Applicazione delle perle magnetiche nella progettazione EMC di alimentatori a commutazione
Le problematiche EMC sono diventate oggi una questione scottante e impegnativa nella progettazione e produzione elettronica. Il problema della compatibilità elettromagnetica nelle applicazioni pratiche è molto complesso e non può essere risolto esclusivamente con la conoscenza teorica. Si basa maggiormente sull'esperienza pratica degli ingegneri elettronici. Per affrontare al meglio il problema della compatibilità elettromagnetica nei prodotti elettronici, è necessario considerare principalmente la messa a terra, la progettazione di circuiti e schede PCB, la progettazione dei cavi, la progettazione della schermatura e altre questioni.
Questo articolo spiega l'importanza delle sfere magnetiche nell'aspetto EMC degli alimentatori a commutazione introducendone i principi e le caratteristiche di base, al fine di fornire scelte migliori e più numerose ai progettisti di alimentatori a commutazione durante la progettazione di nuovi prodotti.
1 Elemento di soppressione dei disturbi elettromagnetici in ferrite
La ferrite è un tipo di materiale ferromagnetico con una struttura reticolare cubica. Il suo processo di fabbricazione e le proprietà meccaniche sono simili alla ceramica, con un colore grigio nero. Un tipo di nucleo magnetico comunemente utilizzato nei filtri per interferenze elettromagnetiche è il materiale di ferrite e molti produttori forniscono materiali di ferrite specifici per la soppressione delle interferenze elettromagnetiche. La caratteristica di questo materiale è la perdita delle alte frequenze. Il parametro prestazionale più importante per la ferrite utilizzata per sopprimere le interferenze elettromagnetiche è la permeabilità magnetica μ e la densità del flusso magnetico di saturazione Bs. Permeabilità magnetica μ Può essere espressa come un numero complesso, dove la parte reale costituisce l'induttanza e la parte immaginaria rappresenta la perdita, che aumenta con la frequenza. Pertanto, il suo circuito equivalente è un circuito in serie composto da induttanza L e resistenza R, entrambe funzioni della frequenza. Quando il filo passa attraverso questo nucleo di ferrite, l'impedenza di induttanza formata aumenta formalmente con l'aumentare della frequenza, ma il meccanismo è completamente diverso a frequenze diverse.
Nella gamma delle basse frequenze, l'impedenza è composta dalla reattanza induttiva dell'induttore. Alle basse frequenze, R è molto piccolo e la permeabilità magnetica del nucleo magnetico è elevata. Pertanto, l'induttanza è grande e L gioca un ruolo principale. L'interferenza elettromagnetica viene soppressa dalla riflessione; E a questo punto, la perdita del nucleo magnetico è relativamente piccola e l'intero dispositivo è un induttore con bassa perdita e caratteristica Q elevata, incline alla risonanza. Pertanto, nella gamma delle basse frequenze, a volte potrebbe verificarsi un aumento delle interferenze dopo l'utilizzo delle sfere magnetiche in ferrite.
Nella gamma delle alte frequenze, l'impedenza è composta da componenti di resistenza. All'aumentare della frequenza, la permeabilità magnetica del nucleo magnetico diminuisce, con conseguente diminuzione dell'induttanza e dei componenti di induttanza dell'induttanza. Tuttavia, in questo momento, la perdita del nucleo magnetico aumenta e la componente di resistenza aumenta, con conseguente aumento dell'impedenza totale. Quando il segnale ad alta frequenza passa attraverso la ferrite, l'interferenza elettromagnetica viene assorbita e convertita in energia termica per la dissipazione.
I componenti di soppressione della ferrite sono ampiamente utilizzati nei circuiti stampati, nelle linee elettriche e nelle linee dati. Se si aggiunge un componente di soppressione della ferrite all'ingresso della linea di alimentazione del circuito stampato, è possibile filtrare le interferenze ad alta frequenza. Gli anelli o le sfere magnetiche in ferrite sono progettati specificamente per sopprimere le interferenze ad alta frequenza e di picco sulle linee di segnale e di alimentazione e hanno anche la capacità di assorbire le interferenze degli impulsi di scarica elettrostatica.
Il principio e le caratteristiche delle perle magnetiche: Quando la corrente scorre attraverso un filo nel foro centrale, diventa una traccia magnetica che circola all'interno della perla magnetica. Quando si prepara la ferrite per il controllo EMI, dovrebbe essere possibile dissipare la maggior parte del flusso magnetico sotto forma di calore nel materiale. Questo fenomeno può essere simulato mediante una combinazione in serie di un induttore e un resistore.
L'energia del segnale è accoppiata magneticamente alle sfere magnetiche, quindi la reattanza e la resistenza dell'induttore aumentano con l'aumentare della frequenza. L'efficienza dell'accoppiamento magnetico dipende dalla permeabilità del materiale della perla magnetica rispetto all'aria. La perdita di materiali di ferrite che tipicamente costituiscono le sfere magnetiche può essere espressa come quantità complessa dalla loro permeabilità relativa all'aria.
I materiali magnetici sono spesso caratterizzati dall'angolo di perdita utilizzando questo rapporto. L'uso di componenti di soppressione EMI richiede un ampio angolo di perdita, il che significa che la maggior parte delle interferenze verrà dissipata senza essere riflessa. I vari materiali di ferrite attualmente disponibili forniscono ai progettisti un'ampia gamma di opzioni per l'utilizzo delle sfere magnetiche in diverse situazioni.
