اخبار

در دنیای ایده آل ما، ایمنی، کیفیت و عملکرد در درجه اول اهمیت قرار دارند. با این حال، در بسیاری از موارد، هزینه جزء نهایی، از جمله فریت، به عامل تعیین کننده تبدیل شده است. این مقاله برای کمک به مهندسان طراح در یافتن مواد فریت جایگزین برای کاهش در نظر گرفته شده است. هزینه.
خواص ذاتی مطلوب مواد و هندسه هسته توسط هر کاربرد خاص تعیین می شود. ویژگی های ذاتی که بر عملکرد در کاربردهای سطح سیگنال پایین حاکم است، نفوذپذیری (به ویژه دما)، تلفات هسته کم، و پایداری مغناطیسی خوب در طول زمان و دما است. کاربردها شامل Q بالا می باشد. سلف‌ها، سلف‌های حالت مشترک، ترانسفورماتورهای باند پهن، همسان و پالس، عناصر آنتن رادیویی، و تکرارکننده‌های فعال و غیرفعال. برای کاربردهای برق، چگالی شار بالا و تلفات کم در فرکانس کاری و دما ویژگی‌های مطلوب هستند. کاربردها شامل منابع تغذیه حالت سوئیچ برای شارژ باتری خودروهای الکتریکی، تقویت کننده های مغناطیسی، مبدل های DC-DC، فیلترهای قدرت، کویل های احتراق و ترانسفورماتورها.
خاصیت ذاتی که بیشترین تأثیر را بر عملکرد فریت نرم در کاربردهای سرکوب دارد، نفوذپذیری پیچیده [1] است که متناسب با امپدانس هسته است. سه راه برای استفاده از فریت به عنوان سرکوب کننده سیگنال های ناخواسته (رسانا یا تشعشع شده) وجود دارد. اولین و کمتر رایج ترین آن، به عنوان یک سپر عملی است که در آن از فریت ها برای جداسازی هادی ها، اجزا یا مدارها از محیط میدان الکترومغناطیسی سرگردان تابشی استفاده می شود. در کاربرد دوم، فریت ها با عناصر خازنی برای ایجاد یک کم گذر استفاده می شوند. فیلتر، یعنی اندوکتانس - خازنی در فرکانس‌های پایین و اتلاف در فرکانس‌های بالا. سومین و رایج‌ترین کاربرد زمانی است که هسته‌های فریت به تنهایی برای سرنخ‌های اجزا یا مدارهای سطح برد استفاده می‌شوند. در این کاربرد، هسته فریت از هرگونه نوسانات انگلی جلوگیری می‌کند و/ در کاربردهای دوم و سوم، هسته فریت با حذف یا کاهش شدید جریان های فرکانس بالا که توسط منابع EMI کشیده می شود، EMI هدایت شده را سرکوب می کند. معرفی فریت فراهم می کند. امپدانس فرکانس کافی برای سرکوب جریان‌های فرکانس بالا. در تئوری، یک فریت ایده‌آل امپدانس بالا در فرکانس‌های EMI و امپدانس صفر در تمام فرکانس‌های دیگر ایجاد می‌کند. در واقع، هسته‌های سرکوبگر فریت امپدانس وابسته به فرکانس را ارائه می‌کنند. در فرکانس‌های زیر 1 مگاهرتز، بسته به ماده فریت، حداکثر امپدانس را می توان بین 10 مگاهرتز تا 500 مگاهرتز به دست آورد.
از آنجایی که با اصول مهندسی برق مطابقت دارد، جایی که ولتاژ و جریان AC با پارامترهای پیچیده نشان داده می شود، نفوذپذیری یک ماده را می توان به عنوان یک پارامتر پیچیده متشکل از قطعات واقعی و خیالی بیان کرد. این در فرکانس های بالا نشان داده می شود، جایی که نفوذپذیری به دو جزء تقسیم می شود. بخش واقعی (μ') نشان دهنده بخش واکنشی است که در فاز با میدان مغناطیسی متناوب است [2]، در حالی که قسمت خیالی (μ») تلفات را نشان می دهد که خارج از فاز هستند. میدان مغناطیسی متناوباینها را می توان به صورت اجزای سری (μs'μs") یا به صورت مؤلفه موازی (μp'µp" بیان کرد.نمودارهای شکل‌های 1، 2 و 3 مولفه‌های سری نفوذپذیری اولیه پیچیده را به عنوان تابعی از فرکانس برای سه ماده فریت نشان می‌دهند.نوع ماده 73 فریت منگنز روی، رسانایی مغناطیسی اولیه 2500 است. ماده نوع 43 یک فریت نیکل روی با نفوذپذیری اولیه 850 است. ماده نوع 61 یک فریت نیکل روی با نفوذپذیری اولیه 125 است.
با تمرکز بر مولفه سری مواد Type 61 در شکل 3، می بینیم که بخش واقعی نفوذپذیری، μs'، با افزایش فرکانس تا رسیدن به فرکانس بحرانی ثابت می ماند و سپس به سرعت کاهش می یابد. تلفات یا μs افزایش می یابد. و سپس با سقوط μs به اوج می رسد.این کاهش میکرو ثانیه به دلیل شروع تشدید فری مغناطیسی است.[3] لازم به ذکر است که هر چه نفوذپذیری بیشتر باشد فرکانس کمتر است.این رابطه معکوس برای اولین بار توسط اسنوک مشاهده شد و فرمول زیر را به دست آورد:
که در آن: فرکانس ƒres = μs” در حداکثر γ = نسبت ژیرو مغناطیسی = 0.22 x 106 A-1 m μi = نفوذپذیری اولیه Msat = 250-350 Am-1
از آنجایی که هسته‌های فریت مورد استفاده در کاربردهای سطح سیگنال و توان پایین بر روی پارامترهای مغناطیسی زیر این فرکانس تمرکز می‌کنند، تولیدکنندگان فریت به ندرت داده‌های نفوذپذیری و/یا تلفات را در فرکانس‌های بالاتر منتشر می‌کنند.
مشخصه ای که اکثر سازندگان فریت برای اجزای مورد استفاده برای سرکوب EMI مشخص می کنند امپدانس است. امپدانس به راحتی بر روی یک آنالایزر تجاری موجود با خواندن مستقیم دیجیتال اندازه گیری می شود. متأسفانه امپدانس معمولاً در یک فرکانس خاص مشخص می شود و یک اسکالر نشان دهنده بزرگی کمپلکس است. بردار امپدانس. در حالی که این اطلاعات ارزشمند است، اغلب ناکافی است، مخصوصاً هنگام مدل‌سازی عملکرد مدار فریت‌ها. برای دستیابی به این، مقدار امپدانس و زاویه فاز جزء یا نفوذپذیری پیچیده ماده خاص باید در دسترس باشد.
اما حتی قبل از شروع مدل‌سازی عملکرد اجزای فریت در مدار، طراحان باید موارد زیر را بدانند:
که در آن μ'= قسمت واقعی نفوذپذیری مختلط μ” = قسمت خیالی نفوذپذیری مختلط j = بردار خیالی واحد Lo = اندوکتانس هسته هوا
امپدانس هسته آهنی نیز ترکیب سری از راکتانس القایی (XL) و مقاومت تلفات (Rs) در نظر گرفته می شود که هر دو وابسته به فرکانس هستند. یک هسته بدون تلفات دارای امپدانس داده شده توسط راکتانس است:
جایی که: Rs = مقاومت سری کل = Rm + Re Rm = مقاومت سری معادل ناشی از تلفات مغناطیسی Re = مقاومت سری معادل برای تلفات مس
در فرکانس های پایین، امپدانس جزء در درجه اول القایی است. با افزایش فرکانس، اندوکتانس کاهش می یابد در حالی که تلفات افزایش می یابد و امپدانس کل افزایش می یابد. .
سپس راکتانس القایی متناسب با بخش واقعی نفوذپذیری مختلط است، توسط Lo، اندوکتانس هسته هوا:
مقاومت تلفات نیز با همان ثابت با بخش خیالی نفوذپذیری پیچیده متناسب است:
در معادله 9، مواد هسته با μs' و μs و هندسه هسته با Lo داده شده است. بنابراین، پس از آگاهی از نفوذپذیری پیچیده فریت های مختلف، می توان مقایسه ای انجام داد تا مناسب ترین ماده را در مورد مورد نظر به دست آورد. فرکانس یا محدوده فرکانس. پس از انتخاب بهترین ماده، زمان انتخاب اجزای بهترین اندازه است. نمایش برداری از نفوذپذیری و امپدانس پیچیده در شکل 5 نشان داده شده است.
مقایسه شکل‌های هسته و مواد هسته برای بهینه‌سازی امپدانس در صورتی ساده است که سازنده نموداری از نفوذپذیری پیچیده در مقابل فرکانس برای مواد فریتی که برای کاربردهای سرکوب توصیه می‌شود ارائه دهد. متأسفانه، این اطلاعات به ندرت در دسترس است. با این حال، اکثر تولیدکنندگان نفوذپذیری اولیه و تلفات را در مقابل فرکانس ارائه می‌کنند. منحنی ها. از این داده ها می توان مقایسه ای از مواد مورد استفاده برای بهینه سازی امپدانس هسته بدست آورد.
با اشاره به شکل 6، ضریب نفوذپذیری و اتلاف اولیه [4] ماده Fair-Rite 73 در مقابل فرکانس، با فرض اینکه طراح بخواهد حداکثر امپدانس بین 100 تا 900 کیلوهرتز را تضمین کند. 73 مواد انتخاب شدند. برای اهداف مدلسازی، طراح همچنین نیاز به درک بخش های واکنشی و مقاومتی بردار امپدانس در 100 کیلوهرتز (105 هرتز) و 900 کیلوهرتز دارد. این اطلاعات را می توان از نمودار زیر بدست آورد:
در 100kHz μs ' = μi = 2500 و (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 زیرا Tan δ = μs "/ μs' سپس μs" = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.8
لازم به ذکر است که همانطور که انتظار می رود، μ” در این فرکانس پایین بسیار کمی به بردار نفوذپذیری کل اضافه می کند.امپدانس هسته عمدتاً القایی است.
طراحان می دانند که هسته باید سیم 22 شماره را بپذیرد و در فضایی به ابعاد 10 میلی متر در 5 میلی متر قرار گیرد. 10 میلی متر و ارتفاع 5 میلی متر:
Z= ωLo (2500.38) = (6.28 x 105) x 0.0461 x log10 (5/.8) x 10 x (2500.38) x 10-8 = 5.76 اهم در 100 کیلوهرتز
در این مورد، مانند اکثر موارد، حداکثر امپدانس با استفاده از یک OD کوچکتر با طول بیشتر به دست می آید. اگر ID بزرگتر باشد، مثلاً 4 میلی متر، و بالعکس.
اگر نمودارهای امپدانس در واحد Lo و زاویه فاز در مقابل فرکانس ارائه شود، می‌توان از همین رویکرد استفاده کرد.
طراحان می خواهند حداکثر امپدانس را در محدوده فرکانس 25 تا 100 مگاهرتز تضمین کنند. فضای برد موجود دوباره 10 میلی متر در 5 میلی متر است و هسته باید سیم awg #22 را بپذیرد. با اشاره به شکل 7 برای امپدانس واحد Lo سه ماده فریت، یا در شکل 8 برای نفوذپذیری پیچیده همان سه ماده، ماده 850 μi را انتخاب کنید.[5]با استفاده از نمودار در شکل 9، Z/Lo ماده نفوذپذیری متوسط ​​350 x 108 اهم بر ساعت در 25 مگاهرتز است. امپدانس تخمینی را حل کنید:
در بحث قبلی فرض می‌شود که هسته انتخابی استوانه‌ای است. اگر از هسته‌های فریت برای کابل‌های نواری تخت، کابل‌های بسته‌بندی شده یا صفحات سوراخ‌دار استفاده شود، محاسبه Lo دشوارتر می‌شود و طول مسیر هسته و ارقام مساحت مؤثر نسبتاً دقیق باید به دست آید. برای محاسبه اندوکتانس هسته هوا. این کار را می توان با برش ریاضی هسته و اضافه کردن طول مسیر محاسبه شده و مساحت مغناطیسی برای هر برش انجام داد. اما در همه موارد، افزایش یا کاهش امپدانس متناسب با افزایش یا کاهش آن خواهد بود. ارتفاع/طول هسته فریت.[6]
همانطور که گفته شد، اکثر سازندگان هسته‌ها را برای برنامه‌های EMI از نظر امپدانس مشخص می‌کنند، اما کاربر نهایی معمولاً باید میزان تضعیف را بداند. ارتباطی که بین این دو پارامتر وجود دارد:
این رابطه به امپدانس منبع تولید کننده نویز و امپدانس بار دریافت کننده نویز بستگی دارد. این مقادیر معمولاً اعداد مختلط هستند که دامنه آنها می تواند بی نهایت باشد و به راحتی در دسترس طراح نیست. انتخاب مقداری از 1 اهم برای بار و امپدانس منبع، که می تواند زمانی رخ دهد که منبع منبع تغذیه حالت سوئیچ باشد و بسیاری از مدارهای امپدانس کم را بارگذاری کند، معادلات را ساده می کند و امکان مقایسه تضعیف هسته های فریت را فراهم می کند.
نمودار در شکل 12 مجموعه ای از منحنی ها است که رابطه بین امپدانس مهره محافظ و تضعیف را برای بسیاری از مقادیر رایج بار به اضافه امپدانس ژنراتور نشان می دهد.
شکل 13 مدار معادل یک منبع تداخل با مقاومت داخلی Zs است.سیگنال تداخل توسط امپدانس سری Zsc هسته سرکوبگر و امپدانس بار ZL تولید می شود.
شکل 14 و 15 نمودار امپدانس در مقابل دما برای همان سه ماده فریت است. پایدارترین این مواد ماده 61 با 8 درصد کاهش امپدانس در 100 درجه سانتیگراد و 100 مگاهرتز است. در مقابل، ماده 43 25 را نشان داد. درصد کاهش امپدانس در فرکانس و دما یکسان. این منحنی ها، در صورت ارائه، می توانند برای تنظیم امپدانس دمای اتاق مشخص شده در صورت نیاز به تضعیف در دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرند.
همانند دما، جریان های تغذیه DC و 50 یا 60 هرتز نیز بر همان ویژگی های فریت ذاتی تأثیر می گذارند که به نوبه خود منجر به امپدانس هسته کمتر می شود. این منحنی تخریب امپدانس را به عنوان تابعی از قدرت میدان برای یک ماده خاص به عنوان تابعی از فرکانس توصیف می کند. باید توجه داشت که با افزایش فرکانس، اثر بایاس کاهش می یابد.
از زمان جمع‌آوری این داده‌ها، Fair-Rite Products دو ماده جدید معرفی کرده است. ما 44 یک ماده با نفوذپذیری متوسط ​​نیکل-روی و ماده 31 ما یک ماده با نفوذپذیری بالا منگنز-روی است.
شکل 19 نمودار امپدانس در مقابل فرکانس برای مهره های هم اندازه در مواد 31، 73، 44 و 43 است. ماده 44 یک ماده 43 بهبود یافته با مقاومت DC بالاتر، 109 اهم سانتی متر، خواص شوک حرارتی بهتر، پایداری دما و دمای کوری بالاتر (Tc). ماده 44 در مقایسه با ماده 43 ما امپدانس کمی بالاتر از ویژگی های فرکانس دارد. ماده ثابت 31 امپدانس بالاتری نسبت به 43 یا 44 در کل محدوده فرکانس اندازه گیری نشان می دهد. مشکل رزونانس ابعادی که بر عملکرد سرکوب فرکانس پایین هسته‌های منگنز-روی بزرگ‌تر تأثیر می‌گذارد و با موفقیت در هسته‌های سرکوب کننده اتصال دهنده کابل و هسته‌های حلقوی بزرگ اعمال شده است. هسته های Rite با OD 0.562 اینچ، ID 0.250 و 1.125 HT.هنگام مقایسه شکل 19 و شکل 20، باید توجه داشت که برای هسته های کوچکتر، برای فرکانس های تا 25 مگاهرتز، 73 ماده بهترین ماده سرکوبگر است.با این حال، با افزایش سطح مقطع هسته، حداکثر فرکانس کاهش می یابد.همانطور که در داده های شکل 20 نشان داده شده است، 73 بهترین است. بالاترین فرکانس 8 مگاهرتز است.همچنین شایان ذکر است که ماده 31 در محدوده فرکانس 8 مگاهرتز تا 300 مگاهرتز عملکرد خوبی دارد.با این حال، به عنوان یک فریت روی منگنز، ماده 31 دارای مقاومت حجمی بسیار کمتری برابر با 102 اهم سانتی متر است و امپدانس بیشتری با تغییرات شدید دما تغییر می کند.
واژه نامه اندوکتانس هسته هوا - Lo (H) اندوکتانسی که اگر هسته دارای نفوذپذیری یکنواخت باشد و توزیع شار ثابت بماند اندازه گیری می شود. فرمول کلی Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = 0.0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) ابعاد بر حسب میلی متر می باشد
تضعیف - A (dB) کاهش دامنه سیگنال در انتقال از یک نقطه به نقطه دیگر. این یک نسبت اسکالر از دامنه ورودی به دامنه خروجی، بر حسب دسی بل است.
ثابت هسته – C1 (cm-1) مجموع طول مسیر مغناطیسی هر بخش از مدار مغناطیسی تقسیم بر ناحیه مغناطیسی مربوطه همان بخش.
ثابت هسته – C2 (cm-3) مجموع طول مدار مغناطیسی هر بخش از مدار مغناطیسی تقسیم بر مربع دامنه مغناطیسی مربوطه همان بخش.
ابعاد موثر مساحت مسیر مغناطیسی Ae (cm2)، طول مسیر le (cm) و حجم Ve (cm3) برای یک هندسه هسته معین، فرض می شود که طول مسیر مغناطیسی، سطح مقطع و حجم هسته حلقوی دارای همان خواص موادی است که ماده باید دارای خواص مغناطیسی معادل هسته داده شده باشد.
شدت میدان – H (Oersted) پارامتری که میزان قدرت میدان را مشخص می‌کند. H = 0.4 π NI/le (Oersted)
چگالی شار – B (گاوسی) پارامتر متناظر میدان مغناطیسی القایی در ناحیه نرمال به مسیر شار.
امپدانس - Z (اهم) امپدانس فریت را می توان بر حسب نفوذپذیری پیچیده آن بیان کرد. Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (اهم)
مماس تلفات – tan δ مماس اتلاف فریت برابر است با متقابل مدار Q.
ضریب اتلاف - tan δ/μi حذف فاز بین اجزای اساسی چگالی شار مغناطیسی و قدرت میدان با نفوذپذیری اولیه.
نفوذپذیری مغناطیسی - μ نفوذپذیری مغناطیسی حاصل از نسبت چگالی شار مغناطیسی و قدرت میدان متناوب اعمال شده…
نفوذپذیری دامنه، μa - زمانی که مقدار مشخص شده چگالی شار بیشتر از مقدار مورد استفاده برای نفوذپذیری اولیه باشد.
نفوذپذیری موثر، μe - هنگامی که مسیر مغناطیسی با یک یا چند شکاف هوا ساخته می شود، نفوذپذیری نفوذپذیری یک ماده همگن فرضی است که همان عدم تمایل را ایجاد می کند.
In Compliance منبع برتر اخبار، اطلاعات، آموزش و الهام برای متخصصان مهندسی برق و الکترونیک است.
هوافضا ارتباطات خودرو الکترونیک مصرف کننده آموزش انرژی و نیرو صنعت فناوری اطلاعات پزشکی نظامی و دفاعی