Ứng dụng hạt từ trong thiết kế EMC nguồn điện chuyển mạch
1 Thành phần triệt nhiễu điện từ Ferrite
Ferrite là một 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, và màu của nó là xám đen. Một loại lõi từ thường được sử dụng trong các bộ lọc nhiễu điện từ là vật liệu ferit. Nhiều nhà sản xuất cung cấp vật liệu ferit chuyên dùng để khử nhiễu điện từ. Vật liệu này được đặc trưng bởi tổn thất rất cao ở tần số cao. Đối với ferrite được sử dụng để triệt tiêu nhiễu điện từ, các thông số hiệu suất quan trọng nhất là độ thấm từ μ và mật độ từ thông bão hòa Bs. Độ thấm từ μ có thể được biểu thị dưới dạng số phức, phần thực tạo thành độ tự cảm và phần ảo biểu thị sự mất mát, tăng khi tăng tần số. Do đó, mạch tương đương của nó là mạch nối tiếp gồm một cuộn cảm L và một điện trở R. Cả L và R đều là hàm của tần số. Khi một dây đi qua lõi ferrite này, trở kháng cảm ứng hình thành sẽ tăng lên khi tần số tăng lên, nhưng cơ chế của nó 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 nên độ tự cảm lớn. L đóng vai trò quan trọng. Nhiễu điện từ bị phản xạ và triệt tiêu; và tại thời điểm này, tổn thất từ tính trong lõi nhỏ và toàn bộ thiết bị là một cuộn cảm có tổn hao thấp và đặc tính Q cao. Cuộn cảm này dễ gây ra hiện tượng cộng hưởng. Do đó, ở dải tần số thấp, nhiễu đôi khi có thể tăng lên sau khi sử dụng hạt 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 làm cho độ tự cảm của cuộn cảm giảm và thành phần điện kháng cũng giảm. Tuy nhiên, lúc này độ hao hụt của lõi từ tăng lên và thành phần điện trở tăng lên. , làm cho tổng trở tăng lên. Khi tín hiệu tần số cao đi qua ferrite, nhiễu điện từ sẽ được hấp thụ và chuyển thành năng lượng nhiệt và 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 của đường dây điện của bảng mạch in, nhiễu tần số cao có thể được lọc ra. Vòng từ tính Ferrite hoặc hạt từ tính được sử dụng đặc biệt để triệt tiêu nhiễu tần số cao và nhiễu đột biến trên đường dây tín hiệu và đường dây điện. Nó còn có khả năng hấp thụ nhiễu xung phóng tĩnh điện.
2 Nguyên lý và đặc điểm của hạt từ Khi dòng điện chạy qua dây dẫn ở lỗ trung tâm sẽ tạo ra một vệt từ quay tròn bên trong hạt từ. Ferrite được sử dụng để điều khiển EMI phải được chế tạo để 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. như trong hình 2
Giá trị số của hai thành phần tỷ lệ thuận với chiều dài của hạt từ tính và chiều dài của hạt từ tính có tác động đáng kể đến hiệu ứng triệt tiêu. Chiều dài của hạt từ tính càng dài thì hiệu quả triệt tiêu càng tốt. Vì năng lượng tín hiệu được ghép từ tính với các hạt từ tính nên điện kháng và điện trở của cuộn cảm tăng khi tần số tăng. Hiệu quả của việc ghép từ phụ thuộc vào độ thấm từ của vật liệu hạt so với không khí. Thông thường, sự mất mát của vật liệu ferrite tạo nên các hạt từ tính có thể được biểu thị dưới dạng một đại lượng phức tạp bởi tính thấm từ của nó so với không khí.
Vật liệu từ tính thường sử dụng tỷ lệ này để mô tả góc tổn hao. Các thành phần được sử dụng để triệt tiêu EMI yêu cầu góc suy hao lớn, điều đó có nghĩa là hầu hết nhiễu sẽ bị tiêu tan mà không bị phản xạ. Sự đa dạng của các vật liệu ferrite hiện có cung cấp cho các nhà thiết kế nhiều lựa chọn để sử dụng hạt từ tính trong các tình huống khác nhau.
