Güç Kaynağının EMC Tasarımında Manyetik Boncukların Uygulanması
EMC, günümüzün elektronik tasarımı ve üretiminde sıcak ve zor bir konu haline geldi. Pratik uygulamadaki EMC problemi çok karmaşıktır ve teorik bilgiye dayanılarak çözülemez. Daha çok elektronik mühendislerinin pratik deneyimine bağlıdır. Elektronik ürünlerin EMC problemini daha iyi çözebilmek için topraklama, devre ve PCB kartı tasarımı, kablo tasarımı, ekranlama tasarımı gibi konuların ele alınması gerekmektedir.
Bu makale, anahtarlamalı güç kaynağı ürün tasarımcılarına yeni ürünler tasarlarken daha fazla ve daha iyi seçenekler sağlamak amacıyla, anahtarlamalı güç kaynağı EMC'sindeki önemini göstermek için manyetik boncukların temel ilkelerini ve özelliklerini tanıtmaktadır.
1 Ferrit elektromanyetik girişim önleme bileşenleri
Ferrit, kübik kafes yapısına sahip ferrimanyetik bir malzemedir. Üretim süreci ve mekanik özellikleri seramiğe benzer ve rengi gri-siyahtır. EMI filtrelerinde sıklıkla kullanılan bir tür manyetik çekirdek, ferrit malzemedir ve birçok üretici, EMI bastırma için özel olarak kullanılan ferrit malzemeleri sağlar. Bu malzeme, çok büyük yüksek frekans kayıpları ile karakterize edilir. Elektromanyetik girişimi bastırmak için kullanılan ferrit için en önemli performans parametreleri manyetik geçirgenlik μ ve doygunluk manyetik akı yoğunluğu Bs'dir. Manyetik geçirgenlik μ karmaşık bir sayı olarak ifade edilebilir, gerçek kısım endüktansı, hayali kısım ise frekansın artmasıyla artan kaybı temsil eder. Bu nedenle, eşdeğer devresi, bir L indüktörü ve bir direnç R'den oluşan bir seri devredir, hem L hem de R, frekansın fonksiyonlarıdır. Tel bu ferrit çekirdeğin içinden geçtiğinde, oluşan endüktif empedans, frekans arttıkça form olarak artar, ancak mekanizma farklı frekanslarda tamamen farklıdır.
Düşük frekans bandında empedans, endüktansın endüktif reaktansından oluşur. Düşük frekanslarda, R çok küçüktür ve manyetik çekirdeğin manyetik geçirgenliği yüksektir, bu nedenle endüktans büyüktür ve L önemli bir rol oynar ve elektromanyetik girişim yansıtılır ve bastırılır; ve şu anda manyetik çekirdek kaybı küçüktür ve tüm cihaz, düşük kayıp ve yüksek Q özelliklerine sahip bir indüktördür. Bu indüktörün rezonansa neden olması kolaydır. Bu nedenle, düşük frekans bandında, ferrit boncuklar kullanıldıktan sonra bazen gelişmiş girişim olgusu olabilir.
Yüksek frekans bandında empedans, direnç bileşenlerinden oluşur. Frekans arttıkça, manyetik çekirdeğin manyetik geçirgenliği azalır, bu da indüktörün endüktansında bir azalmaya ve endüktif reaktans bileşeninde bir azalmaya neden olur. Ancak bu sırada manyetik çekirdeğin kaybı artar ve direnç bileşeni artar. , toplam empedansta bir artışa yol açar, yüksek frekanslı sinyal ferrit içinden geçtiğinde, elektromanyetik girişim emilir ve ısı enerjisi şeklinde dağılır.
Ferrit bastırma bileşenleri, baskılı devre kartlarında, elektrik hatlarında ve veri hatlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Baskılı kartın güç hattının giriş ucuna bir ferrit bastırma elemanı eklenirse, yüksek frekanslı parazit filtrelenebilir. Ferrit manyetik halkalar veya manyetik boncuklar, sinyal hatlarında ve güç hatlarında yüksek frekanslı girişimi ve ani girişimi bastırmak için özel olarak kullanılır. Ayrıca elektrostatik deşarj darbe girişimini absorbe etme özelliğine de sahiptir.
2. Manyetik boncukların prensibi ve özellikleri Akım, telin merkezi deliğinden aktığında, manyetik boncuk içinde dolaşan manyetik bir yol olacaktır. EMI kontrolü için ferritler, manyetik akının çoğu malzemede ısı olarak dağılacak şekilde formüle edilmelidir. Bu fenomen, bir indüktör ve bir direncin seri kombinasyonu ile modellenebilir. resim 2'de gösterildiği gibi
İki bileşenin sayısal değeri manyetik boncuk uzunluğu ile orantılıdır ve manyetik boncuk uzunluğunun bastırma etkisi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Manyetik boncuğun uzunluğu ne kadar uzun olursa, bastırma etkisi o kadar iyi olur. Sinyal enerjisi manyetik boncukla manyetik olarak bağlandığından, indüktörün reaktansı ve direnci frekansın artmasıyla artar. Manyetik bağlantının verimliliği boncuk malzemesinin havaya göre manyetik geçirgenliğine bağlıdır. Genellikle, boncuk oluşturan ferrit malzemenin kaybı, havaya göre geçirgenliği aracılığıyla karmaşık bir miktar olarak ifade edilebilir.
Manyetik malzemeler genellikle kayıp açısını karakterize etmek için bu oranı kullanır. EMI bastırma bileşenleri için büyük bir kayıp açısı gereklidir, bu da parazitin çoğunun dağılacağı ve yansıtılmayacağı anlamına gelir. Günümüzde mevcut olan çok çeşitli ferrit malzemeleri, tasarımcılara farklı uygulamalarda ferrit boncukları kullanma konusunda çok çeşitli seçenekler sunmaktadır.
3 Manyetik boncuk uygulaması
3.1 Spike baskılayıcı
Anahtarlamalı güç kaynağının en büyük dezavantajı, anahtarlamalı güç kaynağını uzun süredir rahatsız eden önemli bir teknik sorun olan gürültü ve parazit oluşturmanın kolay olmasıdır. Anahtarlama güç kaynağının gürültüsü, esas olarak, anahtarlama güç tüpünün ve anahtarlama doğrultucu diyodunun hızlı değişen yüksek voltajlı anahtarlama ve darbe kısa devre akımından kaynaklanır. Bu nedenle, bunları en aza indirmek için etkili bileşenler kullanmak, gürültüyü bastırmanın ana yöntemlerinden biridir. Doğrusal olmayan doymuş endüktans genellikle ters toparlanma akımı tepe noktasını bastırmak için kullanılır, şu anda demir çekirdeğin çalışma durumu -Bs'den artı Bs'ye kadardır. Anahtarlamalı güç kaynağının serbest dönen diyodu üzerindeki yüksek manyetik geçirgenlik ve doyurulabilir ultra küçük endüktans elemanı-manyetik boncukların tutarlılığına göre, anahtarlamalı güç kaynağı anahtarlandığında üretilen tepe akımı bastırmak için kullanılan bir ani yükselme baskılayıcı geliştirildi.
Spike Bastırıcıların Performans Özellikleri
(1) Başlangıç ve maksimum endüktans değerleri çok yüksektir ve doygunluktan sonra kalan endüktans değerinin doğrusal olmaması son derece belirsizdir. Devreye seri bağlandıktan sonra akım yükselir ve anında yüksek empedans gösterir ki bu da anlık empedans diye tabir edilen eleman olarak kullanılabilir.
(2) Yarı iletken devresindeki geçici akım tepe sinyalinin, darbe uyarma devresinin ve buna eşlik eden gürültünün önlenmesi için uygundur ve yarı iletkenin hasar görmesini de önleyebilir.
(3) Kalan endüktans son derece küçüktür ve devre kararlı olduğunda kayıp çok küçüktür.
(4) Ferrit ürünlerin performansından tamamen farklıdır.
(5) Manyetik doygunluktan kaçınıldığı sürece, ultra küçük, yüksek endüktanslı bir endüktans elemanı olarak kullanılabilir.
(6) Salınımı kontrol etmek ve oluşturmak için düşük kayıplı, yüksek performanslı, doyurulabilir bir demir çekirdek olarak kullanılabilir.
Ani artış baskılayıcı, daha büyük bir endüktans elde etmek için demir çekirdek malzemesinin daha yüksek bir manyetik geçirgenliğe sahip olmasını gerektirir; yüksek kare oranı, demir çekirdeği doymuş hale getirebilir ve endüktans hızla sıfıra düşmelidir; zorlayıcı kuvvet küçüktür ve yüksek frekans kaybı düşüktür, aksi takdirde ısı dağılımı nedeniyle çekirdek düzgün çalışmayacaktır.
Ani yükselme baskılayıcının amacı esas olarak mevcut tepe sinyalini azaltmaktır; mevcut tepe sinyalinin neden olduğu gürültüyü azaltın; anahtarlama transistörünün hasar görmesini önlemek; anahtarlama transistörünün anahtarlama kaybını azaltmak; diyotun geri kazanım özelliklerini telafi etmek; yüksek frekanslı darbe akımı şok uyarımını önleyin. Ultra küçük hat filtresi vb. olarak kullanın.
3.2 Filtrede uygulama a) Manyetik boncuklar olmadan test sonucu b) Manyetik boncuklarla test sonucu c) L çizgisi ve manyetik boncuklarla test sonucu d) N çizgisi ve manyetik boncuklarla test sonucu
Sıradan filtreler, kayıpsız reaktif bileşenlerden oluşur. Devredeki işlevi, durdurma bandı frekansını sinyal kaynağına geri yansıtmaktır, bu nedenle bu tür filtrelere yansıma filtresi de denir. Yansıma filtresi sinyal kaynağının empedansı ile eşleşmediğinde, enerjinin bir kısmı sinyal kaynağına geri yansıtılacak ve bu da girişim seviyesinde bir artışa neden olacaktır. Bu dezavantajı gidermek için, filtrenin gelen hattında ferrit manyetik halka veya manyetik boncuk kovanı kullanılabilir ve ferrit halka veya manyetik boncuk tarafından yüksek frekanslı sinyalin girdap akımı kaybı, yüksek dönüştürmek için kullanılabilir. -ısı kaybına frekans bileşeni. Bu nedenle, manyetik halka ve manyetik boncuklar aslında yüksek frekanslı bileşenleri emer, bu nedenle bunlara bazen absorpsiyon filtreleri denir.
Farklı ferrit bastırma bileşenleri, farklı optimum bastırma frekans aralıklarına sahiptir. Genel olarak, geçirgenlik ne kadar yüksek olursa, bastırılan frekans o kadar düşük olur. Ek olarak, ferritin hacmi ne kadar büyük olursa, bastırma etkisi o kadar iyi olur. Hacim sabit olduğunda, uzun ve ince şekil, kısa ve kalın olandan daha iyi bastırma etkisine sahiptir ve iç çap ne kadar küçükse, bastırma etkisi o kadar iyidir. Bununla birlikte, DC veya AC ön akım durumunda, hala ferrit doygunluğu sorunu vardır. Söndürme elemanının enine kesiti ne kadar büyük olursa, doyma olasılığı o kadar az olur ve dayanabileceği ön akım o kadar büyük olur.
Manyetik boncukların yukarıdaki prensip ve özelliklerine dayanarak, anahtarlama güç kaynağı filtresine uygulanır ve etki açıktır. Test sonuçlarından, manyetik boncuk uygulamasının önemli ölçüde farklı olduğu görülebilir. Deneysel sonuçlardan, anahtarlamalı güç kaynağı devresinin, yapısal düzenin ve gücün etkisinden dolayı, bazen diferansiyel mod girişimi üzerinde iyi bir bastırma etkisine sahip olduğu, bazen ortak mod girişimi üzerinde iyi bir bastırma etkisine sahip olduğu ve bazen de iyi bir bastırma etkisine sahip olduğu görülebilir. paraziti bastıramaz, aksine gürültü girişimini artırır.
EMI emici manyetik halka/boncuk, diferansiyel mod girişimini bastırdığında, içinden geçen akım değeri hacmiyle orantılıdır ve ikisi arasındaki dengesizlik, bileşenin performansını azaltan doygunluğa neden olur; ortak mod parazitini bastırırken, güç kaynağının iki telini (pozitif ve negatif) bağlayın Aynı anda bir manyetik halkadan geçin, etkili sinyal bir diferansiyel mod sinyalidir ve EMI emici manyetik halkanın/manyetik boncuğun hiçbir etkisi yoktur üzerinde, ancak ortak mod sinyali için büyük bir endüktans gösterecektir. Manyetik halkanın kullanımında bir başka daha iyi yöntem, endüktansı artırmak için manyetik halkadan geçen telin birkaç kez tekrar tekrar sarılmasını sağlamaktır. Elektromanyetik girişimi bastırma prensibine göre, bastırma etkisi makul bir şekilde kullanılabilir.
Ferrit bastırma bileşenleri, parazit kaynağının yakınına kurulmalıdır. Giriş/çıkış devresi için, koruyucu kasanın giriş ve çıkışına mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır. Ferrit manyetik halka ve manyetik boncuklardan oluşan absorpsiyon filtresi için, manyetik geçirgenliği yüksek kayıplı malzemelerin seçilmesinin yanı sıra uygulama durumlarına da dikkat edilmelidir. Hattaki yüksek frekanslı bileşenlere karşı dirençleri yaklaşık on ila yüzlerce Ω arasındadır, bu nedenle yüksek empedanslı devrelerdeki rolü açık değildir. Aksine düşük empedanslı devrelerde (güç dağıtımı, güç kaynağı veya radyo frekans devreleri gibi) kullanımı oldukça etkili olacaktır.
