การใช้ลูกปัดแม่เหล็กในการออกแบบ EMC ของอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
ปัญหาเกี่ยวกับ EMC กลายเป็นประเด็นร้อนและท้าทายในการออกแบบและการผลิตทางอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ปัญหา EMC ในการใช้งานจริงมีความซับซ้อนมาก และไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยความรู้ทางทฤษฎีเพียงอย่างเดียว ขึ้นอยู่กับประสบการณ์จริงของวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์มากกว่า เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาของ EMC ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ดีขึ้น จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณาการต่อสายดิน การออกแบบวงจรและบอร์ด PCB การออกแบบสายเคเบิล การออกแบบระบบป้องกัน และปัญหาอื่นๆ
บทความนี้อธิบายถึงความสำคัญของเม็ดแม่เหล็กในด้าน EMC ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งโดยแนะนำหลักการและคุณลักษณะพื้นฐาน เพื่อให้มีตัวเลือกมากขึ้นและดียิ่งขึ้นสำหรับนักออกแบบผลิตภัณฑ์แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเมื่อออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่
1 องค์ประกอบปราบปรามการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าเฟอร์ไรต์
เฟอร์ไรต์เป็นวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างตาข่ายลูกบาศก์ กระบวนการผลิตและคุณสมบัติทางกลคล้ายกับเซรามิก โดยมีสีเทาดำ แกนแม่เหล็กชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในตัวกรองสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าคือวัสดุเฟอร์ไรต์ และผู้ผลิตหลายรายจัดหาวัสดุเฟอร์ไรต์โดยเฉพาะสำหรับการปราบปรามการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ลักษณะของวัสดุนี้คือการสูญเสียความถี่สูง พารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดสำหรับเฟอร์ไรต์ที่ใช้ในการปราบปรามการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าคือการซึมผ่านของแม่เหล็ก μ และความอิ่มตัวของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก Bs ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็ก μ สามารถแสดงเป็นจำนวนเชิงซ้อน โดยส่วนจริงเป็นตัวเหนี่ยวนำ และส่วนจินตภาพแสดงถึงการสูญเสีย ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ ดังนั้นวงจรสมมูลของมันคือวงจรอนุกรมที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ L และความต้านทาน R ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นฟังก์ชันของความถี่ เมื่อลวดผ่านแกนเฟอร์ไรต์นี้ ความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้นอย่างเป็นทางการตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น แต่กลไกจะแตกต่างอย่างสิ้นเชิงที่ความถี่ต่างกัน
ในช่วงความถี่ต่ำ อิมพีแดนซ์จะประกอบด้วยปฏิกิริยารีแอคแตนซ์ของตัวเหนี่ยวนำ ที่ความถี่ต่ำ R มีขนาดเล็กมาก และการซึมผ่านของแม่เหล็กของแกนแม่เหล็กจะสูง ดังนั้นการเหนี่ยวนำจึงมีขนาดใหญ่ และ L มีบทบาทหลัก การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าถูกระงับโดยการสะท้อน และ ณ จุดนี้ การสูญเสียแกนแม่เหล็กมีค่อนข้างน้อย และอุปกรณ์ทั้งหมดมีการสูญเสียต่ำ ตัวเหนี่ยวนำลักษณะ Q สูง ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นพ้อง ดังนั้นในช่วงความถี่ต่ำ บางครั้งอาจมีการรบกวนเพิ่มขึ้นหลังจากใช้เม็ดแม่เหล็กเฟอร์ไรต์
ในช่วงความถี่สูง อิมพีแดนซ์จะประกอบด้วยส่วนประกอบของความต้านทาน เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น การซึมผ่านของแม่เหล็กของแกนแม่เหล็กจะลดลง ส่งผลให้ส่วนประกอบตัวเหนี่ยวนำและตัวเหนี่ยวนำของการเหนี่ยวนำลดลง อย่างไรก็ตาม ในเวลานี้ การสูญเสียแกนแม่เหล็กเพิ่มขึ้น และส่วนประกอบความต้านทานเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อิมพีแดนซ์รวมเพิ่มขึ้น เมื่อสัญญาณความถี่สูงผ่านเฟอร์ไรต์ สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกดูดซับและแปลงเป็นพลังงานความร้อนเพื่อกระจายไป
ส่วนประกอบปราบปรามเฟอร์ไรต์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแผงวงจรพิมพ์ สายไฟ และสายข้อมูล หากมีการเพิ่มส่วนประกอบปราบปรามเฟอร์ไรต์เข้ากับทางเข้าสายไฟของแผงวงจรพิมพ์ สัญญาณรบกวนความถี่สูงจะถูกกรองออก วงแหวนหรือบีดแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อลดการรบกวนความถี่สูงและจุดสูงสุดบนสัญญาณและสายไฟ และยังมีความสามารถในการดูดซับการรบกวนพัลส์การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตอีกด้วย
หลักการและลักษณะของเม็ดแม่เหล็ก เมื่อกระแสไหลผ่านเส้นลวดในรูแกนกลาง จะกลายเป็นรางแม่เหล็กที่ไหลเวียนภายในเม็ดแม่เหล็ก เมื่อเตรียมเฟอร์ไรต์สำหรับการควบคุม EMI ควรกระจายฟลักซ์แม่เหล็กส่วนใหญ่ออกไปเป็นความร้อนในวัสดุได้ ปรากฏการณ์นี้สามารถจำลองได้ด้วยการรวมชุดของตัวเหนี่ยวนำและตัวต้านทาน
พลังงานสัญญาณจะควบคู่กับเม็ดบีดแม่เหล็ก ดังนั้นค่ารีแอกแตนซ์และความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของข้อต่อแม่เหล็กขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของวัสดุเม็ดแม่เหล็กที่สัมพันธ์กับอากาศ การสูญเสียวัสดุเฟอร์ไรต์ซึ่งโดยทั่วไปประกอบเป็นเม็ดแม่เหล็กสามารถแสดงเป็นปริมาณเชิงซ้อนได้จากความสามารถในการซึมผ่านของเม็ดบีดที่สัมพันธ์กันกับอากาศ
วัสดุแม่เหล็กมักมีลักษณะพิเศษคือมุมสูญเสียโดยใช้อัตราส่วนนี้ การใช้ส่วนประกอบปราบปราม EMI ต้องใช้มุมการสูญเสียขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าการรบกวนส่วนใหญ่จะกระจายไปโดยไม่ถูกสะท้อนกลับ วัสดุเฟอร์ไรท์ที่มีอยู่ในปัจจุบันทำให้นักออกแบบมีตัวเลือกมากมายในการใช้เม็ดแม่เหล็กในสถานการณ์ต่างๆ
