Использование ферритов для подавления электромагнитных помех

May 17, 2023

В нашем идеальном мире безопасность, качество и производительность имеют первостепенное значение. Однако стоимость конечного компонента (в который входит феррит) во многих случаях становится решающим фактором. Эта статья написана в помощь инженерам-конструкторам, которые ищут альтернативные ферритовые материалы как средство снижения стоимости.

ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРРИТА

Ниже приведены три основных применения мягкого феррита:

1. Низкий уровень сигнала2. Мощность3. ЭМИ

Требуемые внутренние характеристики материала и геометрия сердечника определяются каждым конкретным применением. Внутренними характеристиками, определяющими производительность приложений с низким уровнем сигнала, являются проницаемость (особенно в зависимости от температуры), низкие потери в сердечнике и хорошая магнитная стабильность во времени и температуре. Приложения включают в себя высокодобротные индукторы, синфазные индукторы, широкополосные, согласующие и импульсные трансформаторы, антенные элементы для радиостанций, а также активные и пассивные транспондеры. Для энергетических применений желательными характеристиками являются высокая плотность потока и низкие потери на рабочей частоте и температуре. Область применения включает импульсные источники питания, магнитные усилители, преобразователи постоянного тока, силовые фильтры, катушки зажигания и трансформаторы для зарядки аккумуляторов электромобилей.

Внутренней характеристикой, которая больше всего влияет на характеристики мягкого феррита при подавлении помех, является комплексная проницаемость [1], которая прямо пропорциональна импедансу сердечника. Есть три способа использования ферритов в качестве подавителей нежелательных сигналов, проводимых или излучаемых. Первый и наименее распространенный — это настоящие экраны, в которых феррит используется для изоляции проводника, компонента или цепи от среды излучаемых рассеянных электромагнитных полей. Во втором варианте феррит используется вместе с емкостным элементом для создания фильтра нижних частот, который является индуктивно-емкостным на низких частотах и ​​диссипативным на более высоких частотах. Третий и наиболее распространенный вариант применения — это когда ферритовые сердечники используются отдельно на выводах компонентов или в схемах на уровне платы. В этом случае ферритовый сердечник предотвращает любые паразитные колебания и/или ослабляет нежелательный прием или передачу сигнала, который может распространяться по выводам компонентов или взаимосвязанным проводам, дорожкам или кабелям. Как во втором, так и в третьем применении ферритовый сердечник подавляет кондуктивные электромагнитные помехи, устраняя или значительно уменьшая высокочастотные токи, исходящие от источника электромагнитных помех. Введение феррита обеспечивает достаточно высокий частотный импеданс, что приводит к подавлению токов высокой частоты. Теоретически идеальный феррит должен обеспечивать высокий импеданс на частотах электромагнитных помех и нулевой импеданс на всех остальных частотах. В действительности, ферритовые глушители обеспечивают частотно-зависимое сопротивление. Низкий на частотах ниже 1 МГц, а в зависимости от материала феррита максимальный импеданс может быть получен в диапазоне от 10 до 500 МГц.

КОМПЛЕКСНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

Как это соответствует принципам электротехники, в которой переменные напряжения и токи обозначаются комплексными параметрами, так и проницаемость материала можно представить как комплексный параметр, состоящий из действительной и мнимой частей. Это проявляется на высоких частотах, где проницаемость разделяется на две составляющие. Действительная составляющая (μ') представляет собой реактивную часть и находится в фазе [2] с переменным магнитным полем, тогда как мнимая составляющая (μ") представляет потери и находится в противофазе с переменным магнитным полем. Они могут быть выражены как последовательные компоненты (мкс' мкс" ) или параллельные компоненты (мкр' мкп"). Графики на рисунках 1, 2 и 3 показывают последовательные компоненты комплексной начальной проницаемости как функцию частоты для трех ферритовых материалов. Материал тип 73 - марганец-цинковый феррит с начальной проницаемостью 2500. Тип материала 43 - никель-цинковый феррит с начальной проницаемостью 850. Тип материала 61 - никель-цинковый феррит с начальной проницаемостью 125.