Elektroninių grandinių optimizavimas – feritinių šerdžių vaidmuo EMI filtravime ir maitinime

Ferrito branduoliai yra elementas pažangiose elektroninėse grandinėse, ypač kalbant apie elektromagnetinių trikdžių (EMI) pašalinimą ir maitinimo grandinių optimizavimą. Jų magnetinės savybės ir plati taikymo sritis daro juos nepakeičiamus PCB sistemų projektuose. Šiuolaikiniai elektroninių įrenginių miniatiūrizavimo reikalavimai ir jų našumo didinimas verčia taikyti pažangias filtravimo technologijas, kuriose ferrito branduoliai atlieka svarbų vaidmenį.

EMI filtravimo iššūkiai

Elektromagnetiniai trikdžiai kelia didelį pavojų elektroninių grandinių tinkamam veikimui, ypač įrenginių su dideliu tankiu aplinkoje. Filtrai, naudojantys ferrito branduolius, leidžia efektyviai slopinti trikdžius, pašalindami jų poveikį jautriems komponentams. Šios srities iššūkiai apima EMC (elektromagnetinio suderinamumo) normų laikymąsi, kurios reikalauja naudoti elementus, kurie efektyviai mažina tiek laidžiuosius, tiek spinduliuojamus trikdžius. Miniatiūrizuotų filtravimo komponentų naudojimas būtinas šiuolaikiniuose įrenginiuose, tokiuose kaip IoT ir medicininė elektronika, kuriems reikalingi kompaktiški sprendimai, išlaikant efektyvumą. Be to, šiuolaikiniai įrenginiai generuoja trikdžius plačiame dažnių spektre, todėl reikia naudoti branduolius, turinčius tinkamas magnetines savybes.

Ferrito branduoliai - technologiniai pagrindai

Ferrito branduoliai yra keraminiai medžiagos, pasižyminčios aukšta elektros atsparumo ir tinkamomis magnetinėmis savybėmis. Dėl šių savybių jie naudojami įvairiose filtravimo ir energijos srityse. Yra dvi pagrindinės ferritų klasės: minkšti ir kieti. EMI filtravimo kontekste dažniausiai naudojami minkšti ferritai (pvz., MnZn, NiZn), kurie pasižymi mažomis histerezės nuostoliais. Branduoliai gali būti įvairių formų, tokių kaip toroidai, E formos detalės arba žiedai su specialiais profiliais, kas turi įtakos jų magnetinėms savybėms ir slopinimo efektyvumui.

Ferrito branduoliai EMI filtruose

EMI filtrai su ferrito branduoliais naudojami tiek maitinimo linijose, tiek signalų linijose trikdžių pašalinimui. Ferrito slopinimo karoliukai yra miniatiūriniai elementai, montuojami tiesiogiai ant PCB takelių, slopinantys aukšto dažnio trikdžius, išlaikantys signalo vientisumą žemesniuose dažniuose. LC filtrai su ferrito branduoliais jungia ferrito branduoliuose esančius induktorius su kondensatoriais, sudarydami efektyvius žemo pralaidumo filtrus, kurie izoliuoja įrenginį nuo triukšmo, kilusio iš maitinimo tinklo. Ferrito branduoliai taip pat naudojami maitinimo ir signalų laiduose, kad slopintų trikdžius, kuriuos sukelia išorinė aplinka.

Optimizacija maitinimo grandinėse naudojant ferrito branduolius

Ferrito branduoliai taip pat naudojami transformatoriuose ir įtampos keitikliuose, gerinant jų efektyvumą ir stabilumą. Impulsiniai transformatoriai su ferrito branduoliais gali veikti aukštesniais dažniais, kas leidžia sumažinti jų dydį ir padidinti energijos efektyvumą. Ferrito branduoliai induktoriuose yra svarbūs galios nuostolių mažinimui ir dinaminės charakteristikos gerinimui DC-DC keitikliuose. Projektavimo optimizavimas reikalauja naudoti branduolius, turinčius tinkamus parametrus, tokius kaip aukštas satura magnetinio srauto tankis, kad būtų išvengta prisotinimo dideliais srautais.

Praktiniai ferrito branduolių pasirinkimo aspektai

Projektuojant filtrus ir maitinimo sistemas, naudojant ferrito branduolius, inžinieriai turi atsižvelgti į svarbius parametrus, tokius kaip darbinis dažnis ir energijos nuostoliai. Tinkamas ferrito medžiagos pasirinkimas priklauso nuo trikdžių arba maitinimo signalų dažnių juostos. Įrenginių miniatiūrizavimas reikalauja kompaktiškų branduolių, turinčių aukštą magnetinio efektyvumo rodiklį.

Ferrito branduolių taikymo ateities tendencijos

Technologinė pažanga medžiagų ir gamybos technologijose atveria naujas ferrito branduolių taikymo galimybes. Tyrimai apie nanostruktūrinius ferritus ir kompozitus lemia branduolių gamybą su geresnėmis slopinimo savybėmis ir mažesniais nuostoliais. IoT įrenginiuose branduoliai turi atitikti mažų matmenų reikalavimus, išlaikydami aukštą EMI filtravimo efektyvumą. Vis dažniau magnetinių funkcijų integracija lusto lygyje keičia ferrito branduolių naudojimo būdą.

Santrauka

Ferrito branduoliai atlieka svarbų vaidmenį EMI trikdžių pašalinime ir maitinimo grandinių optimizavime. Jų taikymas mokslo ir tyrimų projektuose leidžia kurti patikimesnius ir efektyvesnius elektroninius įrenginius. Tinkamas branduolių pasirinkimas, pritaikytas specifiniams projekto reikalavimams, yra vienas svarbiausių R&D projektavimo proceso elementų.

Bibliografija:

[1] https://www.coilmaster.com.tw/pl/product/C2LRU100BLF.html

[2] https://hilelectronic.com/pl/design-power-pcb/

[3] https://resources.altium.com/pl/p/how-do-ferrite-beads-work-and-how-do-you-choose-right-one

[4] https://propcb.pl/technologie/

[5] https://ep.com.pl/rynek/wybor-konstruktora/14534-masa-problemow-z-obwodami-zasilania-na-plytkach-pcb-prawidlowe-prowadzenie-obwodu-masy-na-plytkach-pcb-ukladow-cyfrowo-analogowych

[6] https://www.instalacjebudowlane.pl/9256-26-76-wentylatory-ec-do-wydajnego-chlodzenia-w-centrach-danych.html

[7] https://elektronikab2b.pl/technika/54036-projektowanie-pcb-dla-ukladow-duzej-mocy

[8] https://resources.altium.com/pl/p/what-return-current-path-pcb