nuus

In ons ideale wêreld is veiligheid, kwaliteit en werkverrigting uiters belangrik. In baie gevalle het die koste van die finale komponent, insluitend die ferriet, egter die bepalende faktor geword. Hierdie artikel is bedoel om ontwerpingenieurs te help om alternatiewe ferrietmateriale te vind om te verminder koste.
Die verlangde intrinsieke materiaal-eienskappe en kerngeometrie word deur elke spesifieke toepassing bepaal. Inherente eienskappe wat werkverrigting in lae seinvlaktoepassings beheer, is deurlaatbaarheid (veral temperatuur), lae kernverliese en goeie magnetiese stabiliteit oor tyd en temperatuur. Toepassings sluit in hoë-Q induktore, gewone modus-induktore, breëband-, gepaste en pulstransformators, radio-antenna-elemente en aktiewe en passiewe herhalers. Vir kragtoepassings is hoë vloeddigtheid en lae verliese by bedryfsfrekwensie en temperatuur wenslike eienskappe. Toepassings sluit in skakelmodus-kragbronne vir batterylaai van elektriese voertuie, magnetiese versterkers, DC-DC-omsetters, kragfilters, ontstekingspoele en transformators.
Die intrinsieke eienskap wat die grootste impak op sagte ferrietprestasie in onderdrukkingstoepassings het, is die komplekse deurlaatbaarheid [1], wat eweredig is aan die impedansie van die kern. Daar is drie maniere om ferriet te gebruik as 'n onderdrukker van ongewenste seine (gelei of uitgestraal) ).Die eerste, en die minste algemeen, is as 'n praktiese skild, waar ferriete gebruik word om geleiers, komponente of stroombane van die uitstralende verdwaalde elektromagnetiese veldomgewing te isoleer.In die tweede toepassing word ferriete met kapasitiewe elemente gebruik om 'n laagdeurlaat te skep filter, dws induktansie – kapasitief by lae frekwensies en dissipasie by hoë frekwensies. Die derde en mees algemene gebruik is wanneer ferrietkerne alleen vir komponentleidings of bordvlakstroombane gebruik word. In hierdie toepassing voorkom die ferrietkern enige parasitiese ossillasies en/ of verswak ongewenste seinopname of transmissie wat langs komponentleidings of verbindings, spore of kabels kan voortplant. In die tweede en derde toepassings onderdruk ferrietkerne gelei EMI deur hoëfrekwensiestrome wat deur EMI-bronne getrek word, uit te skakel of grootliks te verminder. Die bekendstelling van ferriet bied hoog genoeg frekwensie impedansie om hoë frekwensie strome te onderdruk. In teorie sou 'n ideale ferriet hoë impedansie by EMI frekwensies en nul impedansie by alle ander frekwensies verskaf. In effek verskaf ferriet onderdrukker kerne frekwensie-afhanklike impedansie. By frekwensies onder 1 MHz, die maksimum impedansie kan tussen 10 MHz en 500 MHz verkry word, afhangende van die ferrietmateriaal.
Aangesien dit ooreenstem met die beginsels van elektriese ingenieurswese, waar WS-spanning en stroom deur komplekse parameters voorgestel word, kan die deurlaatbaarheid van 'n materiaal uitgedruk word as 'n komplekse parameter wat uit werklike en denkbeeldige dele bestaan. Dit word by hoë frekwensies gedemonstreer, waar die deurlaatbaarheid verdeel in twee komponente. Die werklike deel (μ') verteenwoordig die reaktiewe deel, wat in fase is met die afwisselende magneetveld [2], terwyl die denkbeeldige deel (μ”) die verliese verteenwoordig, wat uit fase is met die afwisselende magnetiese veld.Dit kan uitgedruk word as seriekomponente (μs'μs”) of in parallelle komponent (µp'µp”).Die grafieke in Figure 1, 2 en 3 toon die reekskomponente van die komplekse aanvanklike deurlaatbaarheid as 'n funksie van frekwensie vir drie ferrietmateriale.Materiaaltipe 73 is 'n mangaan-sinkferriet, die aanvanklike magnetiese Die geleidingsvermoë is 2500. Materiaaltipe 43 is 'n nikkelsinkferriet met 'n aanvanklike deurlaatbaarheid van 850. Materiaaltipe 61 is 'n nikkelsinkferriet met 'n aanvanklike deurlaatbaarheid van 125.
Deur te fokus op die serie-komponent van die Tipe 61-materiaal in Figuur 3, sien ons dat die werklike deel van die deurlaatbaarheid, μs', konstant bly met toenemende frekwensie totdat 'n kritieke frekwensie bereik word, en dan vinnig afneem. Die verlies of μs" styg en dan piek as μs se daal.Hierdie afname in μs' is as gevolg van die aanvang van ferrimagnetiese resonansie.[3] Daar moet kennis geneem word dat hoe hoër die deurlaatbaarheid, hoe meer Hoe laer die frekwensie.Hierdie omgekeerde verwantskap is die eerste keer deur Snoek waargeneem en het die volgende formule gegee:
waar: ƒres = μs” frekwensie by maksimum γ = gyromagnetiese verhouding = 0.22 x 106 A-1 m μi = aanvanklike deurlaatbaarheid Msat = 250-350 Am-1
Aangesien ferrietkerne wat in lae seinvlak- en kragtoepassings gebruik word op magnetiese parameters onder hierdie frekwensie fokus, publiseer ferrietvervaardigers selde deurlaatbaarheid en/of verliesdata by hoër frekwensies. Hoër frekwensiedata is egter noodsaaklik wanneer ferrietkerne vir EMI-onderdrukking gespesifiseer word.
Die kenmerk wat die meeste ferrietvervaardigers spesifiseer vir komponente wat vir EMI-onderdrukking gebruik word, is impedansie. Impedansie word maklik gemeet op 'n kommersieel beskikbare ontleder met direkte digitale uitlees. Ongelukkig word impedansie gewoonlik op 'n spesifieke frekwensie gespesifiseer en is dit 'n skalaar wat die grootte van die kompleks verteenwoordig impedansievektor.Terwyl hierdie inligting waardevol is, is dit dikwels onvoldoende, veral wanneer die stroombaanprestasie van ferriete gemodelleer word.Om dit te bereik, moet die impedansiewaarde en fasehoek van die komponent, of die komplekse deurlaatbaarheid van die spesifieke materiaal, beskikbaar wees.
Maar selfs voordat ontwerpers begin om die werkverrigting van ferrietkomponente in 'n stroombaan te modelleer, behoort ontwerpers die volgende te weet:
waar μ'= reële deel van komplekse deurlaatbaarheid μ”= denkbeeldige deel van komplekse deurlaatbaarheid j = denkbeeldige vektor van eenheid Lo= lugkern induktansie
Die impedansie van die ysterkern word ook beskou as die reekskombinasie van die induktiewe reaktansie (XL) en die verliesweerstand (Rs), wat albei frekwensieafhanklik is. 'n Verlieslose kern sal 'n impedansie hê wat deur die reaktansie gegee word:
waar: Rs = totale reeksweerstand = Rm + Re Rm = ekwivalente reeksweerstand as gevolg van magnetiese verliese Re = ekwivalente reeksweerstand vir koperverliese
By lae frekwensies is die impedansie van die komponent hoofsaaklik induktief. Soos die frekwensie toeneem, neem die induktansie af terwyl die verliese toeneem en die totale impedansie toeneem.Figuur 4 is 'n tipiese plot van XL, Rs en Z teenoor frekwensie vir ons medium deurlaatbaarheid materiale .
Dan is die induktiewe reaktansie eweredig aan die werklike deel van die komplekse deurlaatbaarheid, deur Lo, die lugkern-induktansie:
Die verliesweerstand is ook eweredig aan die denkbeeldige deel van die komplekse deurlaatbaarheid deur dieselfde konstante:
In Vergelyking 9 word die kernmateriaal gegee deur µs' en µs”, en die kerngeometrie word deur Lo gegee. Daarom, na kennis van die komplekse deurlaatbaarheid van verskillende ferriete, kan 'n vergelyking gemaak word om die mees geskikte materiaal by die verlangde te verkry frekwensie of frekwensiereeks. Nadat die beste materiaal gekies is, is dit tyd om die beste grootte komponente te kies. Die vektorvoorstelling van komplekse deurlaatbaarheid en impedansie word in Figuur 5 getoon.
Vergelyking van kernvorms en kernmateriale vir impedansie-optimalisering is eenvoudig as die vervaardiger 'n grafiek verskaf van komplekse deurlaatbaarheid teenoor frekwensie vir ferrietmateriale wat aanbeveel word vir onderdrukkingstoepassings. Ongelukkig is hierdie inligting selde beskikbaar. Die meeste vervaardigers verskaf egter aanvanklike deurlaatbaarheid en verlies teenoor frekwensie kurwes.Uit hierdie data kan 'n vergelyking van materiale wat gebruik word om kernimpedansie te optimaliseer, afgelei word.
Met verwysing na Figuur 6, die aanvanklike deurlaatbaarheid en dissipasie faktor [4] van Fair-Rite 73 materiaal teenoor frekwensie, in die veronderstelling dat die ontwerper 'n maksimum impedansie tussen 100 en 900 kHz wil waarborg.73 materiaal is gekies. Vir modelleringsdoeleindes het die ontwerper ook moet die reaktiewe en resistiewe dele van die impedansievektor by 100 kHz (105 Hz) en 900 kHz verstaan. Hierdie inligting kan van die volgende grafiek afgelei word:
By 100kHz μs ' = μi = 2500 en (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 want Tan δ = μs ”/ μs' dan μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.8
Daar moet kennis geneem word dat, soos verwag, die μ” baie min byvoeg tot die totale deurlaatbaarheidsvektor by hierdie lae frekwensie.Die impedansie van die kern is meestal induktief.
Ontwerpers weet dat die kern #22-draad moet aanvaar en in 'n spasie van 10 mm x 5 mm moet pas. Die binnedeursnee sal as 0,8 mm gespesifiseer word. Om die geskatte impedansie en sy komponente op te los, kies eers 'n kraal met 'n buitenste deursnee van 10 mm en 'n hoogte van 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
In hierdie geval, soos in die meeste gevalle, word maksimum impedansie bereik deur 'n kleiner OD met 'n langer lengte te gebruik. As die ID groter is, bv. 4 mm, en omgekeerd.
Dieselfde benadering kan gebruik word as plotte van impedansie per eenheid Lo en fasehoek teenoor frekwensie verskaf word. Figure 9, 10 en 11 verteenwoordig sulke krommes vir dieselfde drie materiale wat hierin gebruik word.
Ontwerpers wil maksimum impedansie oor die 25 MHz tot 100 MHz frekwensiereeks waarborg. Die beskikbare bordspasie is weer 10 mm x 5 mm en die kern moet #22 awg draad aanvaar. Verwysend na Figuur 7 vir die eenheidsimpedansie Lo van die drie ferrietmateriale, of Figuur 8 vir die komplekse deurlaatbaarheid van dieselfde drie materiale, kies die 850 μi materiaal.[5]Deur die grafiek in Figuur 9 te gebruik, is die Z/Lo van die medium deurlaatbaarheidsmateriaal 350 x 108 ohm/H by 25 MHz. Los op vir die geskatte impedansie:
Die voorafgaande bespreking veronderstel dat die kern van keuse silindries is. As ferrietkerne vir plat lintkabels, gebundelde kabels of geperforeerde plate gebruik word, word die berekening van Lo moeiliker, en moet redelik akkurate kernpadlengte en effektiewe oppervlaktesyfers verkry word om die lugkern-induktansie te bereken .Dit kan gedoen word deur die kern wiskundig te sny en die berekende padlengte en magnetiese area vir elke sny by te voeg.In alle gevalle sal die toename of afname in impedansie egter eweredig wees aan die toename of afname in die hoogte/lengte van die ferrietkern.[6]
Soos genoem, spesifiseer die meeste vervaardigers kerns vir EMI-toepassings in terme van impedansie, maar die eindgebruiker moet gewoonlik die verswakking ken. Die verhouding wat tussen hierdie twee parameters bestaan, is:
Hierdie verhouding hang af van die impedansie van die bron wat die geraas genereer en die impedansie van die las wat die geraas ontvang. Hierdie waardes is gewoonlik komplekse getalle, waarvan die omvang oneindig kan wees, en is nie geredelik beskikbaar vir die ontwerper nie. Kies 'n waarde van 1 ohm vir die las- en bronimpedansies, wat kan voorkom wanneer die bron 'n skakelmoduskragbron is en baie lae-impedansiekringe laai, vereenvoudig die vergelykings en laat vergelyking van die verswakking van ferrietkerne toe.
Die grafiek in Figuur 12 is 'n stel krommes wat die verband tussen skildkraalimpedansie en verswakking vir baie algemene waardes van las plus generatorimpedansie toon.
Figuur 13 is 'n ekwivalente stroombaan van 'n steuringsbron met 'n interne weerstand van Zs.Die interferensiesein word gegenereer deur die reeksimpedansie Zsc van die onderdrukkerkern en die lasimpedansie ZL.
Figure 14 en 15 is grafieke van impedansie teenoor temperatuur vir dieselfde drie ferrietmateriale. Die mees stabiele van hierdie materiale is die 61-materiaal met 'n 8%-vermindering in impedansie by 100º C en 100 MHz. Daarteenoor het die 43-materiaal 'n 25 getoon. % daling in impedansie teen dieselfde frekwensie en temperatuur. Hierdie kurwes, wanneer voorsien, kan gebruik word om die gespesifiseerde kamertemperatuur impedansie aan te pas indien verswakking by verhoogde temperature vereis word.
Soos met temperatuur, beïnvloed GS- en 50 of 60 Hz-toevoerstrome ook dieselfde inherente ferriet-eienskappe, wat weer tot laer kernimpedansie lei. Figure 16, 17 en 18 is tipiese krommes wat die effek van voorspanning op die impedansie van 'n ferrietmateriaal illustreer. .Hierdie kromme beskryf die impedansie-agteruitgang as 'n funksie van veldsterkte vir 'n spesifieke materiaal as 'n funksie van frekwensie. Daar moet kennis geneem word dat die effek van die voorspanning afneem soos die frekwensie toeneem.
Sedert hierdie data saamgestel is, het Fair-Rite Products twee nuwe materiale bekendgestel. Ons 44 is 'n nikkel-sink medium deurlaatbaarheid materiaal en ons 31 is 'n mangaan-sink hoë deurlaatbaarheid materiaal.
Figuur 19 is 'n plot van impedansie teenoor frekwensie vir krale van dieselfde grootte in 31, 73, 44 en 43 materiale. Die 44 materiaal is 'n verbeterde 43 materiaal met hoër GS weerstand, 109 ohm cm, beter termiese skok eienskappe, temperatuur stabiliteit en hoër Curie-temperatuur (Tc). Die 44-materiaal het effens hoër impedansie teenoor frekwensie-eienskappe in vergelyking met ons 43-materiaal. Die stilstaande materiaal 31 vertoon 'n hoër impedansie as óf 43 óf 44 oor die hele meetfrekwensiereeks. Die 31 is ontwerp om die dimensionele resonansie probleem wat die lae frekwensie onderdrukking werkverrigting van groter mangaan-sink kerne beïnvloed en is suksesvol toegepas op kabel connector onderdrukking kerne en groot toroïdale kerne. Figuur 20 is 'n plot van impedansie teenoor frekwensie vir 43, 31, en 73 materiaal vir Fair - Rite-kerne met 0.562″ OD, 0.250 ID en 1.125 HT.Wanneer Figuur 19 en Figuur 20 vergelyk word, moet daarop gelet word dat vir kleiner kerns, vir frekwensies tot 25 MHz, 73 materiaal die beste onderdrukker materiaal is.Soos die kerndwarssnit egter toeneem, neem die maksimum frekwensie af.Soos getoon in die data in Figuur 20, is 73 die beste Die hoogste frekwensie is 8 MHz.Dit is ook opmerklik dat die 31-materiaal goed presteer in die frekwensiereeks van 8 MHz tot 300 MHz.As 'n mangaan-sinkferriet het die 31-materiaal egter 'n baie laer volumeweerstand van 102 ohm -cm, en meer impedansieveranderinge met uiterste temperatuurveranderinge.
Woordelys Lugkerninduktansie – Lo (H) Die induktansie wat gemeet sal word as die kern eenvormige deurlaatbaarheid en die vloedverspreiding konstant gebly het.Algemene formule Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = .0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) Afmetings is in mm
Verswakking – A (dB) Die vermindering in seinamplitude in transmissie van een punt na 'n ander. Dit is 'n skalêre verhouding van insetamplitude tot uitsetamplitude, in desibel.
Kernkonstante – C1 (cm-1) Die som van die magnetiese padlengtes van elke seksie van die magnetiese stroombaan gedeel deur die ooreenstemmende magnetiese gebied van dieselfde seksie.
Kernkonstante – C2 (cm-3) Die som van die magnetiese stroombaanlengtes van elke seksie van die magnetiese stroombaan gedeel deur die kwadraat van die ooreenstemmende magnetiese domein van dieselfde seksie.
Die effektiewe afmetings van die magnetiese pad area Ae (cm2), die pad lengte le (cm) en die volume Ve (cm3) Vir 'n gegewe kern meetkunde, word aanvaar dat die magnetiese pad lengte, deursnee area en volume van die toroïdale kern het dieselfde materiaal eienskappe as Die materiaal moet magnetiese eienskappe gelykstaande aan die gegewe kern hê.
Veldsterkte – H (Oersted) 'n Parameter wat die grootte van die veldsterkte kenmerk. H = .4 π NI/le (Oersted)
Fluksdigtheid – B (Gaussiaans) Die ooreenstemmende parameter van die geïnduseerde magnetiese veld in die streek normaal tot die vloedpad.
Impedansie – Z (ohm) Die impedansie van 'n ferriet kan uitgedruk word in terme van sy komplekse deurlaatbaarheid.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Verliestangens – ​​tan δ Die verliestangens van 'n ferriet is gelyk aan die resiproke van die stroombaan Q.
Verliesfaktor – bruin δ/μi Fase-verwydering tussen fundamentele komponente van magnetiese vloeddigtheid en veldsterkte met aanvanklike deurlaatbaarheid.
Magnetiese deurlaatbaarheid – μ Die magnetiese deurlaatbaarheid afgelei van die verhouding van die magnetiese vloeddigtheid en die toegepaste wisselveldsterkte is ...
Amplitudepermeabiliteit, μa – wanneer die gespesifiseerde waarde van vloeddigtheid groter is as die waarde wat vir aanvanklike deurlaatbaarheid gebruik word.
Effektiewe deurlaatbaarheid, μe – Wanneer die magnetiese roete met een of meer luggapings gekonstrueer word, is die deurlaatbaarheid die deurlaatbaarheid van 'n hipotetiese homogene materiaal wat dieselfde teësinnigheid sal verskaf.
In Compliance is die voorste bron van nuus, inligting, opvoeding en inspirasie vir professionele persone in elektriese en elektroniese ingenieurswese.
Lugvaart Motorkommunikasie Verbruikerselektronika Onderwys Energie en Kragbedryf Inligtingstegnologie Medies Militêr en Verdediging