יישום של חרוזים מגנטיים בעיצוב EMC של מיתוג ספק כוח
מאמר זה מציג את המאפיינים של חרוז פריט, ובהתאם למאפייניו, מנתח ומציג את היישום החשוב שלו בתכנון EMC של מיתוג אספקת חשמל, ונותן את תוצאות הניסוי והבדיקה במסנן קו מתח.
EMC הפכה לנושא חם וקשה בתכנון וייצור אלקטרוניים של ימינו. בעיית ה-EMC ביישום מעשי היא מאוד מסובכת, ולא ניתן לפתור אותה על ידי הסתמכות על ידע תיאורטי. זה תלוי יותר בניסיון המעשי של מהנדסי אלקטרוניקה. על מנת לפתור טוב יותר את בעיית ה-EMC של מוצרים אלקטרוניים, יש צורך לשקול נושאים כמו הארקה, עיצוב מעגלים ולוח PCB, עיצוב כבלים ותכנון מיגון.
מאמר זה מציג את העקרונות והמאפיינים הבסיסיים של חרוזים מגנטיים כדי להמחיש את חשיבותם במיתוג ספק כוח EMC, על מנת לספק למעצבי מוצרי ספקי כוח מיתוג אפשרויות בחירה רבות יותר וטובות יותר בעת תכנון מוצרים חדשים.
1 רכיבי דיכוי EMI של פריט
פריט הוא חומר פרימגנטי בעל מבנה סריג מעוקב. תהליך הייצור והתכונות המכניות שלו דומות לאלו של קרמיקה, וצבעה אפור-שחור. סוג אחד של ליבה מגנטית המשמשת לעתים קרובות במסנני EMI הוא חומר פריט, ויצרנים רבים מספקים חומרי פריט המשמשים במיוחד לדיכוי EMI. חומר זה מאופיין בהפסדים גדולים מאוד בתדר גבוה. עבור פריט המשמש לדיכוי הפרעות אלקטרומגנטיות, פרמטרי הביצועים החשובים ביותר הם חדירות מגנטית μ וצפיפות השטף המגנטי של רוויה Bs. ניתן לבטא את החדירות המגנטית μ כמספר מרוכב, החלק הממשי מהווה את השראות, והחלק הדמיוני מייצג את ההפסד, שגדל עם עליית התדר. לכן, המעגל המקביל שלו הוא מעגל סדרתי המורכב ממשרן L ומנגד R, גם L וגם R הם פונקציות של תדר. כאשר החוט עובר דרך ליבת פריט זו, העכבה האינדוקטיבית שנוצרה גדלה בצורה ככל שהתדר עולה, אך המנגנון שונה לחלוטין בתדרים שונים.
בפס התדרים הנמוכים, העכבה מורכבת מהתגובה האינדוקטיבית של המשרן. בתדרים נמוכים, R קטן מאוד, והחדירות המגנטית של הליבה המגנטית גבוהה, כך שההשראות גדולה, ו-L משחק תפקיד מרכזי, וההפרעה האלקטרומגנטית משתקפת ומדוכאת; ובזמן זה, אובדן הליבה המגנטית הוא קטן, והמכשיר כולו הוא משרן עם אובדן נמוך ומאפייני Q גבוהים.
בפס התדרים הגבוהים, העכבה מורכבת ממרכיבי התנגדות. ככל שהתדר עולה, החדירות המגנטית של הליבה המגנטית יורדת, וכתוצאה מכך ירידה בהשראה של המשרן וירידה ברכיב התגובה האינדוקטיבית. עם זאת, בשלב זה, אובדן הליבה המגנטית גדל ומרכיב ההתנגדות גדל, וכתוצאה מכך עלייה בעכבה הכוללת. כאשר האות בתדר גבוה עובר דרך הפריט, ההפרעה האלקטרומגנטית נספגת ומתפזרת בצורה של אנרגיית חום.
רכיבי דיכוי פריט נמצאים בשימוש נרחב במעגלים מודפסים, קווי חשמל וקווי נתונים. אם מוסיפים אלמנט דיכוי פריט לקצה הכניסה של קו החשמל של הלוח המודפס, ניתן לסנן הפרעות בתדר גבוה. טבעות מגנטיות פריט או חרוזים מגנטיים משמשים במיוחד לדיכוי הפרעות בתדר גבוה והפרעות ספייק בקווי אות וקווי מתח. יש לו גם את היכולת לספוג הפרעות דופק של פריקה אלקטרוסטטית.
2. העיקרון והמאפיינים של חרוזים מגנטיים כאשר הזרם זורם דרך החוט בחור המרכזי שלו, זה יהיה מסילה מגנטית שמסתובבת בתוך החרוז המגנטי. פריטים לבקרת EMI צריכים להיות מנוסחים כך שרוב השטף המגנטי יתפזר כחום בחומר. ניתן לעצב תופעה זו על ידי שילוב סדרתי של משרן ונגד. כפי שמוצג בתמונה 2
הערך המספרי של שני המרכיבים הוא פרופורציונלי לאורך החרוז המגנטי, ולאורך החרוז המגנטי יש השפעה משמעותית על אפקט הדיכוי. ככל שאורך החרוז המגנטי ארוך יותר, כך אפקט הדיכוי טוב יותר. מכיוון שאנרגיית האות מחוברת מגנטית לחרוז המגנטי, התגובה וההתנגדות של המשרן גדלים עם עליית התדר. יעילות הצימוד המגנטי תלויה בחדירות המגנטית של חומר החרוזים ביחס לאוויר. בדרך כלל אובדן חומר הפריט המרכיב את החרוז יכול להתבטא ככמות מורכבת דרך החדירות שלו ביחס לאוויר.
חומרים מגנטיים משתמשים לרוב ביחס זה כדי לאפיין את זווית ההפסד. נדרשת זווית אובדן גדולה עבור רכיבי דיכוי EMI, מה שאומר שרוב ההפרעות יתפזרו ולא ישתקפו. המגוון הרחב של חומרי פריט הקיימים כיום מספק למעצבים מגוון רחב של אפשרויות לשימוש בחרוזי פריט ביישומים שונים.
3 יישום חרוזים מגנטיים
3.1 מדכא ספייק
החיסרון הגדול ביותר של מיתוג ספק כוח הוא שקל ליצור רעש והפרעות, שזו בעיה טכנית מרכזית שמטרידה את מיתוג אספקת החשמל במשך זמן רב. הרעש של ספק הכוח המיתוג נגרם בעיקר על ידי מיתוג המתח הגבוה וזרם הקצר הדופק המשתנה במהירות של צינור החשמל המיתוג ודיודת מיישר המיתוג. לכן, שימוש ברכיבים יעילים כדי להגביל אותם למינימום היא אחת השיטות העיקריות לדיכוי הרעש. השראות רוויה לא ליניארית משמשת בדרך כלל כדי לדכא את שיא זרם ההתאוששות ההפוכה, בשלב זה מצב העבודה של ליבת הברזל הוא מ-Bs עד פלוס Bs. על פי העקביות של החדירות המגנטית הגבוהה והחרוזים המגנטיים אולטרה-קטנים של אלמנט השראות בדיודה החופשית של ספק הכוח המיתוג, פותח מדכא ספייק המשמש לדיכוי זרם השיא הנוצר בעת מיתוג ספק הכוח.
מאפייני ביצועים של מדכאי ספייק
(1) ערכי השראות ההתחלתיים והמקסימליים גבוהים מאוד, והאי-ליניאריות של ערך השראות השיורית לאחר הרוויה אינה ברורה ביותר. לאחר חיבור בסדרה למעגל, הזרם עולה ומראה עכבה גבוהה באופן מיידי, אשר יכול לשמש כאלמנט עכבה מיידית.
(2) זה מתאים למניעת אות שיא הזרם החולף במעגל המוליכים למחצה, מעגל עירור ההשפעה והרעש הנלווה, והוא יכול גם למנוע פגיעה במוליך למחצה.
(3) השראות השיורית קטנה ביותר, וההפסד קטן מאוד כאשר המעגל יציב.
(4) זה שונה לחלוטין מהביצועים של מוצרי פריט.
(5) כל עוד נמנעת רוויה מגנטית, ניתן להשתמש בה כאלמנט השראות קטן במיוחד, בעל השראות גבוהה.
(6) זה יכול לשמש כלבת ברזל רוויה בעלת ביצועים גבוהים עם אובדן נמוך לשליטה ויצירת תנודה.
מדכא הדוקרנים מחייב את חומר ליבת הברזל בעל חדירות מגנטית גבוהה יותר כדי להשיג השראות גדולה יותר; כאשר היחס הריבועי הגבוה יכול להרוות את ליבת הברזל, השראות צריכה לרדת לאפס במהירות; כוח הכפייה קטן ואובדן התדר הגבוה נמוך, אחרת פיזור החום של ליבת הברזל לא יעבוד כרגיל.
מטרת מדכא השפיץ היא בעיקר להפחית את אות השיא הנוכחי; להפחית את הרעש הנגרם על ידי אות השיא הנוכחי; למנוע את הנזק של טרנזיסטור המיתוג; להפחית את אובדן המיתוג של טרנזיסטור המיתוג; לפצות את מאפייני ההתאוששות של הדיודה; למנוע עירור הלם זרם דופק בתדר גבוה. השתמש כמסנן קווים קטנים במיוחד וכו'.
3.2 יישום במסנן א) תוצאת בדיקה ללא חרוזים מגנטיים ב) תוצאת בדיקה עם חרוזים מגנטיים ג) תוצאת בדיקה עם קו L וחרוזים מגנטיים ד) תוצאת בדיקה עם קו N וחרוזים מגנטיים
מסננים רגילים מורכבים ממרכיבים תגובתיים ללא הפסדים. תפקידו במעגל הוא לשקף את תדר הפס העצירה בחזרה למקור האות, כך שסוג זה של מסנן נקרא גם מסנן השתקפות. כאשר מסנן ההשתקפות אינו תואם את העכבה של מקור האות, חלק מהאנרגיה ישתקף בחזרה למקור האות, וכתוצאה מכך לעלייה ברמת ההפרעות. על מנת לפתור את החיסרון הזה, ניתן להשתמש בטבעת מגנטית פריט או שרוול חרוז מגנטי על הקו הנכנס של המסנן, וניתן להשתמש באובדן זרם המערבולת של האות בתדר גבוה על ידי טבעת הפריט או החרוז המגנטי כדי להמיר את הגובה הגבוה. -רכיב תדר לאובדן חום. לכן הטבעת המגנטית והחרוזים המגנטיים למעשה סופגים רכיבים בתדר גבוה, ולכן הם נקראים לפעמים מסנני ספיגה.
לרכיבי דיכוי פריט שונים יש טווחי תדירות דיכוי אופטימליים שונים. בדרך כלל, ככל שהחדירות גבוהה יותר, כך התדר המדוכא נמוך יותר. בנוסף, ככל שנפח הפריט גדול יותר, כך אפקט הדיכוי טוב יותר. כאשר הנפח קבוע, לצורה הארוכה והדקה יש אפקט דיכוי טוב יותר מהקצר והעבה, וככל שהקוטר הפנימי קטן יותר, כך אפקט הדיכוי טוב יותר. עם זאת, במקרה של זרם הטיית DC או AC, עדיין קיימת בעיה של רווית פריט. ככל שהחתך של אלמנט הדיכוי גדול יותר, כך הסיכוי שהוא יהיה רווי קטן יותר, וזרם ההטיה שהוא יכול לעמוד בו גדול יותר.
בהתבסס על העקרונות והמאפיינים לעיל של חרוזים מגנטיים, הוא מוחל על המסנן של מיתוג אספקת החשמל, וההשפעה ברורה. מתוצאות הבדיקה ניתן לראות כי היישום של חרוזים מגנטיים שונה באופן משמעותי. ניתן לראות מתוצאות הניסוי שבשל ההשפעה של מעגל אספקת הכוח המיתוג, הפריסה המבנית והכוח, לפעמים יש לו השפעת דיכוי טובה על הפרעות מצב דיפרנציאלי, לפעמים יש לו אפקט דיכוי טוב על הפרעות במצב נפוץ, ולפעמים אין לו אפקט דיכוי על הפרעות אבל מגביר את הפרעות הרעש.
כאשר הטבעת המגנטית/החרוז המגנטי סופגת EMI מדכאת הפרעות במצב דיפרנציאלי, ערך הזרם העובר דרכה הוא פרופורציונלי לנפח שלו, וחוסר האיזון בין השניים גורם לרוויה, מה שמפחית את ביצועי הרכיב; בעת דיכוי הפרעות במצב משותף, שני החוטים (חיוביים ושליליים) של ספק הכוח עוברים דרך טבעת מגנטית בו זמנית, והאות היעיל הוא אות במצב דיפרנציאלי. שיטה נוספת טובה יותר בשימוש בטבעת המגנטית היא לגרום לחוט העובר דרך הטבעת המגנטית להתפתל שוב ושוב מספר פעמים כדי להגביר את השראות. על פי עקרון הדיכוי שלו של הפרעות אלקטרומגנטיות, ניתן להשתמש באופן סביר בהשפעת הדיכוי שלו.
יש להתקין רכיבי דיכוי פריט קרוב למקור ההפרעה. עבור מעגל הקלט/פלט, הוא צריך להיות קרוב ככל האפשר לכניסה וליציאה של מארז המיגון. עבור מסנן הספיגה המורכב מטבעת מגנטית פריט וחרוזים מגנטיים, בנוסף לבחירת חומרים מאבדים עם חדירות מגנטית גבוהה, יש לשים לב גם למקרי היישום שלו. ההתנגדות שלהם לרכיבים בתדר גבוה בקו היא כעשר עד מאות Ω, כך שתפקידו במעגלים בעלי עכבה גבוהה אינו ברור. להיפך, הוא יהיה יעיל מאוד במעגלים בעלי עכבה נמוכה (כגון חלוקת כוח, אספקת חשמל או מעגלי תדר רדיו).
