スイッチング電源のEMC設計における磁気ビーズの応用
フェライトEMI抑制素子1個
フェライトは、立方格子構造を持つ鉄磁性材料です。その製造プロセスと機械的特性はセラミックに似ており、色は灰黒です。EMIフィルターは、磁気コアの一種であるフェライト材料でよく使用され、多くのメーカーがEMI抑制専用のフェライト材料を提供しています。この材料は、非常に大きな高周波損失が特徴です。EMI抑制用のフェライトの場合、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は複素数として表すことができ、実部はインダクタンスを構成し、虚部は損失を表し、周波数とともに増加します。したがって、その等価回路は、インダクタLと抵抗Rで構成される直列回路です。LとRはどちらも周波数の関数です。このフェライトコアにワイヤを通すと、結果として生じる誘導インピーダンスは正式には周波数とともに増加します。
誘導インピーダンスは形式的には周波数の増加とともに増加しますが、そのメカニズムは周波数によって大きく異なります。
低周波帯域では、インダクタンスのインピーダンスによってインダクタンスが変化します。低周波 R は非常に小さく、コアの透磁率が高いため、インダクタンスが大きく、L は電磁干渉の反射と抑制に大きな役割を果たします。また、このとき、コアの損失は小さく、デバイス全体のインダクタンスは低損失、高 Q 特性を持ち、共振を起こしやすいため、低周波帯域では、フェライト ビーズを使用した後に干渉が強化される現象が発生する場合があります。
高周波帯域では、インピーダンスは抵抗成分で構成され、周波数が上昇するにつれて、コアの透磁率が低下し、インダクタのインダクタンスが低下し、誘導成分が減少します。ただし、今度は、コアの損失が増加し、抵抗成分が増加し、結果として総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、熱エネルギー散逸の形に変換されます。
フェライト抑制部品は、プリント基板、電源ライン、データラインで広く使用されています。プリント基板の電源ラインの入口端にフェライト抑制要素を追加すると、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、信号ライン、電源ラインの高周波干渉とスパイク干渉を抑制するために専用であり、静電放電パルス干渉を吸収する機能もあります。
2 磁気ビーズの原理と特性 電流がワイヤの中心の穴を流れると、磁気ビーズ内部の磁気チャネルの循環流になります。フェライトをEMI制御用に配合すると、磁束の大部分を材料の熱として放散できるようになります。この現象は、インダクタと抵抗器の直列組み合わせによってモデル化できます。図2に示すように
2 つの成分の数値的大きさはビーズの長さに正比例し、ビーズの長さは抑制に大きな影響を与え、ビーズの長さが長いほど抑制効果は高くなります。信号エネルギーは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とともに増加します。磁気結合の効率は、空気に対するビーズ材料の透磁率に依存します。通常ビーズを構成するフェライト材料の損失は、空気に対する透磁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、損失角に対するこの比率によって特徴付けられることが多いです。EMI 抑制コンポーネントには大きな損失角が必要であり、これは干渉の大部分が消散されることを意味します。
これは、干渉の大部分が消散し、反射されないことを意味します。現在入手可能なフェライト材料は多種多様であるため、設計者はさまざまな用途に使用できるビーズを幅広く選択できます。
