. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Využití feritů v EMI III – Stejnosměrný proud
16. prosince 2010 - 11:50 | Pandatron | Využití feritů v EMI III – Stejnosměrný proud | Komentářů: 5  

Využití feritů v EMI III – Stejnosměrný proud

Tématem dalšího pokračování seriálu o využití feritů a především feritových perliček v technice omezení EMI je omezení vlivu stejnosměrného proudu na vlastnosti feritu.

V předchozích dílech seriálu o využití feritových materiálů v technice EMI jsme si popsali základní vlastnosti feritového materiálu a jeho přednosti pro potlačení nežádoucího elektromagnetického vyzařování. Dnes na toto téma dále volně navážeme a podíváme se na vliv a omezení vlivu stejnosměrného proudu na impedanci feritových prvků.

Účinky nasycení jádra stejnosměrným nebo nízkofrekvenčním proudem
Výkon jakéhokoli magnetického materiálu je degradován, je-li vystaven stejnosměrnému (DC) nebo nízkofrekvenčnímu AC proudu. Zvýšení magnetomotorické síly působí na magnetické jádro obvodu, ve kterém vede k indukci odpovídající magnetickému toku F. Každé jádro má však i své mezní hodnoty. Přiblíží-li se hodnota magnetického toku F mezní hodnotě jádra, dojde k zastavení dalšího nárůstu nad tuto hodnotu a výraznému poklesu permeability jádra. V tuto chvíli je jádro nasycené, neboť při rostoucí magnetomotorické síle není schopno podporovat další zvyšování magnetického toku.


Obr. 1: Feritové jádro v obvodu se stejnosměrným proudem

Pro ilustraci je na obr. 1 uveden příklad, kdy je feritová perla umístěna kolem jednoho napájecího vodiče se stejnosměrnou magnetizační silou. Příklad demonstruje chování feritového jádra, které je vystaveno velkým stejnosměrným magnetizačním silám. Jestliže je proud vodičem dostatečný, bude jádro pracovat v oblasti nasycení, uvedené na BH charakteristice (obr. 2). Vzhledem k tomu, že sklon BH křivky je v oblasti nasycení téměř plochý (= 0), bude aktuální relativní permeabilita jádra (ovlivňovaná především velikostí sklonu křivky) rovna hodnotě přibližně 1, neboli hodnotě volného prostoru. Vzhledem k tomu, že pro dosažení žádoucích ztrát feritů při potlačování EMI vyžadujeme permeabilitu v hodnotě >> 1, bude takový obvod prakticky neúčinný. Při provozu v oblasti s malou úrovní nasycení (nebo její blízkosti), je útlum EMI velmi potlačen.


Obr. 2: B-H křivka pro typický feritový materiál

Ideální stav provozu je takový, kdy je stejnosměrný proud vodičem větší než nula, ale zároveň menší než hodnota vedoucí k nasycení jádra. Pouze tehdy je feritový materiál schopen udržovat velké ztráty v oblasti odrušení EMI, vyplývajících z důsledku velké impedance. Vzhledem k tomu, že účinnost vysokofrekvenční filtrace EMI závisí na ztrátové složce feritu a impedanci, je možné feritové materiály použít efektivně i s čistě stejnosměrným proudem nebo nízkou frekvencí magnetomotorické síly. Většina z široké řady malých (signálových) feritových perel značky Steward je schopna udržovat impedanční ztráty při proudech až nad 4500 mA. Empirický vztah impedance a stejnosměrného proudu je k dispozici pro většinu skupin feritových odrušovacích materiálů, vyžadujících provoz při stejnosměrných nebo nízkofrekvenčních proudech.

Omezení vlivu stejnosměrného proudu
Již zmíněné feritové odrušovací prvky značky Steward (a samozřejmě i jiné), zajišťují maximální možnou sériovou impedanci při stejnosměrném a nízkofrekvenčním proudu. Tedy v případě, kdy je indukovaný tok z elektrického obvodu rovný nule. Vzhledem k tomu, že jsou odrušovací EMI ferity často používány na společných vodičích, vedoucích DC nebo AC napájení, je třeba je aplikovat tak, aby zahrnuly vždy páry nebo celé skupiny vodičů. Tedy ty, které vedou shodný nebo naopak právě opačný (vyvážený) proud o nízké (např. 50 Hz) či nulové frekvenci.


Obr. 3: Nesprávné použití feritové perly na vodiče s DC proudem vede k omezení účinnosti


Obr. 4: Správné použití feritové perly na vodiče s DC proudem

Dejme tomu příklad, kdy konstruktér vyžaduje snížení vysokofrekvenčního vyzařování na DC napájecím vstupním kabelu. V úvahu připadají celkem dvě řešení. První řešení využívá dvou samostatných feritových jader (obr. 3). Jedno pro vodič s +5 V a druhé pro společnou zem nebo vodič, kterým se tentýž proud vrací zpět do zdroje. V tomto případě je každá z feritových perel zatížena silným stejnosměrným proudem, což má za následek značné omezení vysokofrekvenční impedance. Tím však samozřejmě ihned dochází k výše uvedenému snížení celkového výkonu v potlačení EMI. Druhý příklad, uvedený na obr. 4, je téměř shodný, pouze je pro +5 V a zem použita jediná, společná feritová perla. V tomto případě je ovlivňována rovnocennými stejnosměrnými proudy, avšak s opačným směrem, což v ní vede k nulové magnetické indukci. Pouze v tomto případe je tak ferit schopen poskytnout maximální sériovou impedanci pro vysokofrekvenční proudy a není téměř vůbec ovlivňován společným stejnosměrným proudem vodičů, které jím procházejí.

Některé aplikace však nemusí podobné řešení se vzájemným vyrušením stejnosměrného proudu vůbec umožňovat. V tom případě musí mít návrhář vždy na paměti skutečnost, že při stejnosměrném proudu dochází k omezení ztrátové účinnosti feritu. S tím je třeba počítat a EMI obvod navrhnout tak, aby v něm nemohlo k nasycení feritového jádra nikdy dojít. Vysokofrekvenční indukčnost je možné do jisté míry dohnat například použitím dvou nebo tří perel. Častěji se však jednoduše volí větší a obvykle i těžší feritový prvek, který zajistí dostatečnou impedanci i v případě značného stejnosměrného proudu. U každého feritového prvku, určeného pro EMI, je v dokumentaci výrobce uveden graf vlivu stejnosměrného proudu na sériovou impedanci. Takový graf je pro ilustraci uveden na obr. 5, kdy reprezentuje chování feritové perly HZ0805E601R-00.


Obr. 5: Impedance vs. DC proud

V příštím díle seriálu o Využití feritů v EMI se podíváme na použití feritových matriálů v PCB.

Zdroj: Laird Technologies







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (5):

Zobrazit starší 30 dnů (5)...

host
5. Dne 22. 02. 2011 v 12:23 zaslal host
Dokumentace
Problém je v tom, že řada výrobců ani podobně detailní informace neuvádí. Nebo je mají jen na dotaz. Někdy mám pocit, že i výrobce bere ferit jako ferit.


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
M66 QUECTEL
Quad-Band GSM/GPRS SMD modul s Bluetooth a rozměry 15,8 x 17,7 mm.
Skladem od 289 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007