Penggunaan Manik Magnet dalam Reka Bentuk EMC bagi Bekalan Kuasa Pensuisan
Kertas ini memperkenalkan ciri-ciri manik ferit, dan mengikut ciri-cirinya, menganalisis dan memperkenalkan aplikasi pentingnya dalam reka bentuk EMC bagi bekalan kuasa pensuisan, dan memberikan keputusan eksperimen dan ujian dalam penapis talian kuasa.
EMC telah menjadi isu hangat dan sukar dalam reka bentuk dan pembuatan elektronik hari ini. Masalah EMC dalam aplikasi praktikal adalah sangat rumit, dan ia tidak dapat diselesaikan dengan bergantung kepada pengetahuan teori. Ia lebih bergantung kepada pengalaman praktikal jurutera elektronik. Untuk menyelesaikan masalah EMC produk elektronik dengan lebih baik, adalah perlu untuk mempertimbangkan isu seperti pembumian, litar dan reka bentuk papan PCB, reka bentuk kabel dan reka bentuk perisai.
Kertas kerja ini memperkenalkan prinsip dan ciri asas manik magnet untuk menggambarkan kepentingannya dalam menukar EMC bekalan kuasa, untuk menyediakan pereka produk bekalan kuasa pensuisan dengan pilihan yang lebih dan lebih baik apabila mereka bentuk produk baharu.
1 Komponen penindasan EMI ferit
Ferrite ialah bahan ferrimagnetik dengan struktur kekisi padu. Proses pembuatan dan sifat mekanikalnya adalah serupa dengan seramik, dan warnanya kelabu-hitam. Satu jenis teras magnet yang sering digunakan dalam penapis EMI ialah bahan ferit, dan banyak pengeluar menyediakan bahan ferit yang digunakan khas untuk penindasan EMI. Bahan ini dicirikan oleh kehilangan frekuensi tinggi yang sangat besar. Bagi ferit yang digunakan untuk menyekat gangguan elektromagnet, parameter prestasi yang paling penting ialah kebolehtelapan magnet μ dan ketumpatan fluks magnet tepu Bs. Kebolehtelapan magnetik μ boleh dinyatakan sebagai nombor kompleks, bahagian nyata membentuk induktansi, dan bahagian khayalan mewakili kehilangan, yang meningkat dengan peningkatan frekuensi. Oleh itu, litar setaranya ialah litar bersiri yang terdiri daripada induktor L dan perintang R, kedua-dua L dan R adalah fungsi frekuensi. Apabila wayar melalui teras ferit ini, impedans induktif yang terbentuk meningkat dalam bentuk apabila frekuensi meningkat, tetapi mekanismenya berbeza sama sekali pada frekuensi yang berbeza.
Dalam jalur frekuensi rendah, impedans terdiri daripada tindak balas induktif induktor. Pada frekuensi rendah, R adalah sangat kecil, dan kebolehtelapan magnet teras magnet adalah tinggi, jadi kearuhan adalah besar, dan L memainkan peranan utama, dan gangguan elektromagnet dipantulkan dan ditindas; dan pada masa ini, kehilangan teras magnet adalah kecil, dan keseluruhan peranti adalah induktor dengan kehilangan rendah dan ciri Q tinggi.
Dalam jalur frekuensi tinggi, impedans terdiri daripada komponen rintangan. Apabila frekuensi meningkat, kebolehtelapan magnet teras magnet berkurangan, mengakibatkan penurunan dalam induktansi induktor dan penurunan dalam komponen reaktans induktif. Walau bagaimanapun, pada masa ini, kehilangan teras magnet meningkat dan komponen rintangan meningkat, mengakibatkan peningkatan dalam jumlah impedans. Apabila isyarat frekuensi tinggi melalui ferit, gangguan elektromagnet diserap dan dilesapkan dalam bentuk tenaga haba.
Komponen penindasan ferit digunakan secara meluas pada papan litar bercetak, talian kuasa dan talian data. Jika unsur penindasan ferit ditambahkan pada hujung salur kuasa pada papan bercetak, gangguan frekuensi tinggi boleh ditapis keluar. Cincin magnet ferit atau manik magnet digunakan khas untuk menyekat gangguan frekuensi tinggi dan gangguan spike pada talian isyarat dan talian kuasa. Ia juga mempunyai keupayaan untuk menyerap gangguan nadi pelepasan elektrostatik.
2. Prinsip dan ciri-ciri manik magnet Apabila arus mengalir melalui wayar dalam lubang tengahnya, ia akan menjadi trek magnet yang beredar di dalam manik magnet. Ferit untuk kawalan EMI hendaklah dirumuskan supaya kebanyakan fluks magnet dilesapkan sebagai haba dalam bahan. Fenomena ini boleh dimodelkan dengan gabungan siri induktor dan perintang. seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2
Nilai berangka kedua-dua komponen adalah berkadar dengan panjang manik magnet, dan panjang manik magnet mempunyai kesan yang ketara ke atas kesan penindasan. Semakin panjang panjang manik magnet, semakin baik kesan penindasan. Oleh kerana tenaga isyarat digandingkan secara magnetik kepada manik magnet, reaktans dan rintangan induktor meningkat dengan peningkatan frekuensi. Kecekapan gandingan magnet bergantung kepada kebolehtelapan magnet bahan manik berbanding udara. Biasanya kehilangan bahan ferit yang membentuk manik boleh dinyatakan sebagai kuantiti yang kompleks melalui kebolehtelapannya berbanding dengan udara.
Bahan magnet sering menggunakan nisbah ini untuk mencirikan sudut kehilangan. Sudut kehilangan yang besar diperlukan untuk komponen penindasan EMI, yang bermaksud bahawa kebanyakan gangguan akan hilang dan tidak dipantulkan. Pelbagai jenis bahan ferit yang tersedia hari ini menyediakan pereka dengan pelbagai pilihan untuk menggunakan manik ferit dalam aplikasi yang berbeza.
3 Penggunaan manik magnetik
3.1 Penekan spike
Kelemahan terbesar pensuisan bekalan kuasa ialah ia adalah mudah untuk menghasilkan bunyi dan gangguan, yang merupakan masalah teknikal utama yang telah melanda bekalan kuasa pensuisan untuk masa yang lama. Kebisingan bekalan kuasa pensuisan disebabkan terutamanya oleh pensuisan voltan tinggi yang cepat berubah dan arus litar pintas nadi tiub kuasa pensuisan dan diod penerus pensuisan. Oleh itu, menggunakan komponen yang berkesan untuk mengehadkannya ke tahap minimum adalah salah satu kaedah utama untuk menyekat bunyi. Kearuhan tepu bukan linear biasanya digunakan untuk menekan puncak arus pemulihan terbalik, pada masa ini keadaan kerja teras besi adalah dari -Bs ke +Bs. Mengikut ketekalan kebolehtelapan magnet yang tinggi dan manik unsur-unsur kearuhan ultra-kecil tepu pada diod freewheeling bekalan kuasa pensuisan, penindas pancang yang digunakan untuk menekan arus puncak yang dijana apabila bekalan kuasa pensuisan dihidupkan.
Ciri-ciri Prestasi Spike Suppressors
(1) Nilai kearuhan awal dan maksimum adalah sangat tinggi, dan ketaklinieran nilai kearuhan sisa selepas tepu adalah sangat tidak jelas. Selepas disambungkan secara bersiri ke litar, arus meningkat dan menunjukkan impedans tinggi serta-merta, yang boleh digunakan sebagai unsur impedans serta-merta yang dipanggil.
(2) Ia sesuai untuk menghalang isyarat puncak arus sementara dalam litar semikonduktor, litar pengujaan hentaman dan bunyi yang disertakan, dan ia juga boleh menghalang semikonduktor daripada rosak.
(3) Kearuhan sisa adalah sangat kecil, dan kerugian adalah sangat kecil apabila litar stabil.
(4) Ia sama sekali berbeza daripada prestasi produk ferit.
(5) Selagi ketepuan magnet dielakkan, ia boleh digunakan sebagai unsur kearuhan ultra-kecil dan tinggi.
(6) Ia boleh digunakan sebagai teras besi tepu berprestasi tinggi dengan kehilangan rendah untuk mengawal dan menjana ayunan.
Penekan spike memerlukan bahan teras besi mempunyai kebolehtelapan magnet yang lebih tinggi untuk mendapatkan kearuhan yang lebih besar; apabila nisbah persegi yang tinggi boleh menepu teras besi, kearuhan harus jatuh ke sifar dengan cepat; daya paksaan adalah kecil dan kehilangan frekuensi tinggi adalah rendah, jika tidak, pelesapan haba teras besi tidak akan berfungsi dengan normal.
Tujuan penindas spike adalah terutamanya untuk mengurangkan isyarat puncak semasa; mengurangkan bunyi yang disebabkan oleh isyarat puncak semasa; mengelakkan kerosakan transistor pensuisan; mengurangkan kehilangan pensuisan transistor pensuisan; mengimbangi ciri pemulihan diod; mengelakkan pengujaan kejutan arus nadi frekuensi tinggi. Gunakan sebagai penapis talian ultra-kecil, dsb.
3.2 Penggunaan dalam penapis a) Keputusan ujian tanpa manik magnet b) Keputusan ujian dengan manik magnet c) Keputusan ujian dengan garis L dan manik magnet d) Keputusan ujian dengan garis N dan manik magnet
Penapis biasa terdiri daripada komponen reaktif tanpa kehilangan. Fungsinya dalam litar adalah untuk memantulkan frekuensi jalur henti kembali ke sumber isyarat, jadi penapis jenis ini juga dipanggil penapis pantulan. Apabila penapis pantulan tidak sepadan dengan impedans sumber isyarat, sebahagian daripada tenaga akan dipantulkan kembali ke sumber isyarat, mengakibatkan peningkatan dalam tahap gangguan. Untuk menyelesaikan kelemahan ini, cincin magnet ferit atau lengan manik magnet boleh digunakan pada baris masuk penapis, dan kehilangan arus pusar isyarat frekuensi tinggi oleh cincin ferit atau manik magnet boleh digunakan untuk menukar tinggi. -komponen frekuensi menjadi kehilangan haba. Oleh itu, cincin magnet dan manik magnet sebenarnya menyerap komponen frekuensi tinggi, jadi ia kadang-kadang dipanggil penapis penyerapan.
Komponen penindasan ferit yang berbeza mempunyai julat frekuensi penindasan optimum yang berbeza. Secara amnya, semakin tinggi kebolehtelapan, semakin rendah frekuensi yang ditindas. Di samping itu, lebih besar isipadu ferit, lebih baik kesan penindasan. Apabila isipadu malar, bentuk panjang dan nipis mempunyai kesan penindasan yang lebih baik daripada yang pendek dan tebal, dan semakin kecil diameter dalam, semakin baik kesan penindasan. Walau bagaimanapun, dalam kes arus pincang DC atau AC, masih terdapat masalah ketepuan ferit. Semakin besar keratan rentas elemen penindasan, semakin kecil kemungkinan ia akan tepu, dan semakin besar arus pincang yang boleh ditahan.
Berdasarkan prinsip dan ciri manik magnet di atas, ia digunakan pada penapis bekalan kuasa pensuisan, dan kesannya jelas. Daripada keputusan ujian, dapat dilihat bahawa penggunaan manik magnet adalah berbeza dengan ketara. Ia dapat dilihat daripada keputusan eksperimen bahawa disebabkan oleh pengaruh litar bekalan kuasa pensuisan, susun atur struktur, dan kuasa, kadangkala ia mempunyai kesan penindasan yang baik pada gangguan mod pembezaan, kadangkala ia mempunyai kesan penindasan yang baik pada gangguan mod biasa, dan kadangkala ia tidak mempunyai kesan penindasan pada gangguan tetapi meningkatkan gangguan bunyi.
Apabila cincin magnet/manik magnet yang menyerap EMI menekan gangguan mod pembezaan, nilai semasa yang melaluinya adalah berkadar dengan isipadunya, dan ketidakseimbangan antara kedua-duanya menyebabkan tepu, yang mengurangkan prestasi komponen; apabila menekan gangguan mod biasa, dua wayar (positif dan negatif) bekalan kuasa melalui gelang magnet pada masa yang sama, dan isyarat berkesan ialah isyarat mod pembezaan. Kaedah lain yang lebih baik dalam penggunaan cincin magnet adalah dengan membuat wayar yang melalui cincin magnet berulang kali digulung beberapa kali untuk meningkatkan kearuhan. Menurut prinsip penindasan gangguan elektromagnetnya, kesan penindasannya boleh digunakan secara munasabah.
Komponen penindasan ferit hendaklah dipasang berhampiran dengan punca gangguan. Untuk litar input/output, ia hendaklah sedekat mungkin dengan salur masuk dan keluar bekas pelindung. Untuk penapis penyerapan yang terdiri daripada cincin magnet ferit dan manik magnet, selain memilih bahan lossy dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi, perhatian juga harus diberikan kepada acara penggunaannya. Rintangan mereka terhadap komponen frekuensi tinggi dalam talian adalah kira-kira sepuluh hingga ratusan Ω, jadi peranannya dalam litar impedans tinggi tidak jelas. Sebaliknya, ia akan menjadi sangat berkesan dalam litar impedans rendah (seperti pengagihan kuasa, bekalan kuasa atau litar frekuensi radio).
