Anwendung magnetischer Perlen im EMV-Design von Schaltnetzteilen
1 Ferrit-Bauteil zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen
Ferrit ist ein ferrimagnetisches Material mit einer kubischen Gitterstruktur. Sein Herstellungsverfahren und seine mechanischen Eigenschaften ähneln denen von Keramik und seine Farbe ist grauschwarz. Ein Magnetkerntyp, der häufig in elektromagnetischen Interferenzfiltern verwendet wird, ist Ferritmaterial. Viele Hersteller bieten Ferritmaterialien an, die speziell zur Unterdrückung elektromagnetischer Interferenzen verwendet werden. Dieses Material zeichnet sich durch sehr hohe Verluste bei hohen Frequenzen aus. Bei Ferriten zur Unterdrückung elektromagnetischer Interferenzen sind die wichtigsten Leistungsparameter die magnetische Permeabilität µ und die magnetische Sättigungsflussdichte Bs. Die magnetische Permeabilität µ kann als komplexe Zahl ausgedrückt werden, der Realteil stellt die Induktivität dar und der Imaginärteil repräsentiert den Verlust, der mit zunehmender Frequenz zunimmt. Daher ist sein Äquivalentschaltkreis ein Reihenschaltkreis, der aus einer Induktivität L und einem Widerstand R besteht. Sowohl L als auch R sind Funktionen der Frequenz. Wenn ein Draht durch diesen Ferritkern verläuft, nimmt die gebildete induktive Impedanz mit zunehmender Frequenz zu, aber sein Mechanismus ist bei unterschiedlichen Frequenzen völlig unterschiedlich.
Im Niederfrequenzband setzt sich die Impedanz aus der induktiven Reaktanz der Induktivität zusammen. Bei niedriger Frequenz ist R sehr klein und die magnetische Permeabilität des Magnetkerns hoch, sodass die Induktivität groß ist. L spielt eine wichtige Rolle. Die elektromagnetische Störung wird reflektiert und unterdrückt; und zu diesem Zeitpunkt ist der magnetische Kernverlust gering und das gesamte Gerät ist eine Induktivität mit geringem Verlust und hohen Q-Eigenschaften. Diese Induktivität verursacht leicht Resonanz. Daher können im Niederfrequenzband Störungen nach Verwendung von Ferritperlen manchmal verstärkt werden.
Im Hochfrequenzband besteht die Impedanz aus Widerstandskomponenten. Mit zunehmender Frequenz nimmt die magnetische Permeabilität des Magnetkerns ab, wodurch die Induktivität der Induktivität abnimmt und die induktive Reaktanzkomponente abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt jedoch der Verlust des Magnetkerns zu und die Widerstandskomponente nimmt zu. , wodurch die Gesamtimpedanz zunimmt. Wenn Hochfrequenzsignale durch den Ferrit laufen, werden die elektromagnetischen Störungen absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt und abgeführt.
Ferrit-Unterdrückungskomponenten werden häufig in Leiterplatten, Stromleitungen und Datenleitungen verwendet. Wenn am Eingangsende der Stromleitung der Leiterplatte eine Ferrit-Unterdrückungskomponente hinzugefügt wird, können hochfrequente Störungen herausgefiltert werden. Ferrit-Magnetringe oder -Magnetperlen werden speziell verwendet, um hochfrequente Störungen und Spitzenstörungen auf Signalleitungen und Stromleitungen zu unterdrücken. Es hat auch die Fähigkeit, elektrostatische Entladungsimpulsstörungen zu absorbieren.
2 Prinzipien und Eigenschaften von Magnetperlen Wenn Strom durch den Draht im zentralen Loch fließt, wird innerhalb der Magnetperle eine zirkulierende Magnetspur erzeugt. Ferrite, die zur EMI-Kontrolle verwendet werden, sollten so formuliert sein, dass der größte Teil des magnetischen Flusses als Wärme im Material abgeleitet wird. Dieses Phänomen kann durch eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einem Widerstand simuliert werden, wie in Abbildung 2 gezeigt.
Die numerischen Werte der beiden Komponenten sind proportional zur Länge der Magnetperlen, und die Länge der Magnetperlen hat einen erheblichen Einfluss auf den Unterdrückungseffekt. Je länger die Magnetperlen sind, desto besser ist der Unterdrückungseffekt. Da die Signalenergie magnetisch an die Magnetperlen gekoppelt ist, erhöhen sich Reaktanz und Widerstand der Induktivität mit zunehmender Frequenz. Die Effizienz der magnetischen Kopplung hängt von der magnetischen Permeabilität des Perlenmaterials im Verhältnis zu Luft ab. Normalerweise kann der Verlust des Ferritmaterials, aus dem die Magnetperlen bestehen, als komplexe Größe durch seine magnetische Permeabilität im Verhältnis zu Luft ausgedrückt werden.
Magnetische Materialien verwenden dieses Verhältnis häufig zur Charakterisierung des Verlustwinkels. Die zur EMI-Unterdrückung verwendeten Komponenten erfordern einen großen Verlustwinkel, was bedeutet, dass der Großteil der Störungen abgeführt wird, ohne reflektiert zu werden. Die Vielfalt der derzeit verfügbaren Ferritmaterialien bietet Designern eine große Auswahl an Möglichkeiten für den Einsatz magnetischer Perlen in verschiedenen Situationen.
