Ứng dụng hạt từ trong thiết kế EMC của nguồn điện chuyển mạch
Các vấn đề về EMC đã trở thành một vấn đề nóng bỏng và đầy thách thức trong thiết kế và sản xuất điện tử ngày nay. Vấn đề EMC trong ứng dụng thực tế rất phức tạp và không thể giải quyết chỉ bằng kiến thức lý thuyết. Nó dựa nhiều hơn vào kinh nghiệm thực tế của các kỹ sư điện tử. Để giải quyết tốt hơn vấn đề EMC trong các sản phẩm điện tử, chủ yếu cần xem xét thiết kế nối đất, mạch và bảng mạch PCB, thiết kế cáp, thiết kế che chắn và các vấn đề khác.
Bài viết này giải thích tầm quan trọng của các hạt từ tính trong khía cạnh EMC của việc chuyển đổi nguồn điện bằng cách giới thiệu các nguyên tắc và đặc điểm cơ bản của chúng, nhằm cung cấp nhiều lựa chọn ngày càng tốt hơn cho các nhà thiết kế sản phẩm nguồn điện chuyển mạch khi thiết kế sản phẩm mới.
1 phần tử triệt tiêu nhiễu điện từ Ferrite
Ferrite là một loại vật liệu sắt từ có cấu trúc mạng hình khối. Quy trình sản xuất và tính chất cơ học của nó tương tự như gốm sứ, có màu đen xám. Một loại lõi từ thường được sử dụng trong các bộ lọc nhiễu điện từ là vật liệu ferit và nhiều nhà sản xuất cung cấp vật liệu ferit đặc biệt để triệt tiêu nhiễu điện từ. Đặc tính của vật liệu này là mất tần số cao. Thông số hiệu suất quan trọng nhất đối với ferrite được sử dụng để triệt tiêu nhiễu điện từ là độ thấm từ μ và mật độ từ thông bão hòa Bs. Độ thấm từ μ Nó có thể được biểu thị dưới dạng số phức, với phần thực tạo thành độ tự cảm và phần ảo biểu thị tổn hao, tăng theo tần số. Do đó, mạch tương đương của nó là mạch nối tiếp gồm có điện cảm L và điện trở R, cả hai đều là hàm của tần số. Khi dây đi qua lõi ferrite này, trở kháng điện cảm hình thành tăng chính xác khi tần số tăng, nhưng cơ chế hoàn toàn khác nhau ở các tần số khác nhau.
Ở dải tần số thấp, trở kháng bao gồm điện kháng cảm ứng của cuộn cảm. Ở tần số thấp, R rất nhỏ và độ thấm từ của lõi từ cao. Do đó, độ tự cảm lớn và L đóng vai trò chính. Nhiễu điện từ bị triệt tiêu bởi sự phản xạ; Và tại thời điểm này, tổn thất của lõi từ tương đối nhỏ, và toàn bộ thiết bị là một cuộn cảm có đặc tính Q cao, tổn thất thấp, dễ bị cộng hưởng. Do đó, ở dải tần số thấp, đôi khi có thể xảy ra tình trạng tăng cường nhiễu sau khi sử dụng hạt từ tính ferit.
Ở dải tần số cao, trở kháng bao gồm các thành phần điện trở. Khi tần số tăng, độ thấm từ của lõi từ giảm dẫn đến thành phần điện cảm và điện cảm của cuộn cảm giảm. Tuy nhiên, lúc này, tổn thất của lõi từ tăng lên và thành phần điện trở tăng lên dẫn đến tổng trở kháng tăng lên. Khi tín hiệu tần số cao đi qua ferrite, nhiễu điện từ sẽ được hấp thụ và chuyển thành năng lượng nhiệt để tiêu tán.
Các thành phần triệt tiêu Ferrite được sử dụng rộng rãi trong các bảng mạch in, đường dây điện và đường dữ liệu. Nếu một thành phần triệt tiêu ferit được thêm vào đầu vào đường dây điện của bảng mạch in, nhiễu tần số cao có thể được lọc ra. Các vòng hoặc hạt từ tính Ferrite được thiết kế đặc biệt để triệt tiêu nhiễu tần số cao và nhiễu cực đại trên đường dây tín hiệu và nguồn điện, đồng thời chúng cũng có khả năng hấp thụ nhiễu xung phóng tĩnh điện.
Nguyên lý và đặc điểm của hạt từ: Khi dòng điện chạy qua một sợi dây trong lỗ lõi sẽ trở thành rãnh từ chuyển động bên trong hạt từ. Khi chuẩn bị ferrite để kiểm soát EMI, có thể tiêu tán phần lớn từ thông dưới dạng nhiệt trong vật liệu. Hiện tượng này có thể được mô phỏng bằng sự kết hợp nối tiếp giữa cuộn cảm và điện trở.
Năng lượng tín hiệu được ghép từ tính với các hạt từ tính, do đó điện trở và điện trở của cuộn cảm tăng theo tần số ngày càng tăng. Hiệu quả của việc ghép từ phụ thuộc vào độ thấm của vật liệu hạt từ so với không khí. Sự mất mát của vật liệu ferrite thường tạo nên các hạt từ tính có thể được biểu thị dưới dạng đại lượng phức tạp bởi tính thấm tương đối của chúng đối với không khí.
Vật liệu từ tính thường được đặc trưng bởi góc suy hao khi sử dụng tỷ số này. Việc sử dụng các thành phần triệt tiêu EMI đòi hỏi góc suy hao lớn, điều đó có nghĩa là hầu hết nhiễu sẽ bị tiêu tan mà không bị phản xạ. Các vật liệu ferrite khác nhau hiện có sẵn cung cấp cho các nhà thiết kế nhiều lựa chọn để sử dụng hạt từ tính trong các tình huống khác nhau.
