اصول استفاده و روش های انتخاب هسته فریت

ویژگی های هسته مغناطیسی ضد تداخل فریت

عملکرد هسته مغناطیسی ضد تداخل فریت معادل یک فیلتر پایین گذر است که به طور موثر مشکل سرکوب تداخل فرکانس بالا خطوط برق، خطوط سیگنال و کانکتورها را حل می کند. همچنین دارای یک سری مزایای از جمله استفاده ساده، راحت و موثر و اشغال فضای کم است.

استفاده از هسته مغناطیسی ضد تداخل فریت برای سرکوب تداخل الکترومغناطیسی (EMI) یک روش اقتصادی، ساده و مؤثر است و به طور گسترده در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف نظامی یا غیرنظامی مانند رایانه‌ها استفاده شده است.
فریت نوعی ماده است که از مواد مغناطیسی با رسانایی بالا برای نفوذ و تجمع یک یا چند فلز دیگر مانند منیزیم، روی، نیکل و غیره در دمای 2000 ℃ استفاده می کند.

در محدوده فرکانس پایین، هسته مغناطیسی ضد تداخل فریت مقادیر امپدانس القایی بسیار پایینی را نشان می‌دهد که بر انتقال سیگنال‌های مفید روی داده‌ها یا خطوط سیگنال تأثیری نمی‌گذارد.

در محدوده فرکانس بالا، که از حدود 10 مگاهرتز شروع می شود، امپدانس افزایش می یابد، اما جزء راکتانس القایی بسیار کوچک باقی می ماند، در حالی که جزء مقاومتی به سرعت افزایش می یابد. هنگامی که انرژی با فرکانس بالا از ماده مغناطیسی عبور می کند، جزء مقاومتی این انرژی را به انرژی حرارتی تبدیل کرده و آن را از بین می برد.

این یک فیلتر پایین گذر را تشکیل می دهد که سیگنال های نویز فرکانس بالا را تا حد زیادی کاهش می دهد، در حالی که امپدانس سیگنال های مفید فرکانس پایین را نادیده می گیرد بدون اینکه بر عملکرد عادی مدار تأثیر بگذارد.

الزامات کاربرد و عملکرد مواد فریت مغناطیسی نرم

برای فریت مغناطیسی نرم، معمولاً تراوایی مغناطیسی μI و مقاومت ρ برای بالا بودن، اجبار Hc و اتلاف Pc باید کم باشد. با توجه به کاربردهای مختلف، الزامات مختلفی برای دمای کوری، پایداری دما، ضریب کاهش نفوذپذیری مغناطیسی، ضریب تلفات ویژه و غیره مواد وجود دارد.

(1) مواد فریت بر پایه روی منگنز به دو دسته تقسیم می شوند: فریت با نفوذپذیری بالا و فریت کم توان با فرکانس بالا (همچنین به عنوان فریت قدرت شناخته می شود). ویژگی اصلی فریت با نفوذپذیری بالا روی منگنز، نفوذپذیری مغناطیسی بالا است.
معمولا μ مواد با i ≥ 5000 مواد با نفوذپذیری بالا و الزامات عمومی μ I ≥ 12000 نامیده می شوند.
فریت کم توان روی منگنز با فرکانس بالا، همچنین به عنوان فریت توان شناخته می شود، به نفوذپذیری مغناطیسی بالا (عموماً مورد نیاز) از نظر عملکرد برای مواد فریت توان μ I ≥ 2000)، دمای کوری بالا، چگالی ظاهری بالا، شدت القای مغناطیسی اشباع بالا در شدت فرکانس بالا و تلفات بسیار کم نیاز دارد.

(2) مواد فریت مبتنی بر روی نیکل عملکرد پایین تری نسبت به مواد فریت مبتنی بر MnZn در محدوده فرکانس پایین زیر 1 مگاهرتز دارند.

با این حال، بالای 1 مگاهرتز، به دلیل خواص متخلخل و مقاومت بالا، مواد فریت مبتنی بر NiZn عملکرد قابل توجهی بهتری نسبت به مواد مغناطیسی نرم مبتنی بر MnZn در کاربردهای فرکانس بالا دارند.

مقاومت آن ρ تا 108 Ω • متر، با از دست دادن فرکانس بالا کم، به ویژه برای فرکانس بالا 1-300 مگاهرتز مناسب است. علاوه بر این، دمای کوری مواد مبتنی بر NiZn بالاتر از MnZn است، با Bs تا 0.5T و Hc کمتر از 10A/m. برای سلف های مختلف، ترانسفورماتورهای چرخه میانی، کویل های فیلتر و چوک ها مناسب است.

مواد فریت با فرکانس بالا نیکل روی دارای پهنای باند وسیع و تلفات انتقال کم هستند و معمولاً در مقاومت تداخل الکترومغناطیسی با فرکانس بالا و دستگاه‌های نصب سطحی که توان فرکانس بالا و ضد تداخل را یکپارچه می‌کنند، به عنوان هسته‌های مغناطیسی تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) استفاده می‌شود.

فریت توان روی نیکل را می توان به دستگاه های باند پهن RF برای دستیابی به انتقال انرژی و تبدیل امپدانس سیگنال های RF در محدوده فرکانس وسیع تبدیل کرد. حد فرکانس پایین آن چندین هزار هرتز است، در حالی که حد فرکانس بالایی می تواند به چندین هزار مگاهرتز برسد. استفاده از مواد فریت قدرت نیکل روی در مبدل های DC به DC می تواند فرکانس منابع تغذیه سوئیچینگ را افزایش داده و حجم و وزن ترانسفورماتورهای الکترونیکی را بیشتر کاهش دهد.
حلقه های مغناطیسی رایج – به طور کلی، دو نوع حلقه مغناطیسی در خط اتصال وجود دارد: حلقه های مغناطیسی فریت نیکل روی و حلقه های مغناطیسی فریت روی منگنز، که هر کدام نقش متفاوتی دارند.
فریت روی منگنز دارای ویژگی‌های نفوذپذیری مغناطیسی بالا و چگالی شار مغناطیسی بالا است و تلفات کمتری در فرکانس‌های زیر 1 مگاهرتز دارد.
فریت نیکل روی دارای ویژگی هایی مانند امپدانس بسیار بالا، نفوذپذیری مغناطیسی کم کمتر از چند صد و تلفات کم در فرکانس های بالای 1 مگاهرتز است. نفوذپذیری مغناطیسی فریت روی منگنز از هزاران تا ده ها هزار متغیر است، در حالی که فریت روی نیکل از صدها تا هزاران متغیر است.
هر چه نفوذپذیری مغناطیسی فریت بیشتر باشد، امپدانس آن در فرکانس های پایین بیشتر و امپدانس آن در فرکانس های بالا کمتر می شود. بنابراین، هنگام سرکوب تداخل با فرکانس بالا، فریت نیکل روی باید انتخاب شود. در مقابل از فریت روی منگنز استفاده می شود. از طرف دیگر، هم روی منگنز و هم فریت نیکل روی می‌توانند روی یک دسته کابل پوشانده شوند، که می‌تواند تداخل را در یک باند فرکانس وسیع‌تر سرکوب کند.

هرچه اختلاف بین قطر داخلی و خارجی حلقه مغناطیسی بیشتر باشد، ارتفاع طولی بیشتر و امپدانس آن بیشتر می شود. با این حال، قطر داخلی حلقه مغناطیسی باید به طور محکم به دور کابل پیچیده شود تا از نشت مغناطیسی جلوگیری شود. محل نصب حلقه مغناطیسی باید تا حد امکان به منبع تداخل نزدیک باشد، یعنی نزدیک به ورودی و خروجی کابل باشد.

در حال حاضر، پرکاربردترین مواد فریت مغناطیسی نرم، سری روی منگنز نوع اسپینل و سری روی نیکل هستند. از منظر کاربرد، آنها را می توان به چند نوع تقسیم کرد: نفوذپذیری بالا، فرکانس بالا با توان بالا (همچنین به عنوان فریت قدرت شناخته می شود)، و فریت مقاوم در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI).

اصول استفاده از هسته های مغناطیسی

(1) طول حلقه مغناطیسی نسبتا خوب است.
(2) هرچه دیافراگم هسته مغناطیسی و کابلی که از آن عبور می کند نزدیکتر باشد، بهتر است.
(3) هنگامی که تداخل فرکانس پایین وجود دارد، توصیه می شود کابل را در 2-3 دور بپیچید. هنگامی که تداخل فرکانس بالا وجود دارد، پیچاندن کابل به دور (به دلیل وجود ظرفیت خازن توزیع شده) مجاز نیست و باید از یک حلقه مغناطیسی طولانی تر استفاده شود.

انتخاب ابعاد برای اجزای سرکوب کننده فریت:

پس از انتخاب ماده، به طور کلی، هر چه حجم فریت بیشتر باشد، اثر سرکوب بهتری دارد. وقتی حجم ثابت باشد امپدانس اشکال بلند و نازک بیشتر از اشکال کوتاه و ضخیم است و اثر سرکوب بهتر است. هر چه سطح مقطع فریت بزرگتر باشد، کمتر در معرض اشباع قرار می گیرد و جریان بایاس بیشتری را می تواند تحمل کند. هرچه قطر داخلی فریت کمتر باشد، اثر بازدارندگی بهتری دارد.

کاربرد اجزای سرکوب کننده فریت بر روی بردهای مدار:

EMI روی برد مدار عمدتاً از مدارهای دیجیتال با سوئیچ های دوره ای می آید و جریان فرکانس بالا آن یک افت ولتاژ حالت مشترک بین خط برق و سیم زمین ایجاد می کند و باعث تداخل حالت مشترک می شود. برای سرکوب این تداخل، ما یک خازن جداکننده بین خط برق و سیم زمین اضافه می کنیم تا نویز فرکانس بالا را اتصال کوتاه کند، اما خازن جداکننده معمولاً باعث تشدید فرکانس بالا و تداخل جدید می شود. برای دستیابی به این هدف، افزودن اجزای مهارکننده فریت به درگاه‌های ورودی/خروجی روی برد مدار به طور موثر نویز فرکانس بالا را کاهش می‌دهد.

کاربرد اجزای سرکوب کننده فریت در خطوط برق:

افزودن اجزای مهارکننده فریت به درگاه‌های ورودی/خروجی در خط برق می‌تواند انتقال تداخل فرکانس بالا و تداخل متقابل بین منبع تغذیه و برد مدار را سرکوب کند. با این حال، باید توجه داشت که هنگام استفاده از اجزای فریت در خط برق ممکن است بایاس DC وجود داشته باشد. امپدانس و از دست دادن درج فریت با افزایش بایاس DC کاهش می یابد، اما زمانی که بایاس به مقدار معینی افزایش یابد، فریت پدیده اشباع را تجربه خواهد کرد.