levinum kasutusala on siis, kui ferriitsüdamike kasutatakse üksi komponentjuhtmete või plaaditaseme ahelate jaoks.Selles rakenduses takistab ferriitsüdamik mis tahes parasiitvõnkumisi ja/ või nõrgendab soovimatut signaali vastuvõtmist või edastamist, mis võib levida mööda komponentide juhtmeid või ühendusi, jälgi või kaableid.Teises ja kolmandas rakenduses summutavad ferriitsüdamikud juhitud elektromagnetilisi häireid, kõrvaldades või vähendades oluliselt elektromagnetilise häire allikate poolt tõmmatud kõrgsagedusvoolusid. Ferriidi kasutuselevõtt piisavalt kõrge sagedustakistus kõrgsagedusvoolude mahasurumiseks. Teoreetiliselt tagaks ideaalne ferriit kõrge impedantsi EMI sagedustel ja nulltakistus kõigil muudel sagedustel. Tegelikult tagavad ferriidisummuti südamikud sagedusest sõltuva impedantsi. Sagedustel alla 1 MHz Sõltuvalt ferriitmaterjalist võib maksimaalse impedantsi saada vahemikus 10 MHz kuni 500 MHz.
Kuna see on kooskõlas elektrotehnika põhimõtetega, kus vahelduvpinget ja -voolu esindavad keerukad parameetrid, saab materjali läbilaskvust väljendada keeruka parameetrina, mis koosneb tegelikest ja kujuteldavatest osadest. Seda näidatakse kõrgetel sagedustel, kus läbilaskvus jaguneb kaheks komponendiks. Reaalosa (μ') tähistab reaktiivset osa, mis on faasis vahelduva magnetväljaga [2], samas kui kujuteldav osa (μ) tähistab kadusid, mis on faasist väljas. vahelduv magnetväli. Neid saab väljendada jadakomponentidena (μs'μs”) või paralleelkomponendina (µp'µp”). Joonistel 1, 2 ja 3 olevad graafikud näitavad kompleksse algläbilaskvuse jadakomponente sageduse funktsioonina kolme ferriitmaterjali puhul. Materjali tüüp 73 on mangaan-tsinkferriit, algne magnetjuhtivus on 2500. Materjali tüüp 43 on nikkel-tsinkferriit, mille algläbilaskvus on 850. Materjali tüüp 61 on nikkel-tsinkferriit, mille algläbilaskvus on 125.
Keskendudes joonisel 3 tüüp 61 materjali seeriakomponendile, näeme, et läbilaskvuse tegelik osa μs' jääb sageduse suurenemisega konstantseks, kuni saavutatakse kriitiline sagedus, ja seejärel väheneb kiiresti. Kadu ehk μs” tõuseb ja siis saavutab tipud μs' kukkumistena. See μs' vähenemine on tingitud ferrimagnetilise resonantsi algusest. [3] Tuleb märkida, et mida suurem on läbilaskvus, seda rohkem Mida madalam on sagedus. Seda pöördvõrdelist seost täheldas esmakordselt Snoek ja andis järgmise valemi:
kus: ƒres = μs” sagedus maksimaalsel γ = güromagnetiline suhe = 0,22 x 106 A-1 m μi = esialgne läbilaskvus Msat = 250-350 Am-1
Kuna madala signaalitaseme ja võimsusega rakendustes kasutatavad ferriitsüdamikud keskenduvad sellest sagedusest madalamatele magnetparameetritele, avaldavad ferriiditootjad harva läbilaskvuse ja/või kadude andmeid kõrgematel sagedustel. Siiski on kõrgema sagedusega andmed olulised ferriitsüdamike määramisel EMI summutamiseks.
Tunnus, mille enamik ferriiditootjaid EMI summutamiseks kasutatavate komponentide jaoks määrab, on impedants.Takitust saab hõlpsasti mõõta müügil oleva analüsaatoriga, millel on otsene digitaalne näit. Kahjuks määratakse impedants tavaliselt kindlal sagedusel ja see on kompleksi suurust tähistav skalaar. impedantsi vektor.Kuigi see teave on väärtuslik, on see sageli ebapiisav, eriti ferriitide vooluahela toimimise modelleerimisel.Selle saavutamiseks peab olema saadaval komponendi impedantsi väärtus ja faasinurk või konkreetse materjali kompleksne läbilaskvus.
Kuid isegi enne ferriitkomponentide jõudluse modelleerimist vooluringis peaksid disainerid teadma järgmist:
kus μ' = kompleksi läbilaskvuse tegelik osa μ” = kompleksi läbilaskvuse kujuteldav osa j = ühiku Lo = õhusüdamiku induktiivsus kujuteldav vektor
Raudsüdamiku impedantsi peetakse ka induktiivse reaktiivtakistuse (XL) ja kadutakistuse (Rs) jadakombinatsiooniks, mis mõlemad on sagedusest sõltuvad. Kadudeta südamiku impedantsi annab reaktants:
kus: Rs = seeria kogutakistus = Rm + Re Rm = samaväärne jadatakistus magnetkadude tõttu Re = samaväärne jadatakistus vasekadude jaoks
Madalatel sagedustel on komponendi impedants peamiselt induktiivne. Sageduse kasvades induktiivsus väheneb, samas kaod suurenevad ja kogutakistus suureneb.Joonis 4 on meie keskmise läbilaskvusega materjalide tüüpiline graafik XL, Rs ja Z versus sagedus .
Siis on induktiivne reaktants proportsionaalne kompleksi läbilaskvuse reaalosaga õhu-südamiku induktiivsusega Lo võrra:
Kaotakistus on sama konstandi võrra võrdeline kompleksi läbilaskvuse mõttelise osaga:
Võrrandis 9 on südamiku materjal antud ühikutega µs' ja µs” ning südamiku geomeetria on antud Lo-ga. Seetõttu saab pärast erinevate ferriitide kompleksse läbilaskvuse teadmist teha võrdluse, et saada soovitud materjalist kõige sobivam materjal. sagedus või sagedusvahemik.Pärast parima materjali valimist on aeg valida parima suurusega komponendid.Kompleksi läbilaskvuse ja impedantsi vektorkujutis on näidatud joonisel 5.
Südamiku kuju ja südamiku materjalide võrdlemine impedantsi optimeerimiseks on lihtne, kui tootja esitab summutusrakenduste jaoks soovitatud ferriitmaterjalide keeruka läbilaskvuse ja sageduse graafiku. Kahjuks on see teave harva saadaval. Enamik tootjaid pakub siiski esialgset läbilaskvust ja kadu sageduse suhtes. Nendest andmetest saab tuletada südamiku impedantsi optimeerimiseks kasutatud materjalide võrdluse.
Viidates joonisele 6, Fair-Rite 73 materjali esialgne läbilaskvus ja hajumistegur [4] versus sagedus, eeldades, et projekteerija soovib tagada maksimaalse impedantsi vahemikus 100 kuni 900 kHz, valiti 73 materjalid. Modelleerimise eesmärgil valis projekteerija ka peab mõistma impedantsi vektori reaktiivseid ja takistuslikke osi sagedustel 100 kHz (105 Hz) ja 900 kHz. Selle teabe saab tuletada järgmisest diagrammist:
Sagedusel 100 kHz μs ' = μi = 2500 ja (Tan δ / μi) = 7 x 10-6, sest Tan δ = μs ”/ μs' siis μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.
Tuleb märkida, et ootuspäraselt lisab μ” sellel madalal sagedusel kogu läbilaskvusvektorile väga vähe. Südamiku impedants on enamasti induktiivne.
Disainerid teavad, et südamik peab vastu võtma traadi nr 22 ja mahtuma 10 mm x 5 mm ruumi.Siseläbimõõduks määratakse 0,8 mm. Hinnangulise impedantsi ja selle komponentide lahendamiseks valige esmalt rant, mille välisläbimõõt on 10 mm ja kõrgus 5 mm:
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 oomi sagedusel 100 kHz
Sel juhul, nagu enamikul juhtudel, saavutatakse maksimaalne impedants, kasutades väiksemat ja pikema pikkusega OD-d. Kui ID on suurem, nt 4 mm, ja vastupidi.
Sama lähenemisviisi saab kasutada, kui esitatakse impedantsi graafikud Lo ühiku kohta ja faasinurk versus sagedus. Joonised 9, 10 ja 11 kujutavad selliseid kõveraid samade kolme siin kasutatud materjali kohta.
Disainerid soovivad tagada maksimaalse impedantsi sagedusvahemikus 25 MHz kuni 100 MHz. Saadaoleva plaadi ruum on taas 10 mm x 5 mm ja südamik peab vastu võtma #22 awg traati. Viidates joonisele 7 kolme ferriitmaterjali ühiku impedantsi Lo kohta, või joonisel 8 sama kolme materjali kompleksse läbilaskvuse jaoks valige 850 μi materjal.[5] Kasutades joonisel 9 olevat graafikut, on keskmise läbilaskvusega materjali Z/Lo sagedusel 25 MHz 350 x 108 oomi/H. Lahendage hinnanguline impedants:
Eelnev arutelu eeldab, et valitud südamik on silindriline. Kui ferriitsüdamike kasutatakse lamedate lintkaablite, kaablikimpude või perforeeritud plaatide jaoks, muutub Lo arvutamine keerulisemaks ning tuleb saada üsna täpsed südamiku teepikkuse ja efektiivse pindala arvud. õhusüdamiku induktiivsuse arvutamiseks .Seda saab teha südamiku matemaatilise viilutamisega ja iga lõigu arvutatud teepikkuse ja magnetilise pindala lisamisega. Igal juhul on impedantsi suurenemine või vähenemine võrdeline impedantsi suurenemise või vähenemisega. ferriitsüdamiku kõrgus/pikkus.[6]
Nagu mainitud, määrab enamik tootjaid EMI rakenduste südamikud impedantsi järgi, kuid lõppkasutaja peab tavaliselt teadma sumbumist. Nende kahe parameetri vaheline seos on järgmine:
See seos sõltub müra tekitava allika takistusest ja müra vastuvõtva koormuse impedantsist. Need väärtused on tavaliselt kompleksarvud, mille vahemik võib olla lõpmatu ja mis ei ole projekteerijale kergesti kättesaadavad.Väärtuse valimine 1 oomi koormuse ja allika impedantsi jaoks, mis võib tekkida siis, kui allikaks on lülitusrežiimi toiteallikas ja koormab palju madala takistusega ahelaid, lihtsustab võrrandeid ja võimaldab võrrelda ferriitsüdamike sumbumist.
Joonisel 12 olev graafik on kõverate kogum, mis näitab suhet varjestusriba impedantsi ja sumbumise vahel paljude tavaliste koormuse ja generaatori impedantsi väärtuste korral.
Joonisel 13 on kujutatud Zs sisetakistusega häireallika samaväärne ahel. Häiresignaali tekitavad supressori südamiku jadatakistus Zsc ja koormustakistus ZL.
Joonistel 14 ja 15 on graafikud samade kolme ferriitmaterjali impedantsi ja temperatuuri kohta. Nendest materjalidest on kõige stabiilsem materjal 61, mille impedants on 100 °C ja 100 MHz juures 8% väiksem. Seevastu 43 materjalil oli 25 Takistuse langus % sama sageduse ja temperatuuri juures. Neid kõveraid, kui need on olemas, saab kasutada kindlaksmääratud ruumitemperatuuri impedantsi reguleerimiseks, kui on vaja sumbumist kõrgematel temperatuuridel.
Nagu temperatuuri puhul, mõjutavad ka alalisvoolu ja 50 või 60 Hz toitevoolud samu omaseid ferriidi omadusi, mille tulemuseks on omakorda väiksem südamiku impedants. Joonised 16, 17 ja 18 on tüüpilised kõverad, mis illustreerivad nihke mõju ferriitmaterjali impedantsile. .See kõver kirjeldab impedantsi halvenemist konkreetse materjali väljatugevuse funktsioonina sageduse funktsioonina. Tuleb märkida, et nihke mõju sageduse kasvades väheneb.
Alates nende andmete koostamisest on Fair-Rite Products kasutusele võtnud kaks uut materjali. Meie 44 on keskmise läbilaskvusega nikkel-tsink materjal ja meie 31 on mangaani-tsingi suure läbilaskvusega materjal.
Joonisel 19 on kujutatud 31, 73, 44 ja 43 materjali sama suurusega helmeste takistuse ja sageduse graafik. 44 materjal on täiustatud 43 materjal, millel on suurem alalisvoolutakistus, 109 oomi cm, paremad termilise šoki omadused, temperatuuri stabiilsus ja kõrgem Curie temperatuur (Tc). Materjalil 44 on meie 43 materjaliga võrreldes pisut kõrgem takistus võrreldes sagedusega. Statsionaarsel materjalil 31 on kogu mõõtmissageduse vahemikus suurem takistus kui 43 või 44. 31 on loodud leevendama mõõtmete resonantsi probleem, mis mõjutab suuremate mangaan-tsink-südamike madala sagedusega summutamist ja mida on edukalt rakendatud kaabliühenduste summutussüdamike ja suurte toroidsüdamike puhul. Joonisel 20 on kujutatud 43, 31 ja 73 materjali impedantsi ja sageduse graafikut. -Rite südamikud 0,562-tollise OD, 0,250 ID ja 1,125 HT-ga. Jooniste 19 ja 20 võrdlemisel tuleb märkida, et Väiksemate tuumade jaoks on sagedustel kuni 25 MHz 73 materjal parim summutusmaterjal. Kuid südamiku ristlõike suurenedes maksimaalne sagedus väheneb. Nagu on näidatud joonisel 20 toodud andmetel, on 73 parim Kõrgeim sagedus on 8 MHz. Samuti väärib märkimist, et 31 materjal toimib hästi sagedusvahemikus 8 MHz kuni 300 MHz. Mangaantsinkferriidina on materjalil 31 aga palju väiksem mahutakistus 102 oomi -cm ja impedants muutub äärmuslike temperatuurimuutuste korral rohkem.
Sõnastik Õhusüdamiku induktiivsus – Lo (H) Induktiivsus, mida mõõdetaks, kui südamiku läbilaskvus oleks ühtlane ja voo jaotus jääks konstantseks. Üldvalem Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = 0,0461 N2 log10 (OD) /ID) Ht 10-8 (H) Mõõdud on millimeetrites
Sumbumine – A (dB) signaali amplituudi vähenemine ühest punktist teise edastamisel. See on sisendamplituudi ja väljundamplituudi skalaarsuhe detsibellides.
Südamiku konstant – C1 (cm-1) Magnetahela iga sektsiooni magnetilise teekonna pikkuste summa jagatud sama sektsiooni vastava magnetpiirkonnaga.
Südamiku konstant – C2 (cm-3) Magnetahela iga sektsiooni magnetahela pikkuste summa jagatud sama sektsiooni vastava magnetpiirkonna ruuduga.
Magnetraja pindala Ae (cm2), tee pikkuse le (cm) ja ruumala Ve (cm3) efektiivsed mõõtmed antud südamiku geomeetria korral eeldatakse, et magnetraja pikkus, ristlõikepindala ja ruumala toroidsüdamikul on samad materjaliomadused kui Materjalil peaksid olema antud südamikuga samaväärsed magnetilised omadused.
Field Strength – H (Oersted) Väljatugevuse suurust iseloomustav parameeter.H = ,4 π NI/le (Oersted)
Flux Density – B (Gaussi) Indutseeritud magnetvälja vastav parameeter voo tee suhtes normaalses piirkonnas.
Impedants – Z (ohm) Ferriidi impedantsi saab väljendada tema kompleksläbilaskvuse kaudu.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs) (ohm)
Loss Tangent – ​​tan δ Ferriidi kadude tangens on võrdne ahela Q pöördarvuga.
Loss Factor – tan δ/μi Faasi eemaldamine magnetvoo tiheduse ja väljatugevuse põhikomponentide vahel algse läbilaskvusega.
Magnetiline läbilaskvus – μ Magnetvoo tiheduse ja rakendatud vahelduva väljatugevuse suhtest tuletatud magnetiline läbilaskvus on…
Amplituudläbilaskvus, μa – kui voo tiheduse määratud väärtus on suurem kui algläbilaskvuse väärtus.
Efektiivne läbilaskvus, μe – kui magnetrada on konstrueeritud ühe või mitme õhupiluga, on läbilaskvus hüpoteetilise homogeense materjali läbilaskvus, mis tagaks sama vastumeelsuse.
In Compliance on elektri- ja elektroonikainseneride spetsialistide peamine uudiste, teabe, hariduse ja inspiratsiooni allikas.
Lennundus, autod, side, olmeelektroonika, haridus Energeetika ja elektritööstus Infotehnoloogia Meditsiin, sõjavägi ja kaitse