Optimizarea circuitelor electronice – rolul miezurilor de ferită în filtrarea EMI și alimentare

Feritele magnetice sunt elemente esențiale în circuitele electronice avansate, în special în contextul eliminării interferențelor electromagnetice (EMI) și optimizării circuitelor de alimentare. Proprietățile lor magnetice și aplicațiile variate le fac indispensabile în proiectele legate de sisteme pe PCB. Cerințele moderne de miniaturizare a dispozitivelor electronice și creșterea eficienței acestora impun utilizarea tehnologiilor avansate de filtrare, în care feritele magnetice joacă un rol important.

Provocările în filtrarea EMI

Interferențele electromagnetice reprezintă o amenințare serioasă pentru funcționarea corectă a circuitelor electronice, mai ales în medii cu o densitate mare de dispozitive. Filtrele care utilizează ferite magnetice permit atenuarea eficientă a interferențelor, eliminând influența acestora asupra componentelor sensibile. Provocările în acest domeniu includ îndeplinirea normelor EMC (Electromagnetic Compatibility), care impun utilizarea de elemente ce reduc eficient interferențele conduse și radiante. Miniaturizarea componentelor de filtrare este esențială în dispozitivele moderne, precum IoT sau electronica medicală, care necesită soluții compacte, fără compromisuri în ceea ce privește eficiența. În plus, dispozitivele moderne generează interferențe într-un interval larg de frecvențe, ceea ce impune utilizarea de ferite magnetice cu proprietăți magnetice adecvate.

Feritele magnetice - Baze tehnologice

Feritele magnetice sunt materiale ceramice care se caracterizează printr-o rezistență electrică mare și proprietăți magnetice adecvate. Datorită acestor caracteristici, ele sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații de filtrare și energetică. Se disting două clase principale de ferite: ferite moi și ferite dure. În contextul filtrării EMI, cele mai frecvent utilizate sunt feritele moi (de exemplu, MnZn, NiZn), care oferă pierderi histerezis scăzute. Feritele pot adopta diverse forme, precum toride, forme E sau inele cu profile speciale, ceea ce influențează proprietățile lor magnetice și eficiența atenuării.

Feritele magnetice în filtrele EMI

Filtrele EMI cu ferite magnetice sunt utilizate pentru eliminarea interferențelor conduse atât în liniile de alimentare, cât și în liniile de semnal. Filtrele LC cu ferite magnetice combină inductoare pe ferite magnetice cu condensatori, creând filtre eficiente de trecere joasă, care izolează dispozitivul de zgomotele provenite din rețeaua de alimentare. Feritele magnetice sunt, de asemenea, utilizate în cablurile de alimentare și semnal pentru a atenua interferențele introduse de mediul extern.

Optimizarea circuitelor de alimentare cu ferite magnetice

Feritele magnetice sunt utilizate și în transformatoare și convertoare de tensiune, îmbunătățind eficiența și stabilitatea acestora. Transformatoarele impulsionale pot funcționa la frecvențe înalte datorită feritelor magnetice, ceea ce permite reducerea dimensiunii acestora și creșterea eficienței energetice. Inductorii cu ferite magnetice sunt importanți pentru reducerea pierderilor de putere și îmbunătățirea caracteristicilor dinamice ale convertoarelor DC-DC. Optimizarea proiectelor necesită utilizarea de ferite magnetice cu parametri adecvați, cum ar fi o densitate mare a fluxului de saturație, pentru a preveni saturația la curenți mari.

Aspecte practice ale selecției feritelor magnetice

Atunci când proiectează filtre și circuite de alimentare folosind ferite magnetice, inginerii trebuie să ia în considerare parametri importanți, cum ar fi frecvența de operare și pierderile energetice. Selecția materialului de ferită adecvată depinde de intervalul de frecvențe ale interferențelor sau semnalelor de alimentare. Miniaturizarea dispozitivelor necesită utilizarea de ferite magnetice compacte, cu eficiență magnetică ridicată.

Trends viitoare în aplicațiile feritelor magnetice

Progresul tehnologic în domeniul materialelor și tehnologiilor de fabricație deschide noi oportunități pentru utilizarea feritelor magnetice. Cercetările asupra feritelor nanostructurate și a compozitelor conduc la producerea de ferite magnetice cu parametri îmbunătățiți de atenuare și pierderi mai mici. În dispozitivele IoT, feritele trebuie să îndeplinească cerințele de dimensiuni mici, păstrând în același timp o eficiență ridicată a filtrării EMI. Tot mai des, integrarea funcțiilor magnetice la nivelul cipului schimbă modul de utilizare a feritelor magnetice.

Rezumat

Feritele magnetice joacă un rol important în eliminarea interferențelor EMI și optimizarea circuitelor de alimentare. Utilizarea acestora în proiectele de cercetare-dezvoltare permite crearea de dispozitive electronice mai fiabile și eficiente. Alegerea feritelor adecvate, adaptate cerințelor specifice ale proiectului, este unul dintre cele mai importante aspecte ale procesului de proiectare în R&D.

Bibliografie:

[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