Neiegkeeten

An eiser idealer Welt sinn Sécherheet, Qualitéit a Leeschtung Prioritéit.A ville Fäll sinn awer d'Käschte vun der Finale Komponent, dorënner d'Ferrit, den entscheedende Faktor ginn. Dësen Artikel ass geduecht fir Designingenieuren ze hëllefen alternativ Ferritmaterial ze fannen fir ze reduzéieren kascht.
Déi gewënscht intrinsesch Materialeigenschaften a Kärgeometrie ginn duerch all spezifesch Applikatioun festgeluegt. Inherent Eegeschaften, déi d'Leeschtung bei nidderegen Signalniveauapplikatioune regéieren, sinn Permeabilitéit (besonnesch Temperatur), niddereg Kärverloschter a gutt magnetesch Stabilitéit iwwer Zäit an Temperatur. Uwendungen enthalen High-Q Induktoren, gemeinsame Modus Induktoren, Breetband, ugepasst a Pulstransformatoren, Radioantenneelementer, an aktiv a passiv Repeater.Fir Kraaftapplikatiounen, héich Fluxdicht an niddreg Verloschter bei der Operatiounsfrequenz an der Temperatur sinn wënschenswäert Charakteristiken.Applications include switch-mode power supply elektresch Gefier Batterie Opluedstatiounen, magnetesch Verstäerker, DC-DC Konverter, Kraaftfilter, Zündspulen, an Transformatoren.
Déi intrinsesch Eegeschafte déi de gréissten Impakt op mëll Ferrit Leeschtung an Ënnerdréckungsapplikatiounen huet ass déi komplex Permeabilitéit [1], déi proportional zu der Impedanz vum Kär ass. ).Déi éischt, an am mannsten heefeg, ass als praktesch Schëld, wou Ferrite benotzt gi fir Dirigenten, Komponenten oder Circuiten aus dem strahlenden elektromagnéitesche Feldëmfeld ze isoléieren.An der zweeter Applikatioun gi Ferrite mat kapazitiven Elementer benotzt fir e Low-Pass ze kreéieren. Filter, dh inductance - capacitive bei niddregen Frequenzen an dissipation bei héijen Frequenzen.Den drëtten an am meeschte verbreet Gebrauch ass wann Ferritkären eleng fir Komponentleitungen oder Board-Level Circuits benotzt ginn.An dëser Applikatioun verhënnert de Ferritkär all parasitär Schwéngungen an/ oder attenuates onerwënscht Signal Pickup oder Transmissioun datt laanscht Komponent féiert oder interconnects, Spure oder Kabelen propagéieren kann.An der zweeter an drëtter Applikatiounen, ferrite Kären ënnerdrécken geleete EMI vun Eliminatioun oder staark reduzéieren héich Frequenz Stroum vun EMI Quellen zéien.D'Aféierung vun ferrite gëtt Héich genuch Frequenzimpedanz fir héich Frequenzstroum z'ënnerdrécken.An der Theorie géif en idealen Ferrit eng héich Impedanz bei EMI Frequenzen an Nullimpedanz bei allen anere Frequenzen ubidden. maximal Impedanz kann tëscht 10 MHz an 500 MHz kritt ginn ofhängeg vum Ferritmaterial.
Well et mat de Prinzipien vun der Elektrotechnik konsequent ass, wou AC Spannung a Stroum duerch komplexe Parameteren duergestallt ginn, kann d'Permeabilitéit vun engem Material als komplexe Parameter ausgedréckt ginn, deen aus realen an imaginären Deeler besteet. Permeabilitéit trennt sech an zwee Komponenten.Den reellen Deel (μ') stellt de reaktiven Deel duer, deen an der Phas mam ofwiesselnd Magnéitfeld [2] ass, während den imaginären Deel (μ") d'Verloschter duerstellt, déi aus der Phase mat der ofwiesselnd Magnéitfeld.Dës kënnen als Seriekomponenten (μs'μs”) oder parallele Komponente (µp'µp” ausgedréckt ginn).D'Grafiken an de Figuren 1, 2 an 3 weisen d'Seriekomponente vun der komplexer initialer Permeabilitéit als Funktioun vun der Frequenz fir dräi Ferritmaterialien.Materialtyp 73 ass e Mangan-Zinkferrit, déi initial magnetesch D'Konduktivitéit ass 2500. Materialtyp 43 ass en Nickel-Zinkferrit mat enger initialer Permeabilitéit vun 850. Materialtyp 61 ass en Nickel-Zinkferrit mat enger initialer Permeabilitéit vun 125.
Fokusséiert op d'Serie Komponent vum Typ 61 Material an der Figur 3, gesi mir datt de reellen Deel vun der Permeabilitéit, μs', konstant bleift mat der Erhéijung vun der Frequenz bis eng kritesch Frequenz erreecht gëtt, an da séier erofgeet.De Verloscht oder μs" klëmmt an dann peaks wéi μs 'fällt.Dës Ofsenkung vun μs' ass wéinst dem Ufank vun der ferrimagnetescher Resonanz.[3] Et sollt bemierkt datt wat méi héich d'Permeabilitéit ass, wat méi Wat méi niddereg d'Frequenz ass.Dës invers Relatioun gouf fir d'éischt vum Snoek observéiert an huet déi folgend Formel ginn:
wou: ƒres = μs” Frequenz um Maximum γ = gyromagnetesche Verhältnis = 0,22 x 106 A-1 m μi = initial Permeabilitéit Msat = 250-350 Am-1
Zënter Ferritkären, déi an engem nidderegen Signalniveau a Kraaftapplikatioune benotzt ginn, fokusséieren op magnetesch Parameteren ënner dëser Frequenz, publizéieren Ferrithersteller selten Permeabilitéit an / oder Verloschtdaten op méi héije Frequenzen.
D'charakteristesch datt déi meescht Ferrite Hiersteller fir Komponente benotzt fir EMI Ënnerdréckung spezifizéieren ass impedance.Impedance ass einfach op engem kommerziell sinn Analyser mat direkten digital readout gemooss. Impedanzvektor.Obwuel dës Informatioun wäertvoll ass, ass se dacks net genuch, besonnesch wann d'Modeller vun der Circuitleistung vu Ferriten.Fir dëst z'erreechen, muss den Impedanzwäert an de Phasewinkel vun der Komponent, oder déi komplex Permeabilitéit vum spezifesche Material, verfügbar sinn.
Awer och ier Dir ufänkt d'Performance vu Ferritkomponenten an engem Circuit ze modelléieren, sollten d'Designer déi folgend wëssen:
wou μ' = reellen Deel vun der komplexer Permeabilitéit μ" = imaginären Deel vun der komplexer Permeabilitéit j = imaginäre Vektor vun der Eenheet Lo = Loftkärinduktioun
D'Impedanz vum Eisenkär gëtt och als Seriekombinatioun vun der induktiver Reaktanz (XL) an der Verloschtresistenz (Rs) ugesinn, déi béid Frequenzofhängeg sinn.
wou: Rs = Gesamtserieresistenz = Rm + Re Rm = gläichwäerteg Serieresistenz wéinst magnetesche Verloschter Re = gläichwäerteg Serieresistenz fir Kupferverloschter
Bei nidderegen Frequenzen ass d'Impedanz vun der Komponent haaptsächlech induktiv.Wéi d'Frequenz eropgeet, geet d'Induktioun erof, während d'Verloschter eropgoen an d'Gesamtimpedanz eropgeet. .
Dann ass d'induktiv Reaktanz proportional zum realen Deel vun der komplexer Permeabilitéit, duerch Lo, d'Loftkärinduktioun:
D'Verloschtresistenz ass och proportional zum imaginären Deel vun der komplexer Permeabilitéit mat der selwechter Konstant:
An der Equatioun 9 gëtt d'Kärmaterial duerch µs' an µs uginn", an d'Kärgeometrie gëtt vum Lo uginn. Dofir, nodeems Dir déi komplex Permeabilitéit vu verschiddene Ferrite kennt, kann e Verglach gemaach ginn fir dat gëeegent Material op de gewënschte Material ze kréien. Frequenz oder Frequenzbereich.Nodeems Dir dat bescht Material gewielt hutt, ass et Zäit fir déi bescht Gréisst Komponenten ze wielen.D'Vektorrepresentatioun vu komplexer Permeabilitéit an der Impedanz gëtt an der 5. Figur gewisen.
De Verglach vu Kärformen a Kärmaterialien fir Impedanzoptimiséierung ass einfach wann den Hiersteller eng Grafik vu komplexer Permeabilitéit versus Frequenz fir Ferritmaterialien recommandéiert fir Ënnerdréckungsapplikatiounen. Leider ass dës Informatioun selten verfügbar. curves.Aus dësen Donnéeën kann e Verglach vu Materialien, déi benotzt gi fir d'Kärimpedanz ze optimiséieren, ofgeleet ginn.
Bezunn op Figur 6, der éischter permeability an dissipation Faktor [4] vun Fair-Rite 73 Material versus Frequenz, unzehuelen, datt den Designer eng maximal Impedanz tëscht 100 an 900 kHz ze garantéieren wëllt.73 Material goufen ausgewielt. muss déi reaktiv a resistiv Deeler vum Impedanzvektor bei 100 kHz (105 Hz) an 900 kHz verstoen. Dës Informatioun kann aus dem folgenden Diagramm ofgeleet ginn:
Bei 100kHz μs ' = μi = 2500 an (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 well Tan δ = μs "/ μs' dann μs" = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.8
Et sollt bemierkt datt, wéi erwaart, den μ" ganz wéineg zum Total Permeabilitéitsvektor bei dëser niddereger Frequenz bäidréit.D'Impedanz vum Kär ass meeschtens induktiv.
Designer wëssen datt de Kär #22 Drot akzeptéiere muss an an en 10 mm x 5 mm Raum passen. Den banneschten Duerchmiesser gëtt als 0,8 mm spezifizéiert. Fir d'geschätzte Impedanz a seng Komponenten ze léisen, wielt als éischt eng Perle mat engem baussenzegen Duerchmiesser vun 10 mm an eng Héicht vu 5 mm:
Z= ωLo (2500.38) = (6.28 x 105) x .0461 x log10 (5/.8) x 10 x (2500.38) x 10-8= 5.76 Ohm bei 100 kHz
An dësem Fall, wéi an deene meeschte Fäll, gëtt maximal Impedanz erreecht andeems Dir e méi klengen OD mat enger méi laanger Längt benotzt. Wann d'ID méi grouss ass, zB 4mm, a vice-versa.
Déi selwecht Approche kann benotzt ginn wann Komplott vun impedance pro Eenheet Lo a Phase Wénkel versus Frequenz gëtt. Figuren 9, 10 an 11 representéieren esou Kéiren fir déi selwecht dräi Materialien hei benotzt.
Designers wëlle maximal Impedanz iwwer d'25 MHz bis 100 MHz Frequenzbereich garantéieren. De verfügbare Bordraum ass erëm 10mm x 5mm an de Kär muss #22 awg Drot akzeptéieren.Refering to Figure 7 for the unit impedance Lo of the three ferrite materials, oder Figur 8 fir déi komplex permeability vun der selwechter dräi Materialien, wielt der 850 μi Material.[5]Mat der Grafik an der Figur 9 ass den Z/Lo vum mëttlere Permeabilitéitsmaterial 350 x 108 ohm/H bei 25 MHz. Solve fir déi geschätzte Impedanz:
D'virun Diskussioun geet un datt de Kär vun der Wiel zylindresch ass.Wann Ferritkäre fir flaach Bandkabelen, gebündelte Kabelen oder perforéierte Placke benotzt ginn, gëtt d'Berechnung vu Lo méi schwéier, an zimlech genee Kärbunnslängt an effektiv Flächefigure musse kritt ginn. fir d'Loftkärinduktioun ze berechnen.Dëst kann gemaach ginn andeems de Kär mathematesch geschnidden an déi berechent Weelängt a Magnéitfläch fir all Slice bäigefüügt.An alle Fäll wäert awer d'Erhéijung oder d'Ofsenkung vun der Impedanz proportional zu der Erhéijung oder der Ofsenkung vun d'Héicht/Längt vum Ferritkär.[6]
Wéi erwähnt, spezifizéieren déi meescht Hiersteller Cores fir EMI Uwendungen wat d'Impedanz ugeet, awer den Endbenotzer muss normalerweis d'Dämpfung kennen. D'Relatioun déi tëscht dësen zwee Parameteren existéiert ass:
Dës Relatioun hänkt vun der Impedanz vun der Quell of, déi de Kaméidi generéiert an der Impedanz vun der Belaaschtung, déi de Kaméidi kritt. 1 Ohm fir d'Laascht- a Quellimpedanzen, wat kann optrieden wann d'Quell e Schaltmodus Energieversuergung ass a vill Low-Impedanzkreesser lued, vereinfacht d'Equatiounen an erlaabt de Verglach vun der Dämpfung vu Ferritkären.
D'Grafik an der Figur 12 ass e Set vu Kéiren déi d'Relatioun tëscht Schëldkugelimpedanz an Dämpfung fir vill gemeinsam Wäerter vun der Belaaschtung plus Generatorimpedanz weisen.
Figur 13 ass en gläichwäertege Circuit vun enger Stéierungsquell mat enger interner Resistenz vun Zs.D'Interferenzsignal gëtt generéiert vun der Serieimpedanz Zsc vum Ënnerdréckerkär an der Laaschtimpedanz ZL.
D'Figure 14 a 15 sinn Grafike vun der Impedanz versus Temperatur fir déiselwecht dräi Ferritmaterialien. Déi stabilst vun dëse Materialien ass de 61 Material mat enger 8% Reduktioun vun der Impedanz bei 100º C an 100 MHz. Am Géigesaz huet d'43 Material e 25 % drop an der Impedanz bei der selwechter Frequenz an der Temperatur.Dës Kéiren, wa virgesinn, kënne benotzt ginn fir d'spezifizéiert Raumtemperaturimpedanz unzepassen wann d'Dämpfung bei héijen Temperaturen erfuerderlech ass.
Wéi bei Temperaturen, beaflossen DC an 50 oder 60 Hz Versuergungsstroum och déiselwecht inherent Ferriteigenschaften, déi am Tour zu enger méi niddereger Kärimpedanz resultéieren. .Dës Kurve beschreift d'Impedanzdegradatioun als Funktioun vun der Feldstäerkt fir e bestëmmte Material als Funktioun vun der Frequenz.Et sollt bemierkt datt den Effekt vun der Bias reduzéiert gëtt wéi d'Frequenz eropgeet.
Zënter datt dës Donnéeën zesummegestallt goufen, huet Fair-Rite Products zwee nei Materialien agefouert. Eis 44 ass e Nickel-Zink mëttel Permeabilitéitsmaterial an eis 31 ass e Mangan-Zink High Permeability Material.
Figur 19 ass e Komplott vun der Impedanz versus Frequenz fir Perlen vun der selwechter Gréisst an 31, 73, 44 an 43 Materialien. D'44 Material ass e verbessert 43 Material mat méi héijer DC Resistivitéit, 109 Ohm cm, besser thermesch Schockeigenschaften, Temperaturstabilitéit an méi héich Curie Temperatur (Tc). D'44 Material huet liicht méi héich Impedanz versus Frequenz Charakteristiken am Verglach zu eisem 43 Material. D'stationär Material 31 weist eng méi héich Impedanz wéi entweder 43 oder 44 iwwer de ganze Mooss Frequenz Beräich.Den 31 ass entworf de Dimensiounsresonanzproblem, deen d'Nidderfrequenz-Ënnerdréckungsleistung vu gréissere Mangan-Zinkkären beaflosst an ass erfollegräich op Kabelverbindungsënnerdréckkären a grouss toroidal Cores applizéiert ginn. -Rite Käre mat 0.562 ″ OD, 0.250 ID, an 1.125 HT.Wann Dir Figur 19 an Figur 20 vergläicht, sollt et bemierkt ginn datt fir méi kleng Kären, fir Frequenzen bis 25 MHz, 73 Material dat bescht Ënnerdréckermaterial ass.Wéi de Kär Querschnitt awer eropgeet, fällt déi maximal Frequenz erof.Wéi an den Daten an der Figur 20 gewisen, ass 73 déi bescht Déi héchst Frequenz ass 8 MHz.Et ass och ze bemierken datt d'31 Material gutt am Frequenzbereich vun 8 MHz bis 300 MHz funktionnéiert.Wéi och ëmmer, als Mangan Zinkferrit, huet d'31 Material eng vill méi niddereg Volumenresistivitéit vun 102 Ohm -cm, a méi Impedanz ännert sech mat extremen Temperaturännerungen.
Glossar Air Core Inductance - Lo (H) D'Induktioun déi gemooss gi wier wann de Kär eenheetlech Permeabilitéit hätt an d'Fluxverdeelung konstant bleift.General Formel Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = .0461 N2 log10 (OD) / ID) Ht 10-8 (H) Dimensiounen sinn an mm
Attenuation - A (dB) D'Reduktioun vun der Signalamplitude bei der Iwwerdroung vun engem Punkt op en aneren.
Kär Konstant - C1 (cm-1) D'Zomm vun de magnetesche Wee Längt vun all Sektioun vum magnetesche Circuit gedeelt duerch déi entspriechend magnetesch Regioun vun der selwechter Sektioun.
Core Constant - C2 (cm-3) D'Zomm vun de magnetesche Circuitlängten vun all Sektioun vum magnetesche Circuit gedeelt duerch de Quadrat vum entspriechende magnetesche Beräich vun der selwechter Sektioun.
Déi effektiv Dimensiounen vum Magnéitbunnsberäich Ae (cm2), der Bunnlängt le (cm) an dem Volume Ve (cm3) Fir eng bestëmmte Kärgeometrie gëtt ugeholl datt d'Magnéitbunnslängt, Querschnittfläch a Volumen vun der toroidal Kär hunn déi selwecht Material Eegeschafte wéi D'Material soll magnetesch Eegeschafte gläichwäerteg zu der uginn Kär hunn.
Field Strength – H (Oersted) E Parameter deen d'Gréisst vun der Feldstäerkt charakteriséiert.H = .4 π NI/le (Oersted)
Flux Dicht - B (Gaussian) De entspriechende Parameter vum induzéierten Magnéitfeld an der Regioun normal zum Fluxwee.
Impedanz – Z (ohm) D’Impedanz vun engem Ferrit kann a punkto senger komplexer Permeabilitéit ausgedréckt ginn.Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Verloscht Tangent - Tan δ De Verloscht Tangent vun engem Ferrit ass gläich wéi de Géigesäitegkeet vum Circuit Q.
Verloscht Faktor - Tan δ / μi Phase Entfernung tëscht fundamental Komponente vun magnetescher Flux Dicht a Feldstäerkt mat initial Permeabilitéit.
Magnéitesch Permeabilitéit - μ D'magnetesch Permeabilitéit ofgeleet vum Verhältnis vun der magnetescher Fluxdicht an der ugewandter ofwiesselnd Feldkraaft ass ...
Amplitude Permeabilitéit, μa - wann de spezifizéierte Wäert vun der Fluxdicht méi grouss ass wéi de Wäert, deen fir initial Permeabilitéit benotzt gëtt.
Effektiv Permeabilitéit, μe - Wann d'Magnéitroute mat enger oder méi Loftlücken konstruéiert ass, ass d'Permeabilitéit d'Permeabilitéit vun engem hypotheteschen homogene Material, deen déiselwecht Réckzuch ubitt.
In Compliance ass déi éischt Quell vun Neiegkeeten, Informatioun, Ausbildung an Inspiratioun fir elektresch an elektronesch Ingenieursfachleit.
Aerospace Automotive Kommunikatioun Konsumentelektronik Ausbildung Energie a Kraaftindustrie Informatiounstechnologie Medizinesch Militär a Verdeedegung