Lajme

Në botën tonë ideale, siguria, cilësia dhe performanca janë parësore. Megjithatë, në shumë raste, kostoja e komponentit përfundimtar, duke përfshirë ferritin, është bërë faktori përcaktues. Ky artikull synon të ndihmojë inxhinierët e projektimit të gjejnë materiale alternative ferriti për të reduktuar kosto.
Karakteristikat e brendshme të dëshiruara të materialit dhe gjeometria e bërthamës përcaktohen nga secili aplikacion specifik. Vetitë e natyrshme që rregullojnë performancën në aplikimet e nivelit të ulët të sinjalit janë përshkueshmëria (veçanërisht temperatura), humbjet e ulëta të bërthamës dhe stabiliteti i mirë magnetik me kalimin e kohës dhe temperaturës. Aplikimet përfshijnë Q të lartë induktorët, induktorët e modalitetit të zakonshëm, transformatorët me brez të gjerë, të përshtatur dhe pulsi, elementët e antenës së radios dhe përsëritësit aktivë dhe pasivë. Për aplikimet e energjisë, densiteti i lartë i fluksit dhe humbjet e ulëta në frekuencën e funksionimit dhe temperaturën janë karakteristika të dëshirueshme. Aplikimet përfshijnë furnizimin me energji në modalitet ndërprerës për Karikimi i baterive të automjeteve elektrike, amplifikatorët magnetikë, konvertuesit DC-DC, filtrat e fuqisë, bobinat e ndezjes dhe transformatorët.
Vetia e brendshme që ka ndikimin më të madh në performancën e ferritit të butë në aplikimet e shtypjes është përshkueshmëria komplekse [1], e cila është proporcionale me rezistencën e rezistencës së bërthamës. Ka tre mënyra për të përdorur ferritin si shtypës të sinjaleve të padëshiruara (të përcjella ose të rrezatuara E para, dhe më pak e zakonshme, është si një mburojë praktike, ku ferritet përdoren për të izoluar përçuesit, përbërësit ose qarqet nga mjedisi i fushës elektromagnetike endacak rrezatimi. Në aplikimin e dytë, ferritet përdoren me elementë kapacitiv për të krijuar një kalim të ulët. filtri, dmth. induktiviteti - kapacitiv në frekuenca të ulëta dhe shpërhapje në frekuenca të larta. Përdorimi i tretë dhe më i zakonshëm është kur bërthamat e ferritit përdoren vetëm për prizat e komponentëve ose qarqet e nivelit të tabelës. Në këtë aplikim, bërthama e ferritit parandalon çdo lëkundje parazitare dhe/ ose zbut marrjen ose transmetimin e padëshiruar të sinjalit që mund të përhapet përgjatë prizave ose ndërlidhjeve, gjurmëve ose kabllove të komponentëve. Në aplikimet e dyta dhe të treta, bërthamat e ferritit shtypin EMI-në e kryer duke eliminuar ose reduktuar në masë të madhe rrymat e frekuencës së lartë të tërhequr nga burimet EMI. Futja e ferritit siguron impedancë me frekuencë mjaft të lartë për të shtypur rrymat e frekuencës së lartë. Në teori, një ferrit ideal do të siguronte rezistencë të lartë në frekuencat EMI dhe rezistencë zero në të gjitha frekuencat e tjera. Në fakt, bërthamat e shtypësit të ferritit ofrojnë rezistencë të varur nga frekuenca. Në frekuencat nën 1 MHz, impedanca maksimale mund të merret ndërmjet 10 MHz dhe 500 MHz në varësi të materialit ferrit.
Meqenëse është në përputhje me parimet e inxhinierisë elektrike, ku voltazhi dhe rryma AC përfaqësohen nga parametra komplekse, përshkueshmëria e një materiali mund të shprehet si një parametër kompleks i përbërë nga pjesë reale dhe imagjinare. Kjo demonstrohet në frekuenca të larta, ku përshkueshmëria ndahet në dy komponentë. Pjesa reale (μ') paraqet pjesën reaktive, e cila është në fazë me fushën magnetike alternative [2], ndërsa pjesa imagjinare (μ") përfaqëson humbjet, të cilat janë jashtë fazës me fushë magnetike e alternuar.Këto mund të shprehen si komponentë seri (μs'μs") ose në komponentë paralelë (µp'µp").Grafikët në figurat 1, 2 dhe 3 tregojnë komponentët e serisë së përshkueshmërisë fillestare komplekse në funksion të frekuencës për tre materiale ferrite.Lloji i materialit 73 është një ferrit mangan-zink, përçueshmëria fillestare magnetike është 2500. Lloji i materialit 43 është një ferrit zinku i nikelit me një përshkueshmëri fillestare prej 850. Lloji i materialit 61 është një ferrit zinku i nikelit me një përshkueshmëri fillestare prej 125.
Duke u ndalur në komponentin e serisë së materialit të tipit 61 në figurën 3, shohim se pjesa reale e përshkueshmërisë, μs', mbetet konstante me frekuencë në rritje derisa të arrihet një frekuencë kritike dhe më pas zvogëlohet me shpejtësi. Humbja ose μs” rritet. dhe më pas arrin majat me rënien e μs.Kjo rënie në μs' është për shkak të fillimit të rezonancës ferrimagnetike.[3] Duhet të theksohet se sa më e lartë të jetë përshkueshmëria, aq më shumë Sa më e ulët të jetë frekuenca.Kjo marrëdhënie e kundërt u vëzhgua për herë të parë nga Snoek dhe dha formulën e mëposhtme:
ku: ƒres = μs” frekuenca në maksimum γ = raporti xhiromagnetik = 0,22 x 106 A-1 m μi = përshkueshmëria fillestare Msat = 250-350 Am-1
Meqenëse bërthamat e ferritit të përdorura në aplikacionet e nivelit të ulët të sinjalit dhe fuqisë fokusohen në parametrat magnetikë nën këtë frekuencë, prodhuesit e ferritit rrallë publikojnë të dhëna për përshkueshmërinë dhe/ose humbjen në frekuenca më të larta. Megjithatë, të dhënat e frekuencës më të lartë janë thelbësore kur specifikohen bërthamat e ferritit për shtypjen e EMI.
Karakteristika që përcaktojnë shumica e prodhuesve të ferritit për komponentët e përdorur për shtypjen e EMI është impedanca. Impedanca matet lehtësisht në një analizues të disponueshëm komercial me lexim direkt dixhital. Fatkeqësisht, impedanca zakonisht specifikohet në një frekuencë specifike dhe është një shkallë që përfaqëson madhësinë e kompleksit Vektori i impedancës.Ndonëse ky informacion është i vlefshëm, ai shpesh është i pamjaftueshëm, veçanërisht kur modelohet performanca e qarkut të ferriteve. Për të arritur këtë, vlera e rezistencës dhe këndi i fazës së komponentit, ose përshkueshmëria komplekse e materialit specifik, duhet të jenë të disponueshme.
Por edhe para fillimit të modelimit të performancës së komponentëve të ferritit në një qark, projektuesit duhet të dinë sa vijon:
ku μ'= pjesa reale e përshkueshmërisë komplekse μ”= pjesa imagjinare e përshkueshmërisë komplekse j = vektori imagjinar i njësisë Lo= induktiviteti i bërthamës së ajrit
Rezistenca e rezistencës së bërthamës së hekurit konsiderohet gjithashtu si kombinimi i serisë së reaktancës induktive (XL) dhe rezistencës së humbjes (Rs), të cilat të dyja varen nga frekuenca. Një bërthamë pa humbje do të ketë një rezistencë të dhënë nga reaktansa:
ku: Rs = rezistenca totale e serisë = Rm + Re Rm = rezistenca ekuivalente e serisë për shkak të humbjeve magnetike Re = rezistenca ekuivalente e serisë për humbjet e bakrit
Në frekuenca të ulëta, impedanca e komponentit është kryesisht induktive. Me rritjen e frekuencës, induktiviteti zvogëlohet ndërsa humbjet rriten dhe impedanca totale rritet. Figura 4 është një grafik tipik i XL, Rs dhe Z kundrejt frekuencës për materialet tona me përshkueshmëri mesatare .
Atëherë reaktanca induktive është proporcionale me pjesën reale të përshkueshmërisë komplekse, nga Lo, induktiviteti i bërthamës së ajrit:
Rezistenca e humbjes është gjithashtu proporcionale me pjesën imagjinare të përshkueshmërisë komplekse nga e njëjta konstante:
Në ekuacionin 9, materiali i bërthamës jepet me μs' dhe µs”, dhe gjeometria e bërthamës jepet nga Lo. Prandaj, pasi të dihet përshkueshmëria komplekse e ferriteve të ndryshëm, mund të bëhet një krahasim për të marrë materialin më të përshtatshëm sipas dëshirës. frekuenca ose diapazoni i frekuencës. Pas zgjedhjes së materialit më të mirë, është koha për të zgjedhur komponentët e madhësisë më të mirë. Paraqitja vektoriale e përshkueshmërisë komplekse dhe e rezistencës është paraqitur në Figurën 5.
Krahasimi i formave të bërthamës dhe materialeve bazë për optimizimin e rezistencës është i thjeshtë nëse prodhuesi ofron një grafik të përshkueshmërisë komplekse kundrejt frekuencës për materialet ferrite të rekomanduara për aplikime shtypëse. Fatkeqësisht, ky informacion është rrallë i disponueshëm. Megjithatë, shumica e prodhuesve ofrojnë përshkueshmërinë fillestare dhe humbjen kundrejt frekuencës lakoret.Nga këto të dhëna mund të nxirret një krahasim i materialeve të përdorura për të optimizuar rezistencën e bërthamës.
Duke iu referuar figurës 6, përshkueshmëria fillestare dhe faktori i shpërndarjes [4] të materialit Fair-Rite 73 kundrejt frekuencës, duke supozuar se projektuesi dëshiron të garantojë një rezistencë maksimale midis 100 dhe 900 kHz. U zgjodhën 73 materiale. Për qëllime modelimi, projektuesi gjithashtu duhet të kuptojë pjesët reaktive dhe rezistente të vektorit të rezistencës në 100 kHz (105 Hz) dhe 900 kHz. Ky informacion mund të nxirret nga grafiku i mëposhtëm:
Në 100kHz μs ' = μi = 2500 dhe (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 sepse Tan δ = μs ”/ μs' pastaj μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43,8
Duhet të theksohet se, siç pritej, μ” i shton shumë pak vektorit të përshkueshmërisë totale në këtë frekuencë të ulët.Impedanca e bërthamës është kryesisht induktive.
Projektuesit e dinë se bërthama duhet të pranojë telin #22 dhe të përshtatet në një hapësirë ​​10 mm x 5 mm. Diametri i brendshëm do të specifikohet si 0,8 mm. Për të zgjidhur rezistencën e vlerësuar dhe përbërësit e saj, së pari zgjidhni një rruazë me një diametër të jashtëm prej 10 mm dhe lartësi 5 mm:
Z= ωLo (2500.38) = (6.28 x 105) x .0461 x log10 (5/.8) x 10 x (2500.38) x 10-8= 5.76 ohms në 100 kHz
Në këtë rast, si në shumicën e rasteve, impedanca maksimale arrihet duke përdorur një OD më të vogël me një gjatësi më të madhe. Nëse ID është më e madhe, p.sh. 4 mm, dhe anasjelltas.
E njëjta qasje mund të përdoret nëse ofrohen grafikët e rezistencës për njësi Lo dhe këndi fazor kundrejt frekuencës. Figura 9, 10 dhe 11 paraqesin kthesa të tilla për të njëjtat tre materiale të përdorura këtu.
Projektuesit duan të garantojnë rezistencë maksimale në intervalin e frekuencës 25 MHz deri në 100 MHz. Hapësira e disponueshme e tabelës është përsëri 10mm x 5mm dhe bërthama duhet të pranojë telin #22 awg. Duke iu referuar Figurës 7 për rezistencën e njësisë Lo të tre materialeve ferrit, ose Figura 8 për përshkueshmërinë komplekse të tre materialeve të njëjta, zgjidhni materialin 850 μi.[5]Duke përdorur grafikun në figurën 9, Z/Lo e materialit të përshkueshmërisë mesatare është 350 x 108 ohm/H në 25 MHz. Zgjidheni për rezistencën e vlerësuar:
Diskutimi i mëparshëm supozon se bërthama e zgjedhur është cilindrike. Nëse bërthamat e ferritit përdoren për kabllot me shirita të sheshtë, kabllot e bashkuar ose pllakat me vrima, llogaritja e Lo bëhet më e vështirë dhe duhet të merren mjaft të sakta gjatësia e rrugës së bërthamës dhe shifrat efektive të zonës. për të llogaritur induktancën e bërthamës së ajrit. Kjo mund të bëhet duke prerë matematikisht bërthamën dhe duke shtuar gjatësinë e llogaritur të rrugës dhe sipërfaqen magnetike për secilën fetë. Megjithatë, në të gjitha rastet, rritja ose ulja e rezistencës do të jetë proporcionale me rritjen ose uljen në lartësia/gjatësia e bërthamës së ferritit.[6]
Siç u përmend, shumica e prodhuesve specifikojnë bërthamat për aplikacionet EMI për sa i përket impedancës, por përdoruesi përfundimtar zakonisht duhet të dijë dobësimin. Marrëdhënia që ekziston midis këtyre dy parametrave është:
Kjo marrëdhënie varet nga impedanca e burimit që gjeneron zhurmën dhe nga impedanca e ngarkesës që merr zhurmën. Këto vlera janë zakonisht numra kompleks, diapazoni i të cilëve mund të jetë i pafund dhe nuk janë lehtësisht të disponueshme për projektuesin. Zgjedhja e një vlere të 1 ohm për ngarkesën dhe impedancat e burimit, të cilat mund të ndodhin kur burimi është një furnizim me energji në modalitetin e ndërprerësit dhe ngarkon shumë qarqe me rezistencë të ulët, thjeshton ekuacionet dhe lejon krahasimin e dobësimit të bërthamave të ferritit.
Grafiku në figurën 12 është një grup kthesash që tregojnë marrëdhënien midis rezistencës së rezistencës së rruazës së mburojës dhe dobësimit për shumë vlera të zakonshme të ngarkesës plus rezistencën e gjeneratorit.
Figura 13 është një qark ekuivalent i një burimi ndërhyrjeje me një rezistencë të brendshme prej Zs.Sinjali i interferencës gjenerohet nga impedanca serike Zsc e bërthamës së shtypësit dhe impedanca e ngarkesës ZL.
Figura 14 dhe 15 janë grafikët e rezistencës ndaj temperaturës për të njëjtat tre materiale ferrite. Më e qëndrueshme nga këto materiale është materiali 61 me një reduktim prej 8% të rezistencës në 100º C dhe 100 MHz. Në të kundërt, materiali 43 tregoi një 25 % rënie e rezistencës në të njëjtën frekuencë dhe temperaturë. Këto kthesa, kur ofrohen, mund të përdoren për të rregulluar rezistencën e specifikuar të temperaturës së dhomës nëse kërkohet zbutje në temperatura të larta.
Ashtu si me temperaturën, rrymat e furnizimit DC dhe 50 ose 60 Hz gjithashtu ndikojnë në të njëjtat veti të qenësishme të ferritit, të cilat nga ana e tyre rezultojnë në rezistencë më të ulët të bërthamës. Figura 16, 17 dhe 18 janë kthesa tipike që ilustrojnë efektin e paragjykimit në rezistencën e rezistencës së një materiali ferrit .Kjo kurbë përshkruan degradimin e impedancës si funksion i forcës së fushës për një material të caktuar si funksion i frekuencës. Duhet të theksohet se efekti i paragjykimit zvogëlohet me rritjen e frekuencës.
Që nga përpilimi i këtyre të dhënave, Fair-Rite Products ka prezantuar dy materiale të reja. Our 44 është një material me përshkueshmëri mesatare nikel-zink dhe 31 ynë është një material me përshkueshmëri të lartë mangan-zink.
Figura 19 është një grafik i impedancës kundrejt frekuencës për rruaza me të njëjtën madhësi në materialet 31, 73, 44 dhe 43. Materiali 44 është një material i përmirësuar 43 me rezistencë më të lartë DC, 109 ohm cm, veti më të mira të goditjes termike, stabilitet të temperaturës dhe temperaturë më e lartë Curie (Tc). Materiali 44 ka rezistencë pak më të lartë kundrejt karakteristikave të frekuencës në krahasim me materialin tonë 43. Materiali i palëvizshëm 31 shfaq një rezistencë më të lartë se 43 ose 44 në të gjithë diapazonin e frekuencës së matjes. 31 është projektuar për të lehtësuar problemi i rezonancës dimensionale që ndikon në performancën e shtypjes së frekuencës së ulët të bërthamave më të mëdha mangan-zink dhe është aplikuar me sukses në bërthamat e shtypjes së lidhësit kabllor dhe bërthamave të mëdha toroidale. Figura 20 është një grafik i rezistencës ndaj frekuencës për materialet 43, 31 dhe 73 për Fair -Bërthama rite me OD 0,562″, ID 0,250 dhe 1,125 HT.Kur krahasojmë Figurën 19 dhe Figurën 20, duhet theksuar se për bërthama më të vogla, për frekuenca deri në 25 MHz, materiali 73 është materiali më i mirë shtypës.Megjithatë, me rritjen e seksionit kryq të bërthamës, frekuenca maksimale zvogëlohet.Siç tregohet në të dhënat në Figurën 20, 73 është më i miri Frekuenca më e lartë është 8 MHz.Vlen gjithashtu të theksohet se materiali 31 performon mirë në intervalin e frekuencës nga 8 MHz në 300 MHz.Sidoqoftë, si një ferrit i zinkut të manganit, materiali 31 ka një rezistencë vëllimi shumë më të ulët prej 102 ohms -cm, dhe më shumë ndryshime të rezistencës me ndryshime ekstreme të temperaturës.
Fjalorthi Induktiviteti i bërthamës së ajrit – Lo (H) Induktiviteti që do të matej nëse bërthama do të kishte përshkueshmëri uniforme dhe shpërndarja e fluksit mbetej konstante.Formula e përgjithshme Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Unaza Lo = .0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) Dimensionet janë në mm
Zbutja – A (dB) Reduktimi i amplitudës së sinjalit në transmetim nga një pikë në tjetrën. Është një raport skalar i amplitudës së hyrjes me amplituda e daljes, në decibel.
Konstanta bërthamore – C1 (cm-1) Shuma e gjatësive të rrugës magnetike të çdo seksioni të qarkut magnetik pjesëtuar me rajonin magnetik përkatës të të njëjtit seksion.
Konstanta bërthamore – C2 (cm-3) Shuma e gjatësive të qarkut magnetik të çdo seksioni të qarkut magnetik pjesëtuar me katrorin e domenit magnetik përkatës të të njëjtit seksion.
Dimensionet efektive të zonës së shtegut magnetik Ae (cm2), gjatësia e shtegut le (cm) dhe vëllimi Ve (cm3) Për një gjeometri të caktuar të bërthamës, supozohet se gjatësia e shtegut magnetik, sipërfaqja e prerjes tërthore dhe vëllimi i bërthama toroidale ka të njëjtat veti materiale si Materiali duhet të ketë veti magnetike të barazvlefshme me bërthamën e dhënë.
Fuqia e fushës – H (Oersted) Parametër që karakterizon madhësinë e forcës së fushës.H = .4 π NI/le (Oersted)
Dendësia e fluksit – B (Gaussian) Parametri përkatës i fushës magnetike të induktuar në rajonin normal me shtegun e fluksit.
Impedanca – Z (ohm) Impedanca e një feriti mund të shprehet në termat e përshkueshmërisë së tij komplekse.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Tangjenta e humbjes – tan δ Tangjenta e humbjes së një feriti është e barabartë me reciprokun e qarkut Q.
Faktori i humbjes – tan δ/μi Heqja e fazës ndërmjet komponentëve themelorë të densitetit të fluksit magnetik dhe forcës së fushës me përshkueshmërinë fillestare.
Përshkueshmëria magnetike – μ Përshkueshmëria magnetike që rrjedh nga raporti i densitetit të fluksit magnetik dhe fuqisë së fushës alternative të aplikuar është…
Përshkueshmëria e amplitudës, μa - kur vlera e specifikuar e densitetit të fluksit është më e madhe se vlera e përdorur për përshkueshmërinë fillestare.
Përshkueshmëria efektive, μe - Kur rruga magnetike ndërtohet me një ose më shumë boshllëqe ajri, përshkueshmëria është përshkueshmëria e një materiali hipotetik homogjen që do të siguronte të njëjtin ngurrim.
In Compliance është burimi kryesor i lajmeve, informacionit, edukimit dhe frymëzimit për profesionistët e inxhinierisë elektrike dhe elektronike.
Hapësirë ​​ajrore Automobilistikë Komunikime Elektronikë Konsumatore Arsimi Energjia dhe Energjia Industria e Informacionit Teknologjia Mjekësore Ushtarake dhe Mbrojtjes