İdeal dünyamızda təhlükəsizlik, keyfiyyət və performans hər şeydən üstündür. Bununla belə, bir çox hallarda ferrit də daxil olmaqla son komponentin qiyməti müəyyənedici amil olmuşdur. Bu məqalə dizayn mühəndislərinə alternativ ferrit materiallarını azaltmaq üçün kömək etmək məqsədi daşıyır. dəyəri.
İstədiyiniz daxili material xassələri və nüvənin həndəsəsi hər bir xüsusi tətbiq tərəfindən müəyyən edilir. Aşağı siqnal səviyyəli tətbiqlərdə performansı idarə edən xassələr keçiricilik (xüsusilə temperatur), aşağı nüvə itkiləri və zaman və temperaturda yaxşı maqnit sabitliyidir. Tətbiqlərə yüksək Q daxildir. induktorlar, ümumi rejim induktorları, genişzolaqlı, uyğunlaşdırılmış və impuls transformatorları, radio antenna elementləri və aktiv və passiv təkrarlayıcılar. Güc tətbiqləri üçün yüksək axın sıxlığı və işləmə tezliyi və temperaturunda aşağı itkilər arzuolunan xüsusiyyətlərdir. Tətbiqlərə keçid rejimli enerji təchizatı daxildir. elektrik avtomobil akkumulyatorlarının doldurulması, maqnit gücləndiriciləri, DC-DC çeviriciləri, güc filtrləri, alovlanma rulonları və transformatorlar.
Supressiya tətbiqlərində yumşaq ferritin performansına ən böyük təsir göstərən daxili xüsusiyyət nüvənin empedansına mütənasib olan kompleks keçiricilikdir [1]. Ferritdən arzuolunmaz siqnalların (keçirici və ya radiasiya) boğucusu kimi istifadə etməyin üç yolu var. ).Birinci və ən az ümumi olan praktiki qalxan kimidir, burada ferritlər keçiriciləri, komponentləri və ya dövrələri radiasiya edən başıboş elektromaqnit sahəsi mühitindən təcrid etmək üçün istifadə olunur. İkinci tətbiqdə ferritlər aşağı keçid yaratmaq üçün kapasitiv elementlərlə istifadə olunur. filtr, yəni endüktans – aşağı tezliklərdə tutumlu və yüksək tezliklərdə dağıdıcıdır. Üçüncü və ən çox yayılmış istifadə ferrit nüvələrinin komponent başlıqları və ya lövhə səviyyəli sxemlər üçün tək istifadə edildiyi zamandır. və ya komponent başlıqları və ya interconnects, izlər və ya kabellər boyunca yayıla bilən arzuolunmaz siqnal qəbulunu və ya ötürülməsini zəiflədir. İkinci və üçüncü tətbiqlərdə ferrit nüvələri EMI mənbələri tərəfindən çəkilən yüksək tezlikli cərəyanları aradan qaldırmaq və ya əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaqla aparılan EMI-ni sıxışdırır. Ferritin tətbiqi təmin edir. yüksək tezlikli cərəyanları boğmaq üçün kifayət qədər yüksək tezlik empedansı. Nəzəriyyə olaraq, ideal ferrit EMI tezliklərində yüksək empedans və bütün digər tezliklərdə sıfır empedans təmin edər. maksimum empedans ferrit materialından asılı olaraq 10 MHz ilə 500 MHz arasında əldə edilə bilər.
AC gərginliyi və cərəyanın mürəkkəb parametrlərlə təmsil olunduğu elektrotexnika prinsiplərinə uyğun olduğundan, materialın keçiriciliyi real və xəyali hissələrdən ibarət mürəkkəb parametr kimi ifadə edilə bilər. Bu, yüksək tezliklərdə nümayiş etdirilir. keçiricilik iki komponentə bölünür. Həqiqi hissə (μ') dəyişən maqnit sahəsi ilə fazada olan reaktiv hissəni [2], xəyali hissə (μ") isə fazadan kənar olan itkiləri təmsil edir. dəyişən maqnit sahəsi. Bunlar sıra komponentləri (μs'μs") və ya paralel komponent (µp'µp") kimi ifadə edilə bilər. Şəkil 1, 2 və 3-dəki qrafiklər üç ferrit materialı üçün tezlik funksiyası kimi kompleks ilkin keçiriciliyin seriya komponentlərini göstərir. Material növü 73 manqan-sink ferritdir, ilkin maqnit keçiriciliyi 2500-dir. Material növü 850 ilkin keçiriciliyə malik nikel sink ferritdir. Material növü 61 ilkin keçiriciliyi 125 olan nikel sink ferritidir.
Şəkil 3-də Tip 61 materialının seriya komponentinə diqqət yetirdikdə, keçiriciliyin real hissəsinin, μs'nin kritik tezlik əldə olunana qədər artan tezliklə sabit qaldığını, sonra isə sürətlə azaldığını görürük. İtki və ya μs” yüksəlir. və sonra μs' düşdüyü kimi zirvələrə çatır. μs-də bu azalma ferrimaqnit rezonansının başlaması ilə əlaqədardır. [3] Qeyd etmək lazımdır ki, keçiricilik nə qədər yüksəkdirsə, bir o qədər çox olur. Bu tərs əlaqə ilk dəfə Snoek tərəfindən müşahidə edilmiş və aşağıdakı düstur verilmişdir:
burada: ƒres = μs” tezliyi maksimum γ = giromaqnit nisbəti = 0,22 x 106 A-1 m μi = ilkin keçiricilik Msat = 250-350 Am-1
Aşağı siqnal səviyyəsində və güc tətbiqlərində istifadə olunan ferrit nüvələri bu tezlikdən aşağı olan maqnit parametrlərinə fokuslandığından, ferrit istehsalçıları daha yüksək tezliklərdə keçiricilik və/yaxud itki məlumatlarını nadir hallarda dərc edirlər. Bununla belə, EMI bastırılması üçün ferrit nüvələri təyin edərkən yüksək tezlikli məlumatlar vacibdir.
Əksər ferrit istehsalçılarının EMI-nin basdırılması üçün istifadə olunan komponentlər üçün təyin etdiyi xüsusiyyət empedansdır. İmpedans birbaşa rəqəmsal oxunuşu olan kommersiyada mövcud olan analizatorda asanlıqla ölçülür. Təəssüf ki, empedans adətən müəyyən bir tezlikdə müəyyən edilir və kompleksin böyüklüyünü təmsil edən skalyardır. empedans vektoru.Bu məlumat dəyərli olsa da, xüsusilə ferritlərin dövrə performansını modelləşdirərkən çox vaxt qeyri-kafi olur. Buna nail olmaq üçün komponentin empedans dəyəri və faza bucağı və ya xüsusi materialın kompleks keçiriciliyi mövcud olmalıdır.
Ancaq bir dövrədə ferrit komponentlərinin performansını modelləşdirməyə başlamazdan əvvəl, dizaynerlər aşağıdakıları bilməlidirlər:
burada μ'= kompleks keçiriciliyin həqiqi hissəsi μ”= kompleks keçiriciliyin xəyali hissəsi j = vahidin xəyali vektoru Lo= hava nüvəsinin induktivliyi
Dəmir nüvənin empedansı həm də induktiv reaksiya (XL) və itki müqavimətinin (Rs) ardıcıl kombinasiyası hesab olunur, hər ikisi tezlikdən asılıdır. İtkisiz nüvə reaktivliklə verilən empedansa malik olacaq:
burada: Rs = ümumi sıra müqaviməti = Rm + Re Rm = maqnit itkilərinə görə ekvivalent seriya müqaviməti Re = mis itkiləri üçün ekvivalent seriya müqaviməti
Aşağı tezliklərdə komponentin empedansı ilk növbədə induktivdir. Tezlik artdıqca endüktans azalır, itkilər artar və ümumi empedans artır. Şəkil 4, orta keçiricilik materiallarımız üçün XL, Rs və Z tezliyə qarşı tipik qrafikdir. .
Sonra induktiv reaktivlik kompleks keçiriciliyin real hissəsinə mütənasibdir, Lo, hava nüvəsi endüktansı:
İtki müqaviməti də eyni sabitlə kompleks keçiriciliyin xəyali hissəsinə mütənasibdir:
Tənlik 9-da əsas material µs' və µs” ilə verilir və nüvənin həndəsəsi Lo tərəfindən verilir. Buna görə də, müxtəlif ferritlərin kompleks keçiriciliyini bildikdən sonra, istənilən səviyyədə ən uyğun materialı almaq üçün müqayisə edilə bilər. tezlik və ya tezlik diapazonu.Ən yaxşı materialı seçdikdən sonra, ən yaxşı ölçülü komponentləri seçmək vaxtıdır.Mürəkkəb keçiriciliyin və empedansın vektor təsviri Şəkil 5-də göstərilmişdir.
İstehsalçı sıxılma tətbiqləri üçün tövsiyə olunan ferrit materialları üçün kompleks keçiriciliyin tezliyə qarşı qrafikini təqdim edərsə, empedansın optimallaşdırılması üçün əsas formaların və əsas materialların müqayisəsi sadədir. Təəssüf ki, bu məlumat nadir hallarda mövcuddur. Bununla belə, əksər istehsalçılar ilkin keçiriciliyi və tezliyə qarşı itkini təmin edir. curves.Bu məlumatlardan əsas empedansı optimallaşdırmaq üçün istifadə olunan materialların müqayisəsi əldə edilə bilər.
Şəkil 6-ya istinad edərək, Fair-Rite 73 materialının tezliyə qarşı ilkin keçiricilik və yayılma əmsalı [4], konstruktorun 100 və 900 kHz arasında maksimum empedansa zəmanət vermək istədiyini fərz edir.73 material seçilmişdir. Modelləşdirmə məqsədləri üçün dizayner həmçinin 100 kHz (105 Hz) və 900 kHz-də empedans vektorunun reaktiv və rezistiv hissələrini başa düşməlidir. Bu məlumat aşağıdakı diaqramdan əldə edilə bilər:
100kHz-də μs ' = μi = 2500 və (Tan δ / μi) = 7 x 10-6, çünki Tan δ = μs ”/ μs' onda μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.8
Qeyd etmək lazımdır ki, gözlənildiyi kimi, μ” bu aşağı tezlikdə ümumi keçiricilik vektoruna çox az əlavə edir. Nüvənin empedansı əsasən induktivdir.
Dizaynerlər bilirlər ki, nüvə №22 naqili qəbul etməli və 10 mm x 5 mm boşluğa sığmalıdır. Daxili diametr 0,8 mm olaraq təyin olunacaq. Təxmini empedansı və onun komponentlərini həll etmək üçün əvvəlcə xarici diametrli muncuq seçin. 10 mm və hündürlüyü 5 mm:
Z= ωLo (2500.38) = (6.28 x 105) x .0461 x log10 (5/.8) x 10 x (2500.38) x 10-8= 100 kHz-də 5.76 ohm
Bu halda, əksər hallarda olduğu kimi, maksimum empedans daha uzun uzunluğa malik daha kiçik OD istifadə etməklə əldə edilir. İD daha böyükdürsə, məsələn, 4 mm və əksinə.
Eyni yanaşma Lo vahidi üçün impedans qrafikləri və tezliyə qarşı faza bucağı verildikdə istifadə edilə bilər. Şəkil 9, 10 və 11 burada istifadə edilən eyni üç material üçün belə əyriləri əks etdirir.
Dizaynerlər 25 MHz-dən 100 MHz tezlik diapazonunda maksimum empedansa zəmanət vermək istəyirlər. Mövcud lövhə sahəsi yenə 10 mm x 5 mm-dir və nüvə #22 awg teli qəbul etməlidir. Üç ferrit materialının vahid empedansı Lo üçün Şəkil 7-yə istinad edərək, və ya Şəkil 8-də eyni üç materialın kompleks keçiriciliyi üçün 850 μi material seçin.[5] Şəkil 9-dakı qrafikdən istifadə edərək, orta keçiricilik materialının Z/Lo 25 MHz-də 350 x 108 ohm/H təşkil edir. Təxmini empedans üçün həll edin:
Əvvəlki müzakirə, seçim nüvəsinin silindrik olduğunu nəzərdə tutur. Əgər ferrit nüvələr düz lentli kabellər, yığılmış kabellər və ya perforasiya edilmiş lövhələr üçün istifadə edilərsə, Lo-nun hesablanması çətinləşir və kifayət qədər dəqiq əsas yolu uzunluğu və effektiv sahə rəqəmləri əldə edilməlidir. hava nüvəsinin endüktansını hesablamaq üçün .Bu, nüvəni riyazi şəkildə dilimləmək və hər bir dilim üçün hesablanmış yolun uzunluğunu və maqnit sahəsini əlavə etməklə edilə bilər. Bununla belə, bütün hallarda empedansdakı artım və ya azalma artan və ya azalma ilə mütənasib olacaqdır. ferrit nüvəsinin hündürlüyü/uzunluğu.[6]
Qeyd edildiyi kimi, əksər istehsalçılar empedans baxımından EMI tətbiqləri üçün nüvələri təyin edirlər, lakin son istifadəçi adətən zəifləməni bilməlidir. Bu iki parametr arasında mövcud olan əlaqə:
Bu əlaqə səs-küyü yaradan mənbənin empedansından və səs-küyü qəbul edən yükün empedansından asılıdır. Bu dəyərlər adətən kompleks ədədlərdir, onların diapazonu sonsuz ola bilər və dizayner üçün asanlıqla əlçatan deyildir. Mənbə bir keçid rejimində enerji təchizatı olduqda və bir çox aşağı empedanslı dövrələri yüklədikdə baş verə bilən yük və mənbə impedansları üçün 1 ohm, tənlikləri asanlaşdırır və ferrit nüvələrinin zəifləməsini müqayisə etməyə imkan verir.
Şəkil 12-dəki qrafik, yükün və generatorun empedansının bir çox ümumi dəyərləri üçün qalxan boncuk empedansı və zəifləmə arasındakı əlaqəni göstərən əyrilər dəstidir.
Şəkil 13 daxili müqaviməti Zs olan müdaxilə mənbəyinin ekvivalent sxemidir. Müdaxilə siqnalı yatırıcı nüvənin Zsc seriyalı empedansı və ZL yük empedansı ilə yaradılır.
Şəkil 14 və 15 eyni üç ferrit material üçün temperatura qarşı empedans qrafikləridir. Bu materiallardan ən sabiti 100º C və 100 MHz-də empedansda 8% azalma ilə 61 materialdır. Bunun əksinə olaraq, 43 material 25 göstərici göstərdi. Eyni tezlikdə və temperaturda empedansın % azalması. Bu əyrilər təmin edildikdə, yüksək temperaturlarda zəifləmə tələb olunarsa, göstərilən otaq temperaturu empedansını tənzimləmək üçün istifadə edilə bilər.
Temperaturda olduğu kimi, DC və 50 və ya 60 Hz təchizatı cərəyanları da eyni xas ferrit xassələrinə təsir edir ki, bu da öz növbəsində daha aşağı nüvə empedansı ilə nəticələnir. Şəkillər 16, 17 və 18 ferrit materialının empedansına meylin təsirini göstərən tipik əyrilərdir. .Bu əyri impedans deqradasiyasını xüsusi material üçün sahə gücü funksiyası kimi tezlik funksiyası kimi təsvir edir.Qeyd etmək lazımdır ki, tezlik artdıqca meylin təsiri azalır.
Bu məlumatlar yığılandan bəri Fair-Rite Products iki yeni material təqdim etdi. Bizim 44 nikel-sink orta keçiricilik materialıdır və 31-imiz manqan-sink yüksək keçiricilik materialıdır.
Şəkil 19 31, 73, 44 və 43 materiallarda eyni ölçülü muncuqlar üçün tezliyə qarşı impedans qrafikidir. 44 materialı daha yüksək DC müqaviməti, 109 ohm sm, daha yaxşı termal şok xüsusiyyətləri, temperatur sabitliyi və daha yüksək Curie temperaturu (Tc). 44 material bizim 43 materialımızla müqayisədə tezlik xüsusiyyətlərinə nisbətən bir qədər yüksək empedanslıdır. Stasionar material 31 bütün ölçmə tezliyi diapazonunda 43 və ya 44-dən daha yüksək empedans nümayiş etdirir. Daha böyük manqan-sink nüvələrinin aşağı tezlikli bastırma performansına təsir edən ölçülü rezonans problemi və kabel birləşdiricisinin sıxışdırılması nüvələrinə və böyük toroidal nüvələrə uğurla tətbiq edilmişdir. Şəkil 20, Sərgi üçün 43, 31 və 73 materialları üçün tezliyə qarşı empedans qrafikidir. -0,562 ″ OD, 0,250 ID və 1,125 HT ilə Rite nüvələri. Şəkil 19 və Şəkil 20-ni müqayisə edərkən qeyd etmək lazımdır ki, kiçik nüvələr üçün 25 MHz-ə qədər tezliklər üçün 73 material ən yaxşı supressor materialdır. Bununla belə, nüvənin kəsişməsi artdıqca, maksimum tezlik azalır. Şəkil 20-dəki məlumatlarda göstərildiyi kimi, 73 ən yaxşısıdır. Ən yüksək tezlik 8 MHz-dir. 31 materialının 8 MHz-dən 300 MHz-ə qədər tezlik diapazonunda yaxşı performans göstərdiyini də qeyd etmək lazımdır. Bununla belə, manqan sink ferriti olaraq, 31 materialı 102 ohm-sm həcmində daha aşağı həcm müqavimətinə malikdir və həddindən artıq temperatur dəyişiklikləri ilə daha çox empedans dəyişir.
Lüğət Hava Özü İndüktansı – Lo (H) Nüvənin vahid keçiriciliyi və axının paylanması sabit qaldıqda ölçüləcək endüktans. Ümumi düstur Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Halqa Lo = .0461 N2 log10 (OD) /ID) Ht 10-8 (H) Ölçülər mm-dir
Zəifləmə – A (dB) Bir nöqtədən digərinə ötürülmə zamanı siqnal amplitüdünün azalması. Bu, giriş amplitüdünün çıxış amplitudasına desibellərdə skalyar nisbətidir.
Core Constant – C1 (sm-1) Maqnit dövrəsinin hər bir hissəsinin maqnit yolunun uzunluqlarının cəmi eyni bölmənin müvafiq maqnit bölgəsinə bölünür.
Core Constant – C2 (sm-3) Maqnit dövrəsinin hər bir hissəsinin maqnit dövrəsinin uzunluqlarının cəminin eyni bölmənin müvafiq maqnit sahəsinin kvadratına bölünməsi.
Maqnit yolunun sahəsinin effektiv ölçüləri Ae (sm2), yolun uzunluğu le (sm) və həcmi Ve (sm3) Verilmiş nüvə həndəsəsi üçün maqnit yolunun uzunluğu, en kəsiyinin sahəsi və həcminin toroidal nüvə eyni maddi xassələrə malikdir. Material verilmiş nüvəyə ekvivalent maqnit xassələrinə malik olmalıdır.
Sahənin Gücü – H (Oersted) Sahənin gücünün böyüklüyünü xarakterizə edən parametr. H = .4 π NI/le (Oersted)
Flux Sıxlığı – B (Qauss) axının yoluna normal olan bölgədə induksiya edilmiş maqnit sahəsinin müvafiq parametri.
Empedans – Z (ohm) Ferritin empedansı onun kompleks keçiriciliyi ilə ifadə edilə bilər.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
İtki Tangensi – tan δ Ferritin itki tangensi Q dövrəsinin əksinə bərabərdir.
Zərər Faktoru – tan δ/μi Maqnit axınının sıxlığının əsas komponentləri və ilkin keçiriciliyə malik sahə gücü arasında fazanın çıxarılması.
Maqnit keçiriciliyi – μ Maqnit axınının sıxlığı ilə tətbiq olunan alternativ sahənin gücü nisbətindən əldə edilən maqnit keçiriciliyi…
Amplituda keçiriciliyi, μa – axının sıxlığının müəyyən edilmiş dəyəri ilkin keçiricilik üçün istifadə olunan dəyərdən böyük olduqda.
Effektiv keçiricilik, μe – Maqnit marşrutu bir və ya daha çox hava boşluğu ilə qurulduqda, keçiricilik eyni istəksizliyi təmin edəcək hipotetik homojen materialın keçiriciliyidir.
In Compliance elektrik və elektronika mühəndisliyi mütəxəssisləri üçün xəbər, məlumat, təhsil və ilham mənbəyidir.
Aerokosmik Avtomobil Rabitə İstehlak Elektroniği Təhsil Enerji və Enerji Sənayesi İnformasiya Texnologiyaları Tibbi Hərbi və Müdafiə
Göndərmə vaxtı: 08 yanvar 2022-ci il
