berita

Dalam dunia ideal kita, keselamatan, kualitas, dan kinerja adalah yang terpenting. Namun, dalam banyak kasus, biaya komponen akhir, termasuk ferit, telah menjadi faktor penentu. Artikel ini dimaksudkan untuk membantu insinyur desain menemukan bahan ferit alternatif untuk mengurangi biaya.
Sifat material intrinsik dan geometri inti yang diinginkan ditentukan oleh setiap aplikasi spesifik. Sifat inheren yang mengatur kinerja dalam aplikasi tingkat sinyal rendah adalah permeabilitas (terutama suhu), kehilangan inti yang rendah, dan stabilitas magnetik yang baik terhadap waktu dan suhu. Aplikasi termasuk Q tinggi induktor, induktor mode umum, broadband, transformator pencocokan dan pulsa, elemen antena radio, dan repeater aktif dan pasif. Untuk aplikasi daya, kerapatan fluks tinggi dan kerugian rendah pada frekuensi dan suhu pengoperasian merupakan karakteristik yang diinginkan. Aplikasi termasuk catu daya mode sakelar untuk pengisian baterai kendaraan listrik, amplifier magnetik, konverter DC-DC, filter daya, koil pengapian, dan trafo.
Properti intrinsik yang memiliki dampak terbesar pada kinerja ferit lunak dalam aplikasi penekanan adalah permeabilitas kompleks [1], yang sebanding dengan impedansi inti. Ada tiga cara untuk menggunakan ferit sebagai penekan sinyal yang tidak diinginkan (konduksi atau radiasi). ).Yang pertama, dan paling tidak umum, adalah sebagai pelindung praktis, di mana ferit digunakan untuk mengisolasi konduktor, komponen, atau sirkuit dari lingkungan medan elektromagnetik yang memancar. Dalam penerapan kedua, ferit digunakan dengan elemen kapasitif untuk menciptakan low pass filter, yaitu induktansi – kapasitif pada frekuensi rendah dan disipasi pada frekuensi tinggi. Penggunaan ketiga dan paling umum adalah ketika inti ferit digunakan sendiri untuk kabel komponen atau sirkuit tingkat papan. Dalam aplikasi ini, inti ferit mencegah osilasi parasit dan/ atau melemahkan pengambilan atau transmisi sinyal yang tidak diinginkan yang mungkin merambat di sepanjang kabel komponen atau interkoneksi, jejak atau kabel. Dalam aplikasi kedua dan ketiga, inti ferit menekan EMI yang dilakukan dengan menghilangkan atau sangat mengurangi arus frekuensi tinggi yang ditarik oleh sumber EMI. Pengenalan ferit menyediakan impedansi frekuensi yang cukup tinggi untuk menekan arus frekuensi tinggi. Secara teori, ferit yang ideal akan memberikan impedansi tinggi pada frekuensi EMI dan impedansi nol pada semua frekuensi lainnya. Akibatnya, inti penekan ferit memberikan impedansi yang bergantung pada frekuensi. Pada frekuensi di bawah 1 MHz, impedansi maksimum dapat diperoleh antara 10 MHz dan 500 MHz tergantung pada bahan ferit.
Karena konsisten dengan prinsip teknik elektro, dimana tegangan dan arus AC diwakili oleh parameter kompleks, permeabilitas suatu material dapat dinyatakan sebagai parameter kompleks yang terdiri dari bagian nyata dan imajiner. Hal ini ditunjukkan pada frekuensi tinggi, dimana permeabilitas terbagi menjadi dua komponen. Bagian nyata (μ') mewakili bagian reaktif, yang sefase dengan medan magnet bolak-balik [2], sedangkan bagian imajiner (μ”) mewakili kerugian, yang tidak sefase dengan medan magnet bolak-balik. Ini dapat dinyatakan sebagai komponen seri (μs'μs”) atau komponen paralel (µp'µp”). Grafik pada Gambar 1, 2, dan 3 menunjukkan komponen seri permeabilitas awal kompleks sebagai fungsi frekuensi untuk tiga bahan ferit. Tipe material 73 adalah ferit mangan-seng, magnet awal Konduktivitasnya 2500. Tipe material 43 adalah ferit nikel-seng dengan permeabilitas awal 850. Tipe material 61 adalah ferit nikel-seng dengan permeabilitas awal 125.
Berfokus pada komponen seri material Tipe 61 pada Gambar 3, kita melihat bahwa bagian nyata dari permeabilitas, μs', tetap konstan dengan meningkatnya frekuensi hingga frekuensi kritis tercapai, dan kemudian menurun dengan cepat. Kerugian atau μs” meningkat dan kemudian mencapai puncaknya saat μs' turun. Penurunan μs' ini disebabkan oleh timbulnya resonansi ferrimagnetik. [3] Perlu dicatat bahwa semakin tinggi permeabilitas, semakin rendah frekuensinya. Hubungan terbalik ini pertama kali diamati oleh Snoek dan memberikan rumus sebagai berikut:
dimana: ƒres = μs” frekuensi maksimum γ = rasio gyromagnetik = 0,22 x 106 A-1 m μi = permeabilitas awal Msat = 250-350 Am-1
Karena inti ferit yang digunakan dalam level sinyal rendah dan aplikasi daya berfokus pada parameter magnetik di bawah frekuensi ini, produsen ferit jarang mempublikasikan data permeabilitas dan/atau kehilangan pada frekuensi yang lebih tinggi. Namun, data frekuensi yang lebih tinggi sangat penting ketika menentukan inti ferit untuk penekanan EMI.
Karakteristik yang ditentukan sebagian besar produsen ferit untuk komponen yang digunakan untuk penekanan EMI adalah impedansi. Impedansi mudah diukur pada penganalisis yang tersedia secara komersial dengan pembacaan digital langsung. Sayangnya, impedansi biasanya ditentukan pada frekuensi tertentu dan merupakan skalar yang mewakili besarnya kompleks. vektor impedansi. Meskipun informasi ini berharga, seringkali tidak mencukupi, terutama saat memodelkan kinerja rangkaian ferit. Untuk mencapai hal ini, nilai impedansi dan sudut fasa komponen, atau permeabilitas kompleks bahan tertentu, harus tersedia.
Namun bahkan sebelum mulai memodelkan kinerja komponen ferit dalam suatu rangkaian, desainer harus mengetahui hal berikut:
dimana μ'= bagian nyata dari permeabilitas kompleks μ”= bagian imajiner dari permeabilitas kompleks j = vektor imajiner satuan Lo= induktansi inti udara
Impedansi inti besi juga dianggap sebagai kombinasi seri reaktansi induktif (XL) dan resistansi rugi-rugi (Rs), yang keduanya bergantung pada frekuensi. Inti lossless akan mempunyai impedansi yang diberikan oleh reaktansi:
dimana: Rs = hambatan seri total = Rm + Re Rm = hambatan seri ekuivalen akibat rugi-rugi magnet Re = hambatan seri ekuivalen rugi-rugi tembaga
Pada frekuensi rendah, impedansi komponen terutama bersifat induktif. Ketika frekuensi meningkat, induktansi menurun sementara kerugian meningkat dan impedansi total meningkat. Gambar 4 adalah plot khas XL, Rs dan Z versus frekuensi untuk bahan permeabilitas menengah kami .
Maka reaktansi induktif sebanding dengan bagian nyata permeabilitas kompleks, dengan Lo, induktansi inti udara:
Resistensi kerugian juga sebanding dengan bagian imajiner permeabilitas kompleks dengan konstanta yang sama:
Pada Persamaan 9, material inti diberikan oleh µs' dan µs”, dan geometri inti diberikan oleh Lo. Oleh karena itu, setelah mengetahui permeabilitas kompleks ferit yang berbeda, dapat dilakukan perbandingan untuk mendapatkan material yang paling sesuai dengan kebutuhan. frekuensi atau rentang frekuensi.Setelah memilih material terbaik, saatnya memilih komponen dengan ukuran terbaik.Representasi vektor permeabilitas dan impedansi kompleks ditunjukkan pada Gambar 5.
Perbandingan bentuk inti dan bahan inti untuk pengoptimalan impedansi dapat dilakukan dengan mudah jika pabrikan memberikan grafik permeabilitas kompleks versus frekuensi untuk bahan ferit yang direkomendasikan untuk aplikasi penekanan. Sayangnya, informasi ini jarang tersedia. Namun, sebagian besar pabrikan menyediakan permeabilitas awal dan kerugian versus frekuensi kurva.Dari data ini perbandingan bahan yang digunakan untuk mengoptimalkan impedansi inti dapat diperoleh.
Mengacu pada Gambar 6, faktor permeabilitas dan disipasi awal [4] material Fair-Rite 73 versus frekuensi, dengan asumsi perancang ingin menjamin impedansi maksimum antara 100 dan 900 kHz.73 material dipilih. Untuk tujuan pemodelan, perancang juga perlu memahami bagian reaktif dan resistif dari vektor impedansi pada 100 kHz (105 Hz) dan 900 kHz. Informasi ini dapat diperoleh dari grafik berikut:
Pada 100kHz μs' = μi = 2500 dan (Tan δ / μi) = 7 x 10-6 karena Tan δ = μs ”/ μs' maka μs” = (Tan δ / μi) x (μi) 2 = 43.8
Perlu dicatat bahwa, seperti yang diharapkan, μ” menambah sangat sedikit vektor permeabilitas total pada frekuensi rendah ini. Impedansi inti sebagian besar bersifat induktif.
Perancang tahu bahwa inti harus menerima kawat #22 dan masuk ke dalam ruang 10 mm x 5 mm. Diameter dalam akan ditentukan sebagai 0,8 mm. Untuk menyelesaikan perkiraan impedansi dan komponennya, pertama-tama pilih manik dengan diameter luar sebesar 10 mm dan tinggi 5 mm:
Z= ωLo (2500,38) = (6,28 x 105) x 0,0461 x log10 (5/.8) x 10 x (2500.38) x 10-8= 5,76 ohm pada 100 kHz
Dalam hal ini, seperti pada kebanyakan kasus, impedansi maksimum dicapai dengan menggunakan OD yang lebih kecil dengan panjang yang lebih panjang. Jika ID lebih besar, misalnya 4mm, dan sebaliknya.
Pendekatan yang sama dapat digunakan jika plot impedansi per unit Lo dan sudut fasa versus frekuensi disediakan. Gambar 9, 10 dan 11 mewakili kurva tersebut untuk tiga bahan yang sama yang digunakan di sini.
Perancang ingin menjamin impedansi maksimum pada rentang frekuensi 25 MHz hingga 100 MHz. Ruang papan yang tersedia lagi-lagi 10mm x 5mm dan inti harus menerima kabel #22 awg. Mengacu pada Gambar 7 untuk impedansi satuan Lo dari tiga bahan ferit, atau Gambar 8 untuk permeabilitas kompleks dari tiga material yang sama, pilih material 850 μi.[5] Dengan menggunakan grafik pada Gambar 9, Z/Lo bahan permeabilitas medium adalah 350 x 108 ohm/H pada 25 MHz. Selesaikan estimasi impedansinya:
Pembahasan sebelumnya mengasumsikan bahwa inti pilihan adalah silinder. Jika inti ferit digunakan untuk kabel pita datar, kabel bundel, atau pelat berlubang, penghitungan Lo menjadi lebih sulit, dan panjang jalur inti serta angka luas efektif yang cukup akurat harus diperoleh. untuk menghitung induktansi inti udara. Hal ini dapat dilakukan dengan mengiris inti secara matematis dan menambahkan panjang jalur yang dihitung dan luas magnet untuk setiap irisan. Namun, dalam semua kasus, kenaikan atau penurunan impedansi akan sebanding dengan kenaikan atau penurunan tinggi/panjang inti ferit.[6]
Seperti disebutkan, sebagian besar pabrikan menentukan inti untuk aplikasi EMI dalam hal impedansi, namun pengguna akhir biasanya perlu mengetahui redamannya. Hubungan yang terjalin antara kedua parameter ini adalah:
Hubungan ini bergantung pada impedansi sumber yang menghasilkan kebisingan dan impedansi beban yang menerima kebisingan. Nilai-nilai ini biasanya berupa bilangan kompleks, yang jangkauannya tidak terbatas, dan tidak tersedia bagi perancang. Memilih nilai 1 ohm untuk impedansi beban dan sumber, yang dapat terjadi ketika sumber merupakan catu daya mode sakelar dan memuat banyak rangkaian impedansi rendah, menyederhanakan persamaan dan memungkinkan perbandingan redaman inti ferit.
Grafik pada Gambar 12 adalah sekumpulan kurva yang menunjukkan hubungan antara impedansi manik pelindung dan redaman untuk banyak nilai umum beban ditambah impedansi generator.
Gambar 13 adalah rangkaian ekivalen sumber interferensi dengan resistansi internal Zs. Sinyal interferensi dihasilkan oleh impedansi seri Zsc dari inti penekan dan impedansi beban ZL.
Gambar 14 dan 15 adalah grafik impedansi versus suhu untuk tiga bahan ferit yang sama. Bahan yang paling stabil adalah bahan 61 dengan penurunan impedansi 8% pada 100º C dan 100 MHz. Sebaliknya, bahan 43 menunjukkan 25 % penurunan impedansi pada frekuensi dan suhu yang sama. Kurva ini, jika disediakan, dapat digunakan untuk menyesuaikan impedansi suhu ruangan yang ditentukan jika diperlukan redaman pada suhu tinggi.
Seperti halnya suhu, arus suplai DC dan 50 atau 60 Hz juga mempengaruhi sifat bawaan ferit yang sama, yang pada gilirannya menghasilkan impedansi inti yang lebih rendah. Gambar 16, 17 dan 18 adalah kurva khas yang menggambarkan pengaruh bias pada impedansi bahan ferit. .Kurva ini menggambarkan penurunan impedansi sebagai fungsi kekuatan medan untuk material tertentu sebagai fungsi frekuensi. Perlu dicatat bahwa efek bias berkurang seiring dengan meningkatnya frekuensi.
Sejak data ini dikumpulkan, Fair-Rite Products telah memperkenalkan dua material baru. 44 kami adalah material dengan permeabilitas sedang nikel-seng dan 31 kami adalah material dengan permeabilitas tinggi mangan-seng.
Gambar 19 adalah plot impedansi versus frekuensi untuk manik-manik dengan ukuran yang sama pada material 31, 73, 44 dan 43. Material 44 adalah material 43 yang ditingkatkan dengan resistivitas DC lebih tinggi, 109 ohm cm, sifat kejutan termal yang lebih baik, stabilitas suhu dan suhu Curie (Tc) yang lebih tinggi. Bahan 44 memiliki karakteristik impedansi versus frekuensi yang sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan bahan 43 kami. Bahan stasioner 31 menunjukkan impedansi yang lebih tinggi daripada 43 atau 44 pada seluruh rentang frekuensi pengukuran. 31 dirancang untuk mengurangi masalah resonansi dimensi yang mempengaruhi kinerja penekanan frekuensi rendah dari inti mangan-seng yang lebih besar dan telah berhasil diterapkan pada inti penekan konektor kabel dan inti toroidal besar. Gambar 20 adalah plot impedansi versus frekuensi untuk material 43, 31, dan 73 untuk Fair -Rite core dengan 0,562″ OD, 0,250 ID, dan 1,125 HT. Ketika membandingkan Gambar 19 dan Gambar 20, perlu dicatat bahwa untuk inti yang lebih kecil, untuk frekuensi hingga 25 MHz, material 73 adalah material penekan terbaik. Namun, seiring bertambahnya penampang inti, frekuensi maksimum menurun. Seperti yang ditunjukkan pada data pada Gambar 20, 73 adalah yang terbaik. Frekuensi tertinggi adalah 8 MHz. Perlu juga dicatat bahwa materi 31 berkinerja baik pada rentang frekuensi dari 8 MHz hingga 300 MHz. Namun, sebagai ferit seng mangan, material 31 memiliki resistivitas volume yang jauh lebih rendah yaitu 102 ohm -cm, dan perubahan impedansi yang lebih besar dengan perubahan suhu yang ekstrim.
Daftar Istilah Induktansi Inti Udara – Lo (H) Induktansi yang akan diukur jika inti mempunyai permeabilitas seragam dan distribusi fluks tetap konstan. Rumus umum Lo= 4π N2 10-9 (H) C1 Ring Lo = .0461 N2 log10 (OD /ID) Ht 10-8 (H) Dimensi dalam mm
Redaman – A (dB) Pengurangan amplitudo sinyal dalam transmisi dari satu titik ke titik lain. Ini adalah rasio skalar amplitudo masukan terhadap amplitudo keluaran, dalam desibel.
Konstanta Inti – C1 (cm-1) Jumlah panjang jalur magnet setiap bagian rangkaian magnet dibagi dengan daerah magnet yang bersesuaian pada bagian yang sama.
Konstanta Inti – C2 (cm-3) Jumlah panjang rangkaian magnet setiap bagian rangkaian magnet dibagi dengan kuadrat domain magnet yang bersesuaian pada bagian yang sama.
Dimensi efektif luas jalur magnet Ae (cm2), panjang jalur le (cm) dan volume Ve (cm3) Untuk geometri inti tertentu, diasumsikan panjang jalur magnet, luas penampang, dan volume inti toroidal memiliki sifat material yang sama dengan material tersebut harus memiliki sifat magnet yang setara dengan inti tertentu.
Kuat Medan – H (Oersted) Parameter yang mencirikan besarnya kuat medan.H = .4 π NI/le (Oersted)
Kerapatan Fluks – B (Gaussian) Parameter yang sesuai dari medan magnet induksi di wilayah normal terhadap jalur fluks.
Impedansi – Z (ohm) Impedansi ferit dapat dinyatakan dalam permeabilitas kompleksnya. Z = jωLs + Rs = jωLo(μs'- jμs”) (ohm)
Tangen Rugi – tan δ Tangen rugi ferit sama dengan kebalikan dari rangkaian Q.
Faktor Kerugian – tan δ/μi Penghapusan fase antara komponen dasar kerapatan fluks magnet dan kekuatan medan dengan permeabilitas awal.
Permeabilitas Magnetik – μ Permeabilitas magnetik yang diperoleh dari rasio kerapatan fluks magnet dan kuat medan bolak-balik yang diterapkan adalah…
Permeabilitas amplitudo, μa – ketika nilai kerapatan fluks yang ditentukan lebih besar dari nilai yang digunakan untuk permeabilitas awal.
Permeabilitas Efektif, μe – Ketika rute magnet dibuat dengan satu atau lebih celah udara, permeabilitas adalah permeabilitas bahan homogen hipotetis yang akan memberikan keengganan yang sama.
In Compliance adalah sumber utama berita, informasi, pendidikan, dan inspirasi bagi para profesional teknik elektro dan elektronik.
Dirgantara Otomotif Komunikasi Elektronik Konsumen Pendidikan Industri Energi dan Tenaga Teknologi Informasi Medis Militer dan Pertahanan