Anwendung magnetischer Perlen im EMV-Design von Schaltnetzteilen
1 Ferrit-EMI-Unterdrückungselement
Ferrit ist ein eisenhaltiges magnetisches Material mit einer kubischen Gitterstruktur. Sein Herstellungsverfahren und seine mechanischen Eigenschaften ähneln denen von Keramik, die Farbe ist grauschwarz. EMI-Filter werden häufig in einer Klasse von Magnetkernen verwendet, die aus Ferritmaterial bestehen. Viele Hersteller bieten Ferritmaterial speziell zur EMI-Unterdrückung an. Dieses Material zeichnet sich durch einen sehr großen Hochfrequenzverlust aus. Für Ferrit zur EMI-Unterdrückung sind die wichtigsten Leistungsparameter Permeabilität µ und Sättigungsflussdichte Bs. Die Permeabilität µ kann als komplexe Zahl ausgedrückt werden, wobei der Realteil die Induktivität darstellt und der Imaginärteil den Verlust darstellt, der mit der Frequenz zunimmt. Daher ist sein äquivalenter Schaltkreis 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 geführt wird, steigt die resultierende induktive Impedanz formal mit der Frequenz
Formell erhöht sich der induktive Widerstand mit zunehmender Frequenz, der Mechanismus ist jedoch bei unterschiedlichen Frequenzen völlig unterschiedlich.
Im Niederfrequenzband wird die Impedanz durch die Induktivität der Induktivität bestimmt. Bei niedrigen Frequenzen ist R sehr klein und die magnetische Permeabilität des Kerns hoch. Daher ist die Induktivität groß und L spielt eine wichtige Rolle bei der Reflexion und Unterdrückung elektromagnetischer Störungen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verlust des Kerns gering. Das gesamte Gerät weist geringe Verluste und eine Induktivität mit hohem Q-Faktor auf, die zu Resonanzen neigt. Daher kann es im Niederfrequenzband vorkommen, dass die Verwendung von Ferritperlen nach der Störung das Phänomen verstärkt.
Im Hochfrequenzband setzt sich die Impedanz aus Widerstandskomponenten zusammen. Mit steigender Frequenz nimmt die magnetische Permeabilität des Kerns ab, was zu einer Verringerung der Induktivität der Induktivität führt, wodurch die induktive Komponente abnimmt. Gleichzeitig steigt jedoch der Verlust des Kerns, wodurch die Widerstandskomponente zunimmt, was zu einer Erhöhung der Gesamtimpedanz führt. Wenn die Hochfrequenzsignale durch den Ferrit gelangen, werden elektromagnetische Störungen absorbiert und in Form einer Wärmeenergieableitung umgewandelt.
Ferrit-Unterdrückungskomponenten werden häufig in Leiterplatten, Stromleitungen und Datenleitungen verwendet. Wenn am Eingangsende der Stromleitung einer Leiterplatte ein Ferrit-Unterdrückungselement hinzugefügt wird, können Hochfrequenzstörungen herausgefiltert werden. Ferrit-Magnetringe oder -perlen dienen dazu, Hochfrequenzstörungen und Spike-Störungen auf Signalleitungen und Stromleitungen zu unterdrücken. Sie können auch elektrostatische Entladungsimpulsstörungen absorbieren.
2 Das Prinzip und die Eigenschaften der Magnetperle: Wenn der Strom durch das zentrale Loch im Draht fließt, entsteht ein innerer Zirkulationsfluss der Magnetkanäle in der Magnetperle. Wenn ein Ferrit zur EMI-Kontrolle formuliert wird, sollte es möglich sein, den größten Teil des magnetischen Flusses als Wärme im Material abzuleiten. Dieses Phänomen kann durch eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einem Widerstand modelliert werden. Wie in Abbildung 2 dargestellt,
Die numerische Größe der beiden Komponenten ist direkt proportional zur Länge der Perle, und die Länge der Perle hat einen erheblichen Einfluss auf die Unterdrückung, wobei eine längere Perlenlänge eine bessere Unterdrückung bietet. Da die Signalenergie magnetisch an die Perlen gekoppelt ist, nehmen die Reaktanz und der Widerstand der Induktivität mit der Frequenz zu. Die Effizienz der magnetischen Kopplung hängt von der magnetischen Permeabilität des Perlenmaterials im Verhältnis zu Luft ab. Der Verlust des Ferritmaterials, aus dem die Perle normalerweise besteht, kann als komplexe Größe durch seine Permeabilität im Verhältnis zu Luft ausgedrückt werden.
Magnetische Materialien zeichnen sich häufig durch dieses Verhältnis zum Verlustwinkel aus. Für EMI-Unterdrückungskomponenten ist ein großer Verlustwinkel erforderlich, was bedeutet, dass der Großteil der Störungen abgeleitet wird.
Dies bedeutet, dass die meisten Störungen abgeführt und nicht reflektiert werden. Die große Vielfalt an heute verfügbaren Ferritmaterialien bietet dem Designer eine große Auswahl an Perlen für verschiedene Anwendungen.
