Aplicación de perlas magnéticas en el diseño EMC de fuentes de alimentación conmutadas
Los problemas de EMC se han convertido en un tema candente y desafiante en el diseño y la fabricación electrónicos en la actualidad. El problema de EMC en aplicaciones prácticas es muy complejo y no puede resolverse únicamente con conocimientos teóricos. Se basa más en la experiencia práctica de los ingenieros electrónicos. Para abordar mejor el tema de EMC en productos electrónicos, es necesario considerar principalmente la conexión a tierra, el diseño de placas de circuitos y PCB, el diseño de cables, el diseño de blindaje y otros temas.
Este artículo explica la importancia de las perlas magnéticas en el aspecto EMC de las fuentes de alimentación conmutadas al presentar sus principios y características básicos, con el fin de proporcionar más y mejores opciones para los diseñadores de productos de fuentes de alimentación conmutadas al diseñar nuevos productos.
1 elemento de supresión de interferencias electromagnéticas de ferrita
La ferrita es un tipo de material ferromagnético con una estructura reticular cúbica. Su proceso de fabricación y propiedades mecánicas son similares a las de la cerámica, de color gris negro. Un tipo de núcleo magnético comúnmente utilizado en los filtros de interferencias electromagnéticas es el material de ferrita, y muchos fabricantes proporcionan materiales de ferrita específicamente para la supresión de interferencias electromagnéticas. La característica de este material es su alta pérdida de frecuencia. El parámetro de rendimiento más importante de la ferrita utilizada para suprimir interferencias electromagnéticas es la permeabilidad magnética μ y la densidad de flujo magnético de saturación Bs. Permeabilidad magnética μ Se puede expresar como un número complejo, donde la parte real forma la inductancia y la parte imaginaria representa la pérdida, que aumenta con la frecuencia. Por lo tanto, su circuito equivalente es un circuito en serie compuesto por la inductancia L y la resistencia R, las cuales son funciones de la frecuencia. Cuando el cable pasa a través de este núcleo de ferrita, la impedancia de inductancia formada aumenta formalmente al aumentar la frecuencia, pero el mecanismo es completamente diferente en diferentes frecuencias.
En el rango de baja frecuencia, la impedancia se compone de la reactancia inductiva del inductor. A bajas frecuencias, R es muy pequeña y la permeabilidad magnética del núcleo magnético es alta. Por tanto, la inductancia es grande y L juega un papel principal. Las interferencias electromagnéticas se suprimen mediante reflexión; Y en este punto, la pérdida del núcleo magnético es relativamente pequeña y todo el dispositivo es un inductor característico de alta Q y baja pérdida, que es propenso a la resonancia. Por lo tanto, en el rango de baja frecuencia, a veces puede haber una mejora de la interferencia después de usar perlas magnéticas de ferrita.
En el rango de alta frecuencia, la impedancia se compone de componentes de resistencia. A medida que aumenta la frecuencia, la permeabilidad magnética del núcleo magnético disminuye, lo que resulta en una disminución de la inductancia y de los componentes de inductancia de la inductancia. Sin embargo, en este momento, la pérdida del núcleo magnético aumenta y el componente de resistencia aumenta, lo que resulta en un aumento en la impedancia total. Cuando la señal de alta frecuencia pasa a través de la ferrita, la interferencia electromagnética se absorbe y se convierte en energía térmica para su disipación.
Los componentes de supresión de ferrita se utilizan ampliamente en placas de circuito impreso, líneas eléctricas y líneas de datos. Si se agrega un componente de supresión de ferrita a la entrada de la línea de alimentación de la placa de circuito impreso, se pueden filtrar las interferencias de alta frecuencia. Los anillos o cuentas magnéticas de ferrita están diseñados específicamente para suprimir las interferencias máximas y de alta frecuencia en las líneas de señal y de energía, y también tienen la capacidad de absorber la interferencia de pulsos de descarga electrostática.
El principio y las características de las cuentas magnéticas: cuando la corriente fluye a través de un cable en el orificio del núcleo, se convierte en una pista magnética que circula dentro de la cuenta magnética. Al preparar ferrita para el control de EMI, debería ser posible disipar la mayor parte del flujo magnético en forma de calor en el material. Este fenómeno se puede simular mediante una combinación en serie de un inductor y una resistencia.
La energía de la señal está acoplada magnéticamente a las perlas magnéticas, por lo que la reactancia y la resistencia del inductor aumentan al aumentar la frecuencia. La eficiencia del acoplamiento magnético depende de la permeabilidad del material de la perla magnética en relación con el aire. La pérdida de materiales de ferrita que normalmente forman las perlas magnéticas se puede expresar como una cantidad compleja por su permeabilidad relativa al aire.
Los materiales magnéticos suelen caracterizarse por el ángulo de pérdida utilizando esta relación. El uso de componentes de supresión de EMI requiere un ángulo de pérdida grande, lo que significa que la mayoría de las interferencias se disiparán sin reflejarse. Los diversos materiales de ferrita disponibles actualmente brindan a los diseñadores una amplia gama de opciones para usar perlas magnéticas en diferentes situaciones.
