تطبيق الخرز المغناطيسي في تصميم EMC لتحويل إمدادات الطاقة
أصبحت قضايا EMC قضية ساخنة ومليئة بالتحديات في التصميم والتصنيع الإلكتروني اليوم. تعتبر مشكلة التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) في التطبيقات العملية معقدة للغاية ولا يمكن حلها من خلال المعرفة النظرية فقط. ويعتمد أكثر على الخبرة العملية لمهندسي الإلكترونيات. من أجل معالجة مشكلة EMC في المنتجات الإلكترونية بشكل أفضل، من الضروري بشكل أساسي النظر في تصميم التأريض والدوائر ولوحة PCB وتصميم الكابلات وتصميم التدريع وغيرها من المشكلات.
تشرح هذه المقالة أهمية الخرزات المغناطيسية في جانب EMC لتبديل مصادر الطاقة من خلال تقديم مبادئها وخصائصها الأساسية، من أجل توفير خيارات أكثر وأفضل لمصممي منتجات تبديل إمدادات الطاقة عند تصميم منتجات جديدة.
1 عنصر منع التداخل الكهرومغناطيسي من الفريت
الفريت هو نوع من المواد المغناطيسية ذات هيكل شبكي مكعب. تشبه عملية تصنيعه وخصائصه الميكانيكية السيراميك، وله لون أسود رمادي. أحد أنواع النواة المغناطيسية المستخدمة بشكل شائع في مرشحات التداخل الكهرومغناطيسي هي مادة الفريت، والعديد من الشركات المصنعة توفر مواد الفريت خصيصًا لقمع التداخل الكهرومغناطيسي. ما يميز هذه المادة هو فقدان التردد العالي. إن أهم معلمة أداء للفريت المستخدم لقمع التداخل الكهرومغناطيسي هي النفاذية المغناطيسية μ وتشبع كثافة التدفق المغناطيسي Bs. النفاذية المغناطيسية μ يمكن التعبير عنها كرقم مركب، حيث يشكل الجزء الحقيقي الحث والجزء التخيلي يمثل الخسارة، والتي تزداد مع التردد. لذلك، فإن دائرتها المكافئة هي دائرة تسلسلية مكونة من محاثة L ومقاومة R، وكلاهما دالتان للتردد. عندما يمر السلك عبر قلب الفريت هذا، فإن ممانعة الحث المتكونة تزداد رسميًا مع زيادة التردد، لكن الآلية مختلفة تمامًا عند الترددات المختلفة.
في نطاق التردد المنخفض، تتكون المعاوقة من المفاعلة التحريضية للمحرِّض. عند الترددات المنخفضة، يكون R صغيرًا جدًا، وتكون النفاذية المغناطيسية للنواة المغناطيسية عالية. ولذلك، فإن الحث كبير، ويلعب L دورا رئيسيا. يتم قمع التداخل الكهرومغناطيسي عن طريق الانعكاس؛ وفي هذه المرحلة، يكون فقدان النواة المغناطيسية صغيرًا نسبيًا، والجهاز بأكمله عبارة عن مغو منخفض الفقد وعالي الجودة، وهو عرضة للرنين. لذلك، في نطاق التردد المنخفض، في بعض الأحيان قد يكون هناك تعزيز للتداخل بعد استخدام الخرز المغناطيسي من الفريت.
في نطاق التردد العالي، تتكون المعاوقة من مكونات المقاومة. ومع زيادة التردد، تقل النفاذية المغناطيسية للنواة المغناطيسية، مما يؤدي إلى انخفاض في مكونات التحريض والتحريض. ومع ذلك، في هذا الوقت، يزداد فقدان النواة المغناطيسية، ويزداد مكون المقاومة، مما يؤدي إلى زيادة المعاوقة الإجمالية. عندما تمر الإشارة عالية التردد عبر الفريت، يتم امتصاص التداخل الكهرومغناطيسي وتحويله إلى طاقة حرارية للتبديد.
تُستخدم مكونات قمع الفريت على نطاق واسع في لوحات الدوائر المطبوعة وخطوط الكهرباء وخطوط البيانات. إذا تمت إضافة مكون قمع الفريت إلى مدخل خط الطاقة للوحة الدائرة المطبوعة، فيمكن تصفية التداخل عالي التردد. تم تصميم الحلقات أو الخرزات المغناطيسية من الفريت خصيصًا لقمع التداخل عالي التردد والذروة على خطوط الإشارة والطاقة، كما أنها تتمتع بالقدرة على امتصاص تداخل نبض التفريغ الكهروستاتيكي.
مبدأ وخصائص الخرز المغناطيسي: عندما يتدفق التيار عبر سلك في ثقب القلب، يصبح مسارًا مغناطيسيًا يدور داخل الخرزة المغناطيسية. عند تحضير الفريت للتحكم في التداخل الكهرومغناطيسي، يجب أن يكون من الممكن تبديد معظم التدفق المغناطيسي على شكل حرارة في المادة. يمكن محاكاة هذه الظاهرة من خلال مجموعة متتالية من مغو ومقاوم.
تقترن طاقة الإشارة مغناطيسيًا بالخرزات المغناطيسية، وبالتالي فإن مفاعلة ومقاومة المحرِّض تزداد مع زيادة التردد. تعتمد كفاءة الاقتران المغناطيسي على نفاذية مادة الخرزة المغناطيسية بالنسبة للهواء. يمكن التعبير عن فقدان مواد الفريت التي تشكل عادة الخرز المغناطيسي ككمية معقدة من خلال نفاذيتها النسبية للهواء.
وغالباً ما تتميز المواد المغناطيسية بزاوية الفقد باستخدام هذه النسبة. يتطلب استخدام مكونات قمع EMI زاوية خسارة كبيرة، مما يعني أن معظم التداخل سوف يتبدد دون أن ينعكس. توفر مواد الفريت المتنوعة المتوفرة حاليًا للمصممين مجموعة واسعة من الخيارات لاستخدام الخرز المغناطيسي في مواقف مختلفة.
