スイッチング電源のEMC設計における磁気ビーズの応用
EMC 問題は、今日の電子設計および製造においてホットかつ困難な問題となっています。 実際のアプリケーションにおける EMC 問題は非常に複雑であり、理論的な知識だけでは解決できません。 それは電子技術者の実践経験に大きく依存します。 電子製品の EMC 問題に適切に対処するには、主に接地、回路および PCB 基板の設計、ケーブル設計、シールド設計などの問題を考慮する必要があります。
この記事では、スイッチング電源の製品設計者が新製品を設計する際に、より多くのより良い選択肢を提供するために、スイッチング電源の EMC の側面における磁気ビーズの重要性について、その基本原理と特性を紹介して説明します。
1 フェライト電磁妨害抑制素子
フェライトは、立方格子構造を持つ強磁性材料の一種です。 製造プロセスと機械的特性はセラミックに似ており、色は灰黒色です。 電磁干渉フィルターで一般的に使用される磁気コアの種類はフェライト材料であり、多くのメーカーが電磁干渉抑制専用のフェライト材料を提供しています。 この材料の特徴は高周波損失です。 電磁波障害を抑制するために使用されるフェライトの最も重要な性能パラメータは、透磁率μと飽和磁束密度Bsです。 透磁率μ 複素数で表すことができ、実部はインダクタンス、虚部は周波数とともに増加する損失を表します。 したがって、その等価回路は、周波数の関数であるインダクタンス L と抵抗 R で構成される直列回路になります。 ワイヤがこのフェライトコアを通過すると、形成されるインダクタンス インピーダンスは周波数の増加とともに形式的に増加しますが、そのメカニズムは周波数によってまったく異なります。
低周波数範囲では、インピーダンスはインダクタの誘導性リアクタンスで構成されます。 低周波数では、R は非常に小さく、磁気コアの透磁率は高くなります。 したがってインダクタンスが大きくなり、Lが主役となります。 電磁干渉は反射によって抑制されます。 そしてこの時点では磁性コアの損失が比較的小さく、デバイス全体が低損失で共振しやすい高Q特性のインダクタとなります。 したがって、低周波数範囲では、フェライト磁性ビーズを使用した後に干渉が増強される場合があります。
高周波領域では、インピーダンスは抵抗成分で構成されます。 周波数が増加すると、磁気コアの透磁率が減少し、その結果、インダクタンスとインダクタンスのインダクタンス成分が減少します。 ただし、このとき磁性コアの損失が増加し、抵抗成分が増加するためトータルのインピーダンスが増加します。 高周波信号がフェライトを通過すると、電磁干渉が吸収され、熱エネルギーに変換されて消散します。
フェライト抑制コンポーネントは、プリント基板、電力線、データ線で広く使用されています。 フェライト抑制コンポーネントをプリント基板の電源線入口に追加すると、高周波干渉を除去できます。 フェライト磁気リングまたはビーズは、信号線と電力線の高周波干渉とピーク干渉を抑制するように特別に設計されており、静電気放電パルス干渉を吸収する機能も備えています。
磁気ビーズの原理と特徴：コア穴内のワイヤーに電流が流れると磁気トラックとなり、磁気ビーズ内を循環します。 EMI 制御用にフェライトを準備する場合、磁束の大部分を材料内の熱として放散できる必要があります。 この現象は、インダクタと抵抗を直列に組み合わせることでシミュレートできます。
信号エネルギーは磁気ビーズに磁気的に結合されるため、インダクタのリアクタンスと抵抗は周波数が増加するにつれて増加します。 磁気結合の効率は、空気に対する磁性ビーズ材料の透磁率に依存します。 通常、磁気ビーズを構成するフェライト材料の損失は、空気に対する相対透過率によって複素量として表すことができます。
磁性材料は、多くの場合、この比率を使用した損失角によって特徴付けられます。 EMI 抑制コンポーネントを使用するには、大きな損失角が必要です。これは、ほとんどの干渉が反射されずに消散することを意味します。 現在入手可能なさまざまなフェライト材料により、設計者はさまざまな状況で磁気ビーズを使用するための幅広いオプションを提供できます。
