nijs

Yn ús ideale wrâld binne feiligens, kwaliteit en prestaasjes foarop. Yn in protte gefallen binne lykwols de kosten fan 'e lêste komponint, ynklusyf de ferrite, de bepalende faktor wurden. Dit artikel is bedoeld om ûntwerpingenieurs te helpen alternative ferritmaterialen te finen om te ferminderjen kosten.
De winske yntrinsike materiaal eigenskippen en kearn mjitkunde wurde bepaald troch elke spesifike applikaasje. Ynherinte eigenskippen dy't bestjoere prestaasjes yn lege sinjaal nivo applikaasjes binne permeability (benammen temperatuer), lege kearn ferliezen, en goede magnetyske stabiliteit oer tiid en temperatuer.Applikaasjes befetsje hege-Q inductors, mienskiplike modus inductors, breedbân, matched en puls transformatoren, radio-antenne eleminten, en aktive en passive repeaters. batterij opladen foar elektryske auto's, magnetyske fersterkers, DC-DC-konverters, krêftfilters, ûntstekkingsspoelen en transformators.
De yntrinsike eigenskip dy't de grutste ynfloed hat op sêfte ferrite-prestaasjes yn ûnderdrukkingsapplikaasjes is de komplekse permeabiliteit [1], dy't evenredich is mei de impedânsje fan 'e kearn. ).De earste, en minst gewoane, is as in praktysk skyld, wêrby't ferriten brûkt wurde om diriginten, komponinten of circuits te isolearjen fan 'e omjouwing fan' e strieljende elektromagnetyske fjildomjouwing. filter, ie induktânsje - kapasityf by lege frekwinsjes en dissipaasje by hege frekwinsjes. It tredde en meast foarkommende gebrûk is wannear't ferritkearnen allinich brûkt wurde foar komponint leads of circuit-nivo circuits. Yn dizze applikaasje foarkomt de ferritkearn alle parasitêre oscillaasjes en/ of attenuates net winske sinjaal pickup of oerdracht dy't meie fuortplantsje lâns komponint leads of interconnects, spoaren of kabels.In de twadde en tredde applikaasjes, ferrite kearnen ûnderdrukke útfierd EMI troch elimineren of sterk ferminderjen fan hege frekwinsje streamingen lutsen troch EMI boarnen. De ynfiering fan ferrite jout heech genôch frekwinsje-impedânsje om hege frekwinsje-streamen te ûnderdrukken. Yn teory soe in ideale ferriet in hege impedânsje leverje by EMI-frekwinsjes en nulimpedânsje by alle oare frekwinsjes. maksimale impedânsje kin krigen wurde tusken 10 MHz en 500 MHz ôfhinklik fan it ferritmateriaal.
Sûnt it is yn oerienstimming mei de prinsipes fan elektrotechnyk, dêr't AC spanning en stroom wurde fertsjintwurdige troch komplekse parameters, de permeabiliteit fan in materiaal kin wurde útdrukt as in komplekse parameter besteande út echte en tinkbyldige dielen. Dit wurdt oantoand op hege frekwinsjes, dêr't de permeabiliteit splitst yn twa komponinten. It echte diel (μ') stiet foar it reaktive diel, dat yn faze is mei it wikseljende magnetyske fjild [2], wylst it tinkbyldige diel (μ") de ferliezen fertsjintwurdiget, dy't út faze binne mei de wikseljend magnetysk fjild.Dizze kinne wurde útdrukt as searjekomponinten (μs'μs”) of parallele komponint (µp'µp”).De grafiken yn figueren 1, 2 en 3 litte de searje komponinten fan 'e komplekse initial permeabiliteit sjen as funksje fan frekwinsje foar trije ferritmaterialen.Materiaaltype 73 is in mangaan-sinkferriet, de begjinmagnetyske De konduktiviteit is 2500. Materiaaltype 43 is in nikkel sinkferriet mei in begjinpermeabiliteit fan 850. Materiaaltype 61 is in nikkelsinkferriet mei in begjinpermeabiliteit fan 125.
Fokus op 'e searjekomponint fan it Type 61-materiaal yn figuer 3, sjogge wy dat it echte diel fan' e permeabiliteit, μs ', konstant bliuwt mei tanimmende frekwinsje oant in krityske frekwinsje wurdt berikt, en dan rap ôfnimt. It ferlies of μs "stiigt en dan peaks as μs' falt.Dizze fermindering yn μs' komt troch it begjin fan ferrimagnetyske resonânsje.[3] Dêrby moat opmurken wurde dat it heger de permeability, hoe mear Hoe leger de frekwinsje.Dizze omkearde relaasje waard earst waarnomd troch Snoek en joech de folgjende formule:
wêr: ƒres = μs” frekwinsje op maksimum γ = gyromagnetyske ferhâlding = 0,22 x 106 A-1 m μi = initial permeabiliteit Msat = 250-350 Am-1
Sûnt ferrite kearnen brûkt yn lege sinjaal nivo en macht applikaasjes rjochtsje op magnetyske parameters ûnder dizze frekwinsje, ferrite fabrikanten komselden publisearje permeability en / of ferlies gegevens op hegere frekwinsjes. Lykwols, hegere frekwinsje gegevens is essinsjeel by it opjaan fan ferrite kearnen foar EMI ûnderdrukking.
It karakteristyk dat de measte ferrite-fabrikanten spesifisearje foar komponinten dy't brûkt wurde foar EMI-ûnderdrukking is impedance.Impedance wurdt maklik mjitten op in kommersjeel beskikbere analysator mei direkte digitale readout. impedance vector.Hoewol't dizze ynformaasje is weardefol, it is faak net genôch, benammen by it modelleren fan de circuit prestaasjes fan ferrites.Om dit te berikken, de impedânsje wearde en faze hoeke fan de komponint, of de komplekse permeability fan it spesifike materiaal, moatte beskikber wêze.
Mar sels foardat jo begjinne mei it modellearjen fan de prestaasjes fan ferritkomponinten yn in circuit, moatte ûntwerpers it folgjende witte:
wêrby μ'= reëel diel fan komplekse permeabiliteit μ”= tinkbyldich diel fan komplekse permeabiliteit j = tinkbyldige fektor fan ienheid Lo= luchtkearninduktânsje
De impedânsje fan 'e izeren kearn wurdt ek beskôge as de searjekombinaasje fan' e induktive reaktâns (XL) en de ferliesresistinsje (Rs), dy't beide frekwinsje-ôfhinklik binne.
wêrby't: Rs = totale searjeresistinsje = Rm + Re Rm = lykweardich searjeresistinsje troch magnetyske ferliezen Re = lykweardich searjeresistinsje foar koperferlies
By lege frekwinsjes is de impedânsje fan 'e komponint primêr induktyf.As de frekwinsje ferheget, nimt de induktânsje ôf, wylst de ferliezen ferheegje en de totale impedânsje ferheget.Figure 4 is in typysk plot fan XL, Rs en Z tsjin frekwinsje foar ús medium permeabiliteitsmaterialen .
Dan is de induktive reaktânsje evenredich mei it echte diel fan 'e komplekse permeabiliteit, troch Lo, de luchtkearninduktânsje:
De ferliesresistinsje is ek evenredich mei it tinkbyldige diel fan 'e komplekse permeabiliteit troch deselde konstante:
Yn fergeliking 9 wurdt it kearnmateriaal jûn troch µs' en µs”, en de kearnmjitkunde wurdt jûn troch Lo.Dêrom kin, nei it witten fan de komplekse permeabiliteit fan ferskate ferriten, in fergeliking makke wurde om it meast geskikte materiaal op de winske te krijen frekwinsje of frekwinsje berik. Nei it kiezen fan it bêste materiaal, it is tiid om te kiezen foar de bêste grutte komponinten. De vector fertsjintwurdiging fan komplekse permeabiliteit en impedânsje wurdt werjûn yn figuer 5.
Fergeliking fan kearnfoarmen en kearnmaterialen foar impedânsjeoptimalisaasje is ienfâldich as de fabrikant in grafyk leveret fan komplekse permeabiliteit tsjin frekwinsje foar ferritmaterialen oanrikkemandearre foar ûnderdrukkingapplikaasjes. Spitigernôch is dizze ynformaasje selden beskikber. De measte fabrikanten jouwe lykwols inisjele permeabiliteit en ferlies tsjin frekwinsje curves.Ut dizze gegevens kin in ferliking fan materialen brûkt wurde om de kearnimpedânsje te optimalisearjen.
Ferwizend nei figuer 6, de earste permeabiliteit en dissipaasje faktor [4] fan Fair-Rite 73 materiaal tsjin frekwinsje, oannommen dat de ûntwerper wol garandearje in maksimale impedânsje tusken 100 en 900 kHz.73 materialen waarden selektearre. Foar modellewurk doelen, de ûntwerper ek moat de reaktive en resistive dielen fan 'e impedanzvektor by 100 kHz (105 Hz) en 900 kHz begripe.
By 100kHz μs ' = μi = 2500 en (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 omdat Tan δ = μs "/ μs' dan μs" = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.8
It moat opmurken wurde dat, lykas ferwachte, de μ" heul lyts foeget oan 'e totale permeabiliteitsvektor by dizze lege frekwinsje.De impedânsje fan 'e kearn is meast ynduktyf.
Ûntwerpers witte dat de kearn moat akseptearje # 22 tried en passe yn in 10 mm x 5 mm romte. De ynderlike diameter wurdt oantsjutte as 0,8 mm. 10 mm en in hichte fan 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 by 100 kHz
Yn dit gefal, lykas yn 'e measte gefallen, wurdt maksimale impedânsje berikt troch it brûken fan in lytsere OD mei in langere lingte. As de ID grutter is, bygelyks 4mm, en oarsom.
Deselde oanpak kin brûkt wurde as plots fan impedânsje per ienheid Lo en faze hoeke fersus frekwinsje wurde foarsjoen. Figuren 9, 10 en 11 fertsjintwurdigje sokke bochten foar deselde trije materialen brûkt hjir.
Untwerpers wolle garandearje maksimale impedânsje oer de 25 MHz oant 100 MHz frekwinsje berik. De beskikbere board romte is wer 10mm x 5mm en de kearn moat akseptearje #22 awg wire. Ferwizend nei figuer 7 foar de ienheid impedânsje Lo fan de trije ferrite materialen, of figuer 8 foar de komplekse permeabiliteit fan deselde trije materialen, selektearje de 850 μi materiaal.[5]Mei help fan de grafyk yn figuer 9, de Z / Lo fan it medium permeability materiaal is 350 x 108 ohm / H by 25 MHz.
De foargeande diskusje giet derfan út dat de kearn fan kar silindrysk is. As ferrietkearnen brûkt wurde foar platte lintkabels, bondele kabels of perforearre platen, wurdt de berekkening fan Lo dreger, en moatte frij krekte kearnpaadlengte en effektive gebietssifers krigen wurde om de lucht kearn inductance te berekkenjen .Dit kin dien wurde troch wiskundich snije de kearn en it tafoegjen fan de berekkene paad lingte en magnetysk gebiet foar eltse plak. de hichte/lingte fan de ferrietkearn.[6]
Lykas neamd, spesifisearje de measte fabrikanten kearnen foar EMI-applikaasjes yn termen fan impedânsje, mar de ein brûker moat meastentiids de attenuation witte. De relaasje dy't bestiet tusken dizze twa parameters is:
Dizze relaasje hinget ôf fan 'e impedânsje fan' e boarne dy't it lûd generearret en de impedânsje fan 'e lading dy't it lûd ûntfangt. Dizze wearden binne meast komplekse getallen, wêrfan it berik ûneinich kin wêze, en binne net maklik beskikber foar de ûntwerper. 1 ohm foar de lading en boarne impedances, dat kin foarkomme as de boarne is in switch modus Netzteil en loads protte lege impedance circuits, simplifies de fergelikingen en makket it mooglik om ferliking fan de attenuation fan ferrite kearnen.
De grafyk yn figuer 12 is in set fan krommes dy't de relaasje sjen litte tusken skyldkraalimpedânsje en attenuaasje foar in protte mienskiplike wearden fan lading plus generatorimpedânsje.
figuer 13 is in lykweardich circuit fan in ynterferinsje boarne mei in ynterne wjerstân fan Zs.It ynterferinsjesinjaal wurdt generearre troch de searjeimpedânsje Zsc fan 'e suppressorkearn en de loadimpedânsje ZL.
Figuren 14 en 15 binne grafiken fan impedânsje tsjin temperatuer foar deselde trije ferritmaterialen. % drop yn impedânsje by deselde frekwinsje en temperatuer.Dizze krommes, as foarsjoen, kinne brûkt wurde om de oantsjutte keamertemperatuerimpedânsje oan te passen as attenuaasje by ferhege temperatueren nedich is.
Lykas by temperatuer, beynfloedzje DC en 50 of 60 Hz oanbod streamen ek deselde ynherinte ferrite eigenskippen, dy't op syn beurt resultearje yn legere kearn impedance.Figures 16, 17 en 18 binne typyske bochten dy't yllustrearje it effekt fan bias op de impedance fan in ferrite materiaal. .Dizze kromme beskriuwt de impedânsjedegradaasje as funksje fan fjildsterkte foar in bepaald materiaal as funksje fan frequency.It moat opmurken wurde dat it effekt fan 'e bias fermindert as de frekwinsje ferheget.
Sûnt dizze gegevens waarden gearstald, Fair-Rite Products hat yntrodusearre twa nije materials.Our 44 is in nikkel-sink medium permeability materiaal en ús 31 is in mangaan-sink hege permeability materiaal.
Figure 19 is in plot fan impedânsje tsjin frekwinsje foar kralen fan deselde grutte yn 31, 73, 44 en 43 materialen. De 44 materiaal is in ferbettere 43 materiaal mei hegere DC resistivity, 109 ohm sm, bettere termyske shock eigenskippen, temperatuer stabiliteit en hegere Curie-temperatuer (Tc). It 44-materiaal hat wat hegere impedânsje fersus frekwinsje-karakteristiken yn ferliking mei ús 43-materiaal. It stasjonêre materiaal 31 hat in hegere impedânsje dan 43 of 44 oer it hiele mjitfrekwinsjeberik. De 31 is ûntworpen om de dimensional resonânsje probleem dat beynfloedet de lege frekwinsje ûnderdrukking prestaasjes fan gruttere mangaan-sink kearnen en is mei súkses tapast oan kabel Connector ûnderdrukking kearnen en grutte toroidal kearnen.Figure 20 is in plot fan impedance fersus frekwinsje foar 43, 31, en 73 materialen foar Fair -Rite-kearnen mei 0.562 ″ OD, 0.250 ID, en 1.125 HT.By it fergelykjen fan figuer 19 en figuer 20, moat opmurken wurde dat foar Foar lytsere kearnen, foar frekwinsjes oant 25 MHz, 73 materiaal it bêste suppressormateriaal is.Lykwols, as de kearn dwerstrochsneed nimt ta, de maksimale frekwinsje nimt ôf.Lykas werjûn yn de gegevens yn figuer 20, is 73 de bêste De heechste frekwinsje is 8 MHz.It is ek de muoite wurdich op te merken dat it 31-materiaal goed presteart yn it frekwinsjeberik fan 8 MHz oant 300 MHz.As mangaan sinkferrite hat it 31-materiaal lykwols in folle legere folume-resistiviteit fan 102 ohm -cm, en mear impedânsjeferoarings mei ekstreme temperatuerferoarings.
Glossary Air Core Inductance - Lo (H) De inductance dy't metten wurde soe as de kearn unifoarme permeabiliteit hie en de fluxferdieling konstant bleau.Algemiene formule Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = .0461 N2 log10 (OD / ID) Ht 10-8 (H) Ofmjittings binne yn mm
Attenuation - A (dB) De reduksje fan sinjaalamplitude yn oerdracht fan it iene punt nei it oare. It is in skalêre ferhâlding fan ynfieramplitude oant útfieramplitude, yn desibel.
Core Constant - C1 (cm-1) De som fan 'e magnetyske paadlengten fan elke seksje fan' e magnetyske circuit dield troch de oerienkommende magnetyske regio fan deselde seksje.
Core Constant - C2 (cm-3) De som fan 'e magnetyske circuit lingten fan elke seksje fan' e magnetyske circuit dield troch it kwadraat fan it oerienkommende magnetyske domein fan deselde seksje.
De effektive ôfmjittings fan it magnetyske paadgebiet Ae (cm2), de paadlingte le (cm) en it folume Ve (cm3) Foar in opjûne kearnmjitkunde wurdt oannommen dat de magnetyske paadlingte, dwerstrochsneedgebiet en folume fan de toroidal kearn hawwe deselde materiaal eigenskippen as It materiaal moat hawwe magnetyske eigenskippen lykweardich oan de opjûne kearn.
Fjildsterkte – H (Oersted) In parameter karakterisearret de grutte fan de fjildsterkte.H = .4 π NI/le (Oersted)
Flux Density - B (Gaussian) De oerienkommende parameter fan it induced magnetysk fjild yn 'e regio normaal foar de flux paad.
Impedânsje – Z (ohm) De impedânsje fan in ferriet kin útdrukt wurde yn termen fan syn komplekse permeabiliteit. Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Loss Tangent - tan δ De ferliestangens fan in ferriet is lyk oan de wjersidige fan it circuit Q.
Loss Factor - tan δ / μi Fase ferwidering tusken fûnemintele komponinten fan magnetyske flux tichtens en fjild sterkte mei initial permeability.
Magnetyske permeabiliteit - μ De magnetyske permeabiliteit ôflaat fan 'e ferhâlding fan' e magnetyske fluxdichtheid en de tapaste wikselfjildsterkte is ...
Amplitude permeabiliteit, μa - as de oantsjutte wearde fan fluxdichtheid grutter is as de wearde brûkt foar initial permeabiliteit.
Effektive permeabiliteit, μe - Wannear't de magnetyske rûte is oanlein mei ien of mear luchtgatten, is de permeabiliteit de permeabiliteit fan in hypotetysk homogeen materiaal dat deselde tsjinsin soe leverje.
In Compliance is de haadboarne fan nijs, ynformaasje, ûnderwiis en ynspiraasje foar professionals yn elektroanika en elektroanika.
Aerospace Automotive Communications Consumer Electronics Underwiis Enerzjy en macht Yndustry Ynformaasje technology Medysk Militêr en Definsje