יישום של חרוזים מגנטיים בתכנון EMC של מיתוג ספקי כוח
בעיות EMC הפכו לנושא חם ומאתגר בתכנון וייצור אלקטרוני כיום. בעיית ה-EMC ביישומים מעשיים מורכבת מאוד ולא ניתן לפתור אותה רק על ידי ידע תיאורטי. זה מסתמך יותר על הניסיון המעשי של מהנדסי אלקטרוניקה. על מנת לתת מענה טוב יותר לנושא ה-EMC במוצרים אלקטרוניים, יש צורך בעיקר לשקול הארקה, עיצוב מעגלים ולוח PCB, עיצוב כבלים, תכנון מיגון ועוד נושאים נוספים.
מאמר זה מסביר את חשיבותם של חרוזים מגנטיים בהיבט ה-EMC של מיתוג ספקי כוח על ידי הצגת העקרונות והמאפיינים הבסיסיים שלהם, על מנת לספק אפשרויות רבות יותר וטובות יותר עבור מתכנני מיתוג ספקי כוח בעת תכנון מוצרים חדשים.
1 פריט אלמנט דיכוי הפרעות אלקטרומגנטיות
פריט הוא סוג של חומר פרומגנטי בעל מבנה סריג מעוקב. תהליך הייצור והמאפיינים המכניים שלו דומים לקרמיקה, עם צבע שחור אפור. סוג של ליבה מגנטית הנפוץ במסנני הפרעות אלקטרומגנטיות הוא חומר פריט, ויצרנים רבים מספקים חומרי פריט במיוחד לדיכוי הפרעות אלקטרומגנטיות. המאפיין של חומר זה הוא אובדן התדר הגבוה שלו. פרמטר הביצועים החשוב ביותר עבור פריט המשמש לדיכוי הפרעות אלקטרומגנטיות הוא חדירות מגנטית μ וצפיפות השטף המגנטי של רוויה Bs. חדירות מגנטית μ ניתן לבטא אותה כמספר מרוכב, כאשר החלק הממשי יוצר את השראות והחלק הדמיוני מייצג את ההפסד, שגדל עם התדירות. לכן, המעגל המקביל שלו הוא מעגל סדרתי המורכב משראות L והתנגדות R, שניהם פונקציות של תדר. כאשר החוט עובר דרך ליבת פריט זו, עכבת השראות שנוצרת גדלה באופן פורמלי עם הגדלת התדר, אך המנגנון שונה לחלוטין בתדרים שונים.
בטווח התדרים הנמוכים, העכבה מורכבת מהתגובה האינדוקטיבית של המשרן. בתדרים נמוכים, R קטן מאוד, והחדירות המגנטית של הליבה המגנטית גבוהה. לכן, השראות גדולה, ו-L משחק תפקיד ראשי. הפרעות אלקטרומגנטיות מדוכאות על ידי השתקפות; ובנקודה זו, אובדן הליבה המגנטית קטן יחסית, והמכשיר כולו הוא משרן בעל אובדן נמוך, בעל מאפייני Q גבוה, הנוטה לתהודה. לכן, בטווח התדרים הנמוכים, לפעמים עשויה להיות שיפור הפרעות לאחר שימוש בחרוזים מגנטיים של פריט.
בטווח התדרים הגבוהים, העכבה מורכבת ממרכיבי התנגדות. ככל שהתדר עולה, החדירות המגנטית של הליבה המגנטית פוחתת, וכתוצאה מכך ירידה ברכיבי השראות וההשראות של השראות. עם זאת, בשלב זה, אובדן הליבה המגנטית גדל, ומרכיב ההתנגדות גדל, וכתוצאה מכך לעלייה בעכבה הכוללת. כאשר האות בתדר גבוה עובר דרך הפריט, הפרעות אלקטרומגנטיות נספגות ומומרות לאנרגיית חום לצורך פיזור.
רכיבי דיכוי פריט נמצאים בשימוש נרחב במעגלים מודפסים, קווי חשמל וקווי נתונים. אם מוסיפים רכיב דיכוי פריט לכניסת קו החשמל של המעגל המודפס, ניתן לסנן הפרעות בתדר גבוה. טבעות או חרוזים מגנטיים של פריט תוכננו במיוחד לדכא הפרעות בתדר גבוה ושיא בקווי אות וקווי מתח, ויש להם גם את היכולת לספוג הפרעות דופק של פריקה אלקטרוסטטית.
העיקרון והמאפיינים של חרוזים מגנטיים: כאשר זרם זורם דרך חוט בחור הליבה, הוא הופך למסלול מגנטי שמסתובב בתוך החרוז המגנטי. בעת הכנת פריט לבקרת EMI, אמור להיות אפשרי לפזר את רוב השטף המגנטי כחום בחומר. ניתן לדמות תופעה זו על ידי שילוב סדרתי של משרן ונגד.
אנרגיית האות מחוברת מגנטית לחרוזים המגנטיים, כך שהתגובה וההתנגדות של המשרן גדלים עם התדירות הגוברת. יעילות הצימוד המגנטי תלויה בחדירות חומר החרוזים המגנטיים ביחס לאוויר. אובדן חומרי פריט המרכיבים בדרך כלל חרוזים מגנטיים יכול להתבטא ככמות מורכבת על ידי חדירותם היחסית לאוויר.
חומרים מגנטיים מאופיינים לרוב בזווית ההפסד באמצעות יחס זה. השימוש ברכיבי דיכוי EMI דורש זווית אובדן גדולה, מה שאומר שרוב ההפרעות יתפזרו מבלי להשתקף. חומרי הפריט השונים הזמינים הזמינים כיום מספקים למעצבים מגוון רחב של אפשרויות לשימוש בחרוזים מגנטיים במצבים שונים.
