Optimizacija elektronskih kola – uloga feritnih jezgara u EMI filtraciji i napajanju

Feritna jezgra su ključne komponente u naprednim elektronskim kolima, posebno u kontekstu eliminacije elektromagnetnih smetnji (EMI) i optimizacije napajanja. Njihova magnetna svojstva i širok spektar primena čine ih nezamenjivim u dizajnu sistema zasnovanih na PCB-u. Moderni zahtevi za miniaturizaciju elektronskih uređaja i povećanje efikasnosti zahtevaju napredne tehnologije filtracije, gde feritna jezgra igraju ključnu ulogu.

Izazovi u filtraciji EMI

Elektromagnetne smetnje predstavljaju značajnu pretnju za pravilno funkcionisanje elektronskih kola, posebno u sredinama sa visokim gustinama uređaja. Filtri koji koriste feritna jezgra omogućavaju efikasno slabljenje smetnji, eliminišući njihov uticaj na osetljive komponente. Izazovi u ovoj oblasti uključuju ispunjavanje EMC (Elektromagnetske kompatibilnosti) standarda, koji zahtevaju elemente koji efikasno smanjuju sprovedene i zračne smetnje. Miniaturizacija filtracijskih komponenata je neophodna u modernim uređajima kao što su IoT i medicinska elektronika, koji zahtevaju kompakta rešenja bez kompromisa u efikasnosti. Dodatno, moderni uređaji generišu smetnje u širokom frekvencijskom opsegu, što zahteva upotrebu jezgra sa odgovarajuće odabranim magnetnim svojstvima.

Feritna jezgra – Tehnološki osnovi

Feritna jezgra su keramički materijali karakterisani visokim električnim otporom i specifičnim magnetnim svojstvima. Zbog toga se koriste u različitim filtracijskim i energetskim primenama. Razlikuju se dve glavne klase ferita: mekani i tvrdi. U kontekstu filtracije EMI, najčešće se koriste mekani feriti (npr. MnZn, NiZn), jer nude niske gubitke histereze. Jezgra dolaze u različitim oblicima, kao što su toroidna jezgra, E-oblici ili prstenovi sa posebnim profilima, što utiče na njihova magnetna svojstva i efikasnost slabljenja.

Feritna jezgra u EMI filtrima

EMI filtri sa feritnim jezgrama koriste se za eliminaciju sprovedenih smetnji i u naponskim i u signalnim linijama. Feritni prstenasti usmerivači su miniaturizovane komponente postavljene direktno na PCB tragove, koje slabe visokofrekventne smetnje, dok održavaju integritet signala u niskofrekventnim opsezima. LC filtri sa feritnim jezgrama kombinuju induktore na feritnim jezgrama sa kondenzatorima, stvarajući efikasne niskopropusne filtre koji izoluje uređaje od šuma iz napajanja. Feritna jezgra se takođe koriste u naponskim i signalnim kablovima za potiskivanje smetnji koje uvodi spoljašnje okruženje.

Optimizacija napajanja sa feritnim jezgrama

Feritna jezgra se koriste i u transformatorima i konvertorima napona, poboljšavajući njihovu efikasnost i stabilnost. Zahvaljujući feritnim jezgrama, impulsni transformatori mogu raditi na visokim frekvencijama, omogućavajući smanjenje veličine i povećanje energetske efikasnosti. Induktori sa feritnim jezgrama igraju ključnu ulogu u smanjenju gubitaka energije i poboljšanju dinamičkih karakteristika DC-DC konvertora. Optimizacija dizajna zahteva upotrebu jezgra sa odgovarajućim parametrima, kao što je visoka gustina saturacije magnetnog fluksa, kako bi se sprečila saturacija pri visokim strujama.

Praktični aspekti izbora feritnih jezgra

Prilikom dizajniranja filtera i napajanja koristeći feritna jezgra, inženjeri moraju uzeti u obzir ključne parametre kao što su radna frekvencija i energetski gubici. Pravilno odabrani feritni materijal zavisi od opsega frekvencija smetnji ili napajajućih signala. Miniaturizacija uređaja zahteva kompakta jezgra sa visokom magnetnom efikasnošću.

Budući trendovi u primenama feritnih jezgra

Tehnološki napredak u materijalima i proizvodnim tehnologijama otvara nove mogućnosti za primenu feritnih jezgra. Istraživanje nanostrukturiranih ferita i kompozita dovodi do proizvodnje jezgra sa boljim karakteristikama slabljenja i nižim gubicima. U IoT uređajima, jezgra moraju da zadovolje zahteve za male dimenzije uz održavanje visoke efikasnosti filtriranja EMI. SVE više integracija magnetnih funkcija na nivou čipa menja način na koji se koriste feritna jezgra.

Zakončak

Feritna jezgra igraju ključnu ulogu u eliminaciji EMI smetnji i optimizaciji napajanja. Njihova primena u istraživačkim i razvojnim projektima omogućava kreiranje pouzdanijih i efikasnijih elektronskih uređaja. Odabir pravih jezgra prilagođenih specifičnim zahtevima projekta jedan je od najvažnijih elemenata procesa dizajniranja u R&D.

Reference:

[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