Aplicació de les perles magnètiques en el disseny EMC de fonts d'alimentació de commutació
Els problemes d'EMC s'han convertit en un problema candent i desafiant en el disseny i la fabricació electrònica actual. El problema de l'EMC en aplicacions pràctiques és molt complex i no es pot resoldre només amb coneixements teòrics. Es basa més en l'experiència pràctica dels enginyers electrònics. Per abordar millor el problema de l'EMC en productes electrònics, cal tenir en compte principalment la posada a terra, el disseny de la placa de circuits i circuits impresos, el disseny de cables, el disseny de blindatge i altres qüestions.
Aquest article explica la importància de les perles magnètiques en l'aspecte EMC de la commutació de fonts d'alimentació introduint els seus principis i característiques bàsiques, per tal de proporcionar més i millors opcions per als dissenyadors de productes de commutació d'alimentació quan dissenyen nous productes.
1 Element de supressió d'interferències electromagnètiques de ferrita
La ferrita és un tipus de material ferromagnètic amb una estructura de gelosia cúbica. El seu procés de fabricació i propietats mecàniques són semblants a la ceràmica, amb un color gris negre. Un tipus de nucli magnètic que s'utilitza habitualment en els filtres d'interferència electromagnètica és el material de ferrita, i molts fabricants proporcionen materials de ferrita específicament per a la supressió d'interferències electromagnètiques. La característica d'aquest material és la seva alta pèrdua de freqüència. El paràmetre de rendiment més important de la ferrita utilitzat per suprimir la interferència electromagnètica és la permeabilitat magnètica μ i la densitat de flux magnètic de saturació Bs. Permeabilitat magnètica μ Es pot expressar com un nombre complex, amb la part real formant la inductància i la part imaginària representant la pèrdua, que augmenta amb la freqüència. Per tant, el seu circuit equivalent és un circuit en sèrie compost per la inductància L i la resistència R, totes dues funcions de freqüència. Quan el cable passa per aquest nucli de ferrita, la impedància d'inductància formada augmenta formalment amb l'augment de la freqüència, però el mecanisme és completament diferent a diferents freqüències.
En el rang de baixa freqüència, la impedància es compon de la reactància inductiva de l'inductor. A freqüències baixes, R és molt petit i la permeabilitat magnètica del nucli magnètic és alta. Per tant, la inductància és gran i L juga un paper principal. La interferència electromagnètica es suprimeix per reflexió; I en aquest punt, la pèrdua del nucli magnètic és relativament petita, i tot el dispositiu és un inductor característic de Q baixes pèrdues, que és propens a la ressonància. Per tant, en el rang de baixa freqüència, de vegades pot haver-hi una millora d'interferències després d'utilitzar perles magnètiques de ferrita.
En el rang d'alta freqüència, la impedància es compon de components de resistència. A mesura que augmenta la freqüència, la permeabilitat magnètica del nucli magnètic disminueix, donant lloc a una disminució de les components d'inductància i inductància de la inductància. Tanmateix, en aquest moment, la pèrdua del nucli magnètic augmenta i el component de resistència augmenta, donant lloc a un augment de la impedància total. Quan el senyal d'alta freqüència passa a través de la ferrita, la interferència electromagnètica s'absorbeix i es converteix en energia tèrmica per a la seva dissipació.
Els components de supressió de ferrita s'utilitzen àmpliament en plaques de circuits impresos, línies elèctriques i línies de dades. Si s'afegeix un component de supressió de ferrita a l'entrada de la línia elèctrica de la placa de circuit imprès, es poden filtrar les interferències d'alta freqüència. Els anells o les perles magnètiques de ferrita estan dissenyats específicament per suprimir les interferències d'alta freqüència i pics a les línies de senyal i elèctriques, i també tenen la capacitat d'absorbir la interferència de pols de descàrrega electrostàtica.
El principi i les característiques de les perles magnètiques: quan el corrent flueix per un cable al forat del nucli, es converteix en una pista magnètica que circula per dins de la perla magnètica. Quan es prepara la ferrita per al control EMI, hauria de ser possible dissipar la major part del flux magnètic com a calor al material. Aquest fenomen es pot simular mitjançant una combinació en sèrie d'un inductor i una resistència.
L'energia del senyal s'acobla magnèticament a les perles magnètiques, de manera que la reactància i la resistència de l'inductor augmenten amb l'augment de la freqüència. L'eficiència de l'acoblament magnètic depèn de la permeabilitat del material de la perla magnètica en relació a l'aire. La pèrdua de materials de ferrita que normalment formen les perles magnètiques es pot expressar com una quantitat complexa per la seva permeabilitat relativa a l'aire.
Els materials magnètics sovint es caracteritzen per l'angle de pèrdua utilitzant aquesta relació. L'ús de components de supressió EMI requereix un gran angle de pèrdua, el que significa que la majoria de les interferències es dissiparan sense reflectir-se. Els diferents materials de ferrita disponibles actualment ofereixen als dissenyadors una àmplia gamma d'opcions per utilitzar perles magnètiques en diferents situacions.
