Utilizzo delle ferriti per sopprimere le interferenze elettromagnetiche

May 17, 2023

Nel nostro mondo ideale, la sicurezza, la qualità e le prestazioni sono fondamentali. Tuttavia, in molti casi il costo del componente finale (che comprende la ferrite) è diventato il fattore decisivo. Questo articolo è stato scritto come ausilio per il progettista che cerca materiali alternativi in ​​ferrite come mezzo per ridurre i costi.

APPLICAZIONI DELLA FERRITE

Di seguito sono elencate le tre principali applicazioni della ferrite morbida:

1. Livello segnale basso2. Potenza3. EMI

Le caratteristiche intrinseche richieste del materiale e la geometria del nucleo sono dettate da ciascuna specifica applicazione. Le caratteristiche intrinseche che controllano le prestazioni delle applicazioni a basso livello di segnale sono la permeabilità (in particolare con la temperatura), una bassa perdita del nucleo e una buona stabilità magnetica con il tempo e la temperatura. Le applicazioni includono induttori ad alto Q, induttori di modo comune, trasformatori a banda larga, di adattamento e di impulsi, elementi di antenna per radio e transponder sia attivi che passivi. Per le applicazioni di potenza le caratteristiche desiderabili sono un'elevata densità di flusso e basse perdite alla frequenza e alla temperatura di funzionamento. Le applicazioni includono alimentatori a commutazione, amplificatori magnetici, convertitori cc-cc, filtri di potenza, bobine di accensione e trasformatori per la ricarica delle batterie dei veicoli elettrici.

La caratteristica intrinseca che influenza maggiormente le prestazioni della ferrite morbida nelle applicazioni di soppressione è la permeabilità complessa [1], che è direttamente proporzionale all'impedenza del nucleo. Esistono tre modi per utilizzare le ferriti come soppressori di segnali indesiderati, condotti o irradiati. Il primo, e meno comune, è quello degli scudi veri e propri in cui la ferrite viene utilizzata per isolare un conduttore, componente o circuito da un ambiente di campi elettromagnetici vaganti irradiati. Nella seconda applicazione, la ferrite viene utilizzata con un elemento capacitivo per creare un filtro passa basso che è induttanza – capacità alle basse frequenze e dissipativo alle frequenze più alte. Il terzo e più comune utilizzo è quando i nuclei di ferrite vengono utilizzati da soli sui cavi dei componenti o nei circuiti a livello di scheda. In questa applicazione il nucleo in ferrite previene eventuali oscillazioni parassite e/o attenua la raccolta o la trasmissione indesiderata del segnale che potrebbe viaggiare lungo i conduttori dei componenti o fili, tracce o cavi interconnessi. Sia nella seconda che nella terza applicazione il nucleo di ferrite sopprime le EMI condotte eliminando o riducendo notevolmente le correnti ad alta frequenza emanate dalla sorgente EMI. L'introduzione della ferrite fornisce un'impedenza di frequenza sufficientemente elevata che determina la soppressione delle correnti ad alta frequenza. Teoricamente, la ferrite ideale fornirebbe un'impedenza elevata alle frequenze EMI e un'impedenza zero a tutte le altre frequenze. In realtà, i nuclei soppressori in ferrite forniscono un'impedenza dipendente dalla frequenza. Bassa a frequenze inferiori a 1 MHz e, a seconda del materiale di ferrite, l'impedenza massima può essere ottenuta tra 10 MHz e 500 MHz.

PERMEABILITÀ COMPLESSA

Come è coerente con i principi dell'ingegneria elettrica in cui le tensioni e le correnti alternate sono denotate da parametri complessi, così la permeabilità di un materiale può essere rappresentata come un parametro complesso costituito da una parte reale e da una immaginaria. Ciò è evidenziato alle alte frequenze dove la permeabilità si separa in due componenti. La componente reale (μ') rappresenta la porzione reattiva, ed è in fase [2] con il campo magnetico alternato, mentre la componente immaginaria (μ") rappresenta le perdite, ed è sfasata rispetto al campo magnetico alternato. Queste possono essere espresso come componenti in serie (μs' μs" ) o componenti parallele (μp' μp"). I grafici nelle Figure 1, 2 e 3 mostrano le componenti in serie della complessa permeabilità iniziale in funzione della frequenza per tre materiali di ferrite. il tipo 73 è una ferrite di zinco e manganese con una permeabilità iniziale di 2500. Il materiale di tipo 43 è una ferrite di nichel-zinco con una permeabilità iniziale di 850. Il materiale di tipo 61 è una ferrite di nichel-zinco con una permeabilità iniziale di 125.