Applicazione di sfere magnetiche nella progettazione EMC di alimentatori switching
1 Componente di soppressione delle interferenze elettromagnetiche in ferrite
La ferrite è un materiale ferrimagnetico con una struttura reticolare cubica. Il suo processo di fabbricazione e le proprietà meccaniche sono simili alla ceramica e il suo colore è grigio-nero. Un tipo di nucleo magnetico spesso utilizzato nei filtri per interferenze elettromagnetiche è il materiale di ferrite. Molti produttori forniscono materiali in ferrite utilizzati specificatamente per la soppressione delle interferenze elettromagnetiche. Questo materiale è caratterizzato da perdite molto elevate alle alte frequenze. Per le ferriti utilizzate per sopprimere le interferenze elettromagnetiche, i parametri prestazionali più importanti sono la permeabilità magnetica μ e la densità del flusso magnetico di saturazione Bs. La permeabilità magnetica μ può essere espressa come un numero complesso, la parte reale costituisce l'induttanza e la parte immaginaria rappresenta la perdita, che aumenta con l'aumentare della frequenza. Pertanto, il suo circuito equivalente è un circuito in serie costituito da un induttore L e un resistore R. Sia L che R sono funzioni della frequenza. Quando un filo passa attraverso questo nucleo di ferrite, l'impedenza induttiva formata aumenta di forma all'aumentare della frequenza, ma il suo meccanismo è completamente diverso a frequenze diverse.
Nella banda a bassa frequenza, l'impedenza è composta dalla reattanza induttiva dell'induttore. A bassa frequenza, R è molto piccolo e la permeabilità magnetica del nucleo magnetico è elevata, quindi l'induttanza è elevata. L gioca un ruolo importante. L'interferenza elettromagnetica viene riflessa e soppressa; e in questo momento, la perdita magnetica del nucleo è piccola e l'intero dispositivo è un induttore con caratteristiche di bassa perdita e Q elevato. Questo induttore è facile da causare risonanza. Pertanto, nella banda a bassa frequenza, l'interferenza può talvolta aumentare dopo l'utilizzo di sfere di ferrite.
Nella banda ad alta frequenza, l'impedenza è composta da componenti di resistenza. All'aumentare della frequenza, la permeabilità magnetica del nucleo magnetico diminuisce, provocando una diminuzione dell'induttanza dell'induttore e una diminuzione della componente di reattanza induttiva. Tuttavia, in questo momento, la perdita del nucleo magnetico aumenta e la componente di resistenza aumenta. , provocando un aumento dell'impedenza totale. Quando i segnali ad alta frequenza passano attraverso la ferrite, l'interferenza elettromagnetica viene assorbita, convertita in energia termica e dissipata.
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'estremità di ingresso della linea di alimentazione del circuito stampato, è possibile filtrare le interferenze ad alta frequenza. Gli anelli magnetici in ferrite o le sfere magnetiche vengono utilizzati appositamente per sopprimere le interferenze ad alta frequenza e le interferenze dei picchi sulle linee di segnale e sulle linee elettriche. Ha anche la capacità di assorbire le interferenze dovute agli impulsi di scarica elettrostatica.
2 Principi e caratteristiche delle perle magnetiche Quando la corrente scorre attraverso il filo nel foro centrale, all'interno della perla magnetica verrà generata una traccia magnetica circolante. Le ferriti utilizzate per il controllo EMI devono essere formulate per 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. come mostrato nella figura 2
I valori numerici dei due componenti sono proporzionali alla lunghezza delle sfere magnetiche e la lunghezza delle sfere magnetiche ha un impatto significativo sull'effetto di soppressione. Maggiore è la lunghezza delle sfere magnetiche, migliore sarà l'effetto di soppressione. Poiché l'energia del segnale è accoppiata magneticamente alle sfere magnetiche, la reattanza e la resistenza dell'induttore aumentano all'aumentare della frequenza. L'efficienza dell'accoppiamento magnetico dipende dalla permeabilità magnetica del materiale della perla rispetto all'aria. Di solito la perdita del materiale di ferrite che costituisce le sfere magnetiche può essere espressa come quantità complessa dalla sua permeabilità magnetica rispetto all'aria.
I materiali magnetici utilizzano spesso questo rapporto per caratterizzare l'angolo di perdita. I componenti utilizzati per la soppressione delle EMI richiedono un ampio angolo di perdita, il che significa che la maggior parte delle interferenze verranno dissipate senza essere riflesse. La varietà di materiali di ferrite attualmente disponibili offre ai progettisti un'ampia gamma di scelte per l'utilizzo di sfere magnetiche in diverse situazioni.
