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In u nostru mondu ideale, a sicurezza, a qualità è a prestazione sò di primura. In parechji casi, però, u costu di u cumpunente finali, cumpresa a ferrite, hè diventatu u fattore determinante. Questu articulu hè destinatu à aiutà l'ingegneri di design à truvà materiali ferrite alternativu per riduce. costu.
I pruprietà di u materiale intrinsecu desiderate è a geometria di u core sò determinate da ogni applicazione specifica. Proprietà inerenti chì guvernanu u rendiment in l'applicazioni di livellu di signale bassu sò permeabilità (in particulare temperatura), perdite di core bassu, è una bona stabilità magnetica in u tempu è a temperatura. L'applicazioni includenu high-Q. induttori, induttori di modu cumuni, trasformatori di banda larga, matched è impulsi, elementi di antenne radio, è ripetitori attivi è passivi. carica di batterie di veiculi elettrichi, amplificatori magnetichi, convertitori DC-DC, filtri di putenza, bobine d'ignizione è trasformatori.
A pruprietà intrinseca chì hà u più grande impattu nantu à u funziunamentu di ferrite suave in l'applicazioni di suppressione hè a permeabilità cumplessa [1], chì hè proporzionale à l'impedenza di u core. ).U primu, è menu cumuni, hè cum'è un scudo praticu, induve i ferrite sò usati per isolà i cunduttori, cumpunenti o circuiti da l'ambienti radianti di u campu elettromagneticu. filtru, vale à dì induttanza - capacitivu à frequenze bassu è dissipazione à frequenze alte. U terzu è u più cumuni usu hè quandu i nuclei di ferrite sò usati solu per i cunduttori di cumpunenti o circuiti à livellu di bordu. o attenuate a captazione o a trasmissione di signali indesiderati chì ponu propagate longu i cunduttori di cumpunenti o interconnessioni, tracce o cables. In a seconda è terza appricazzioni, i nuclei di ferrite supprimenu l'EMI cundutti eliminendu o riducendu assai i currenti d'alta frequenza attirati da fonti EMI. L'introduzione di ferrite furnisce impedenza di frequenza abbastanza alta per suppressione currents d'alta frequenza. In teoria, una ferrite ideale furnisce una alta impedenza à frequenze EMI è impedenza zero à tutte l'altri frequencies. In effetti, i nuclei suppressori di ferrite furniscenu impedenza dipendente da a frequenza. À frequenze sottu 1 MHz, u L'impedenza massima pò esse ottenuta trà 10 MHz è 500 MHz secondu u materiale di ferrite.
Siccomu hè coherente cù i principii di l'ingegneria elettrica, induve a tensione AC è u currenti sò rapprisentati da paràmetri cumplessi, a permeabilità di un materiale pò esse spressione cum'è un paràmetru cumplessu cumpostu di parti reali è imaginarii. Questu hè dimustratu à frequenze alte, induve a permeabilità si divide in dui cumpunenti. A parte reale (μ') rapprisenta a parte reattiva, chì hè in fasa cù u campu magneticu alternante [2], mentre chì a parte imaginaria (μ") rapprisenta e perdite, chì sò fora di fasa cù u campu magneticu alternatu.Celles-ci peuvent être exprimées en composantes en série (μs'μs") ou en composantes parallèles (µp'µp").I grafici in Figure 1, 2 è 3 mostranu i cumpunenti di a serie di a permeabilità iniziale cumplessa in funzione di a frequenza per trè ferrite.U tipu di materiale 73 hè una ferrite di manganese-zinc, u magneticu iniziale A conduttività hè 2500. U tipu di materiale 43 hè una ferrita di zincu di nickel cù una permeabilità iniziale di 850. U tipu di materiale 61 hè una ferrite di zincu di nickel cù una permeabilità iniziale di 125.
Fighjendu nantu à u cumpunente di serie di u materiale Type 61 in a Figura 3, vedemu chì a parte vera di a permeabilità, μs', ferma custanti cù a freccia crescente finu à chì una freccia critica hè ghjunta, è poi diminuisce rapidamente. A perdita o μs "aumenta e poi culmina quando μs' scende.Questa diminuzione di μs' hè duvuta à l'iniziu di risonanza ferrimagnetica.[3] Si deve esse nutatu chì a più alta a permeabilità, u più u più bassu a freccia.Questa relazione inversa hè stata prima osservata da Snoek è hà datu a formula seguente:
dove: ƒres = μs” frequenza al massimo γ = rapporto giromagnetico = 0,22 x 106 A-1 m μi = permeabilità iniziale Msat = 250-350 Am-1
Siccomu i nuclei di ferrite utilizati in l'applicazioni di u nivellu di signale bassu è u putere si focalizeghjanu nantu à i paràmetri magnetichi sottu à questa frequenza, i pruduttori di ferrite raramente publicanu dati di permeabilità è / o di perdita à frequencies.
A caratteristica chì a maiò parte di i fabricatori di ferrite specificanu per i cumpunenti utilizati per a suppressione EMI hè l'impedenza. L'impedenza hè facilmente misurata nantu à un analizatore dispunibule cummerciale cù lettura digitale diretta. Sfortunatamente, l'impedenza hè generalmente specificata à una freccia specifica è hè un scalare chì rapprisenta a magnitudine di u cumplessu. impedance vector.While sta infurmazione hè priziosa, hè spessu insufficient, soprattuttu quandu mudellu u funziunamentu di u circuitu di ferrites.To ghjunghje sin'à sta, u valore impedance è angulu fasa di u cumpunenti, o u cumplessu permeability di u materiale specifichi, deve esse disponibile.
Ma ancu prima di principià à mudificà a prestazione di cumpunenti di ferrite in un circuitu, i diseggiani anu da sapè ciò chì segue:
dove μ'= parte reale di permeabilità cumplessa μ”= parte imaginaria di permeabilità cumplessa j = vettore imaginariu di l'unità Lo = induttanza core di l'aria
L'impedenza di u core di ferru hè ancu cunsiderata cum'è a combinazione seria di a reattanza induttiva (XL) è a resistenza di perdita (Rs), i dui chì sò dipendenti di a freccia.
induve: Rs = resistenza di serie totale = Rm + Re Rm = resistenza di serie equivalente per perdite magnetiche Re = resistenza di serie equivalente per perdite di rame
À frequenze bassu, l'impedenza di u cumpunente hè principarmenti inductiva. Quandu a freccia aumenta, l'induttanza diminuite mentre i perditi aumentanu è l'impedenza totale aumenta. A figura 4 hè una trama tipica di XL, Rs è Z versus frequenza per i nostri materiali di permeabilità media. .
Allora a reattanza induttiva hè proporzionale à a parte reale di a permeabilità cumplessa, per Lo, l'induttanza di u core di l'aria:
A resistenza di perdita hè ancu proporzionale à a parte imaginaria di a permeabilità cumplessa da a stessa constante:
In l'equazione 9, u materiale di u core hè datu da µs' è µs ", è a geometria di u core hè datu da Lo. Per quessa, dopu avè cunnisciutu a permeabilità cumplessa di e diverse ferrite, una comparazione pò esse fatta per ottene u materiale più adattatu à u desideratu. Frequenza o gamma di freccia.Dopu à sceglie u megliu materiale, hè u tempu di sceglie u megliu cumpunenti di taglia. A rapprisintazioni vettoriali di permeabilità cumplessa è impedenza hè mostrata in Figura 5.
A comparazione di forme di core è materiali di core per l'ottimisazione di l'impedenza hè simplice se u fabricatore furnisce un gràficu di permeabilità cumplessa versus frequenza per i materiali di ferrite cunsigliatu per l'applicazioni di suppressione. Sfortunatamente, questa informazione hè raramente dispunibule. curves.From stu dati un paraguni di materiali usatu pi ottimisà impedance core pò esse derivati.
In riferimentu à a Figura 6, a permeabilità iniziale è u fattore di dissipazione [4] di u materiale Fair-Rite 73 versus a frequenza, assumendu chì u designer vole guarantiscia una impedenza massima trà 100 è 900 kHz. Materiali 73 sò stati scelti. ci vole à capisce i parti reattivu è resistive di u vettore impedenza à 100 kHz (105 Hz) è 900 kHz.This infurmazione pò esse derivata da u graficu seguente:
A 100 kHz μs ' = μi = 2500 et (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 car Tan δ = μs ”/ μs' puis μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43,8
Il faut noter que, comme prévu, le μ” ajoute très peu au vecteur de perméabilité totale à cette basse fréquence.L'impedenza di u core hè principalmente induttiva.
I diseggiani sapemu chì u core deve accettà u filu #22 è si mette in un spaziu di 10 mm x 5 mm. U diametru internu serà specificatu cum'è 0,8 mm. Per risolve l'impedenza stimata è i so cumpunenti, prima selezziunate una perla cù un diametru esternu di. 10 mm è un'altezza di 5 mm:
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 ohms a 100 kHz
In questu casu, cum'è in a maiò parte di i casi, l'impedenza massima hè ottenuta usendu un OD più chjucu cù una lunghezza più longa. Se l'ID hè più grande, per esempiu 4mm, è vice versa.
U listessu approcciu pò esse usatu s'ellu hè furnitu trama di impedenza per unità Lo è angolo di fase versus frequenza. I figuri 9, 10 è 11 rapprisentanu tali curve per i stessi trè materiali utilizati quì.
I diseggiani volenu guarantiscenu l'impedenza massima nantu à a gamma di freccia di 25 MHz à 100 MHz. U spaziu di u bordu dispunibile hè di novu 10 mm x 5 mm è u core deve accettà u filu # 22 awg. Riferendu à a Figura 7 per l'impedenza unità Lo di i trè materiali ferrite, o Figura 8 per a permeabilità cumplessa di i stessi trè materiali, selezziunate u materiale 850 μi.[5]Utilizendu u graficu in a Figura 9, u Z / Lo di u materiale di permeabilità media hè 350 x 108 ohm / H à 25 MHz. Solve per l'impedenza stimata:
A discussione precedente assume chì u core di scelta hè cylindrical.If nuclei di ferrite sò usati per i cables ribbon flat, cables bundled, o platti perforati, u calculu di Lo diventa più difficiuli, è a lunghezza di u percorsu di u core abbastanza precisa è e figure di l'area efficae deve esse ottenuta. per calculà l'induttanza di u core di l'aria .Questu pò esse fattu da slicing matematicamente u core è aghjunghjendu a lunghezza di u percorsu calculatu è l'area magnetica per ogni fetta. l'altezza/lunghezza di u core di ferrite.[6]
Cumu l'anu dettu, a maiò parte di i fabricatori specificanu core per l'applicazioni EMI in quantu à l'impedenza, ma l'utilizatori finali di solitu deve cunnosce l'attenuazione. A relazione chì esiste trà questi dui parametri hè:
Sta rilazioni dipende da l'impedenza di a fonte chì genera u rumore è l'impedenza di a carica chì riceve u rumore. Questi valori sò generalmente numeri cumplessi, chì a gamma pò esse infinita, è ùn sò micca facilmente dispunibili per u designer.Sceglite un valore di 1 ohm per a carica è l'impedenza di a fonte, chì ponu accade quandu a surgente hè una fonte d'alimentazione in modalità switch è carica assai circuiti di bassa impedenza, simplifica l'equazioni è permette a comparazione di l'attenuazione di nuclei di ferrite.
U graficu in a Figura 12 hè un inseme di curve chì mostranu a relazione trà l'impedenza di u perle di scudo è l'attenuazione per parechji valori cumuni di carica più impedenza di generatore.
A figura 13 hè un circuitu equivalente di una fonte di interferenza cù una resistenza interna di Zs.U signale di interferenza hè generatu da l'impedenza di serie Zsc di u core suppressore è l'impedenza di carica ZL.
I figuri 14 è 15 sò grafici di l'impedenza versus a temperatura per i stessi trè materiali di ferrite. U più stabile di questi materiali hè u materiale 61 cù una riduzione di l'impedenza di 8% à 100º C è 100 MHz. In cuntrastu, u materiale 43 mostrava un 25. % drop in impedance à a listessa frequenza è temperature.These curve, quandu furnite, ponu esse usate per aghjustà l'impedenza di a temperatura di l'ambienti specificata se l'attenuazione à temperature elevate hè necessariu.
Cum'è cù a temperatura, i currenti di fornitura DC è 50 o 60 Hz afectanu ancu e stesse proprietà di ferrite inerenti, chì à u turnu risultatu in una impedenza di core più bassa. I figuri 16, 17 è 18 sò curve tipiche chì illustranu l'effettu di preghjudiziu nantu à l'impedenza di un materiale ferrite. .Questa curva descrive a degradazione di l'impedenza cum'è una funzione di a forza di u campu per un materiale particulari cum'è una funzione di freccia.Si deve esse nutatu chì l'effettu di u preghjudiziu diminuite cum'è a freccia aumenta.
Dapoi sta data hè stata cumpilata, Fair-Rite Products hà introduttu dui novi materiali.U nostru 44 hè un materiale di permeabilità media di nickel-zinc è u nostru 31 hè un materiale di alta permeabilità di manganese-zinc.
A figura 19 hè una trama di impedenza versus frequenza per perle di a stessa dimensione in materiali 31, 73, 44 è 43. U materiale 44 hè un materiale 43 migliuratu cù una resistività DC più alta, 109 ohm cm, megliu proprietà di scossa termale, stabilità di temperatura è temperatura Curie (Tc) più altu. U materiale 44 hà una impedenza ligeramente più altu versus caratteristiche di freccia cumparatu cù u nostru materiale 43. U materiale stazionariu 31 mostra una impedenza più altu ch'è 43 o 44 in tutta a gamma di freccia di misurazione. U 31 hè pensatu per alleviate Problema di risonanza dimensionale chì affetta u funziunamentu di suppressione di freccia di freccia più grande di nuclei di manganese-zinc è hè stata appiicata cù successu à i nuclei di suppressione di u connettore di cable è à i grandi nuclei toroidali. - Cores Rite cù 0.562″ OD, 0.250 ID, è 1.125 HT.Quandu si paragunate a Figura 19 è a Figura 20, deve esse nutatu chì per i nuclei più chjuchi, per frequenze finu à 25 MHz, u materiale 73 hè u megliu materiale suppressore.Tuttavia, cum'è a sezione trasversale di u core aumenta, a frequenza massima diminuisce.Comu mostra in i dati in Figura 20, 73 hè u megliu A freccia più alta hè 8 MHz.Hè nutate ancu chì u materiale 31 cumporta bè in a freccia di freccia da 8 MHz à 300 MHz.Tuttavia, cum'è una ferrite di zincu manganese, u materiale 31 hà una resistività di u voluminu assai più bassu di 102 ohms -cm, è più cambiamenti di impedenza cù cambiamenti di temperatura estremi.
Glossary Air Core Inductance – Lo (H) L'induttanza chì seria misurata se u core avia una permeabilità uniforme è a distribuzione di flussu restava constantu.Formula generale Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = .0461 N2 log10 (OD) /ID) Ht 10-8 (H) Dimensioni sò in mm
Attenuation - A (dB) A riduzzione di l'amplitude di u signale in a trasmissione da un puntu à l'altru. Hè un rapportu scalare di l'amplitude di input à l'amplitude di output, in decibels.
Core Constant - C1 (cm-1) A somma di e lunghezze di a strada magnetica di ogni sezione di u circuitu magneticu divisu da a regione magnetica currispundente di a listessa sezione.
Core Constant - C2 (cm-3) A summa di e lunghezze di u circuitu magneticu di ogni rùbbrica di u circuitu magneticu divisu da u quadru di u duminiu magneticu currispundente di a listessa sezione.
E dimensioni effettive di l'area di u percorsu magneticu Ae (cm2), a lunghezza di u caminu le (cm) è u voluminu Ve (cm3) Per una geometria di core data, si assume chì a lunghezza di u percorsu magneticu, l'area di sezione trasversale è u voluminu di u core toroidal hannu lu stissu pruprietà materiale cum'è U materiale deve avè proprietà magnetichi equivalenti à u core datu.
Intensità di campo - H (Oersted) Un parametru chì carattirizza a magnitudine di l'intensità di u campu. H = .4 π NI/le (Oersted)
Flux Density - B (Gaussian) U paràmetru currispundente di u campu magneticu induce in a regione normale à u percorsu di u flussu.
Impedenza – Z (ohm) L'impedenza di una ferrite pò esse espressa in termini di a so permeabilità cumplessa.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Tangente de perte - ​​tan δ La tangente de perte d'une ferrite est égale à l'inverse du circuit Q.
Fattore di perdita - tan δ / μi Eliminazione di fase trà cumpunenti fundamentali di densità di flussu magneticu è forza di campu cù permeabilità iniziale.
Permeabilità Magnetica - μ A permeabilità magnetica derivata da u rapportu di a densità di flussu magneticu è a forza di campu alternante applicata hè ...
A permeabilità di l'amplitude, μa - quandu u valore specificatu di a densità di flussu hè più grande di u valore utilizatu per a permeabilità iniziale.
Permeabilità Effettiva, μe - Quandu a strada magnetica hè custruita cù unu o più spazii d'aria, a permeabilità hè a permeabilità di un materiale homogeneiu ipoteticu chì furnisce a listessa reluctance.
In Compliance hè a prima fonte di nutizie, informazioni, educazione è ispirazione per i prufessiunali di l'ingegneria elettrica è elettronica.
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