Nanokrystalická jádra pro Common Mode tlumivky

Co dělá tlumivka Common Mode

Společná tlumivka je součást pasivního filtru, která potlačuje šum na dvojici vodičů, jako jsou živé a nulové vodiče elektrického vedení nebo signální vedení datového spoje. Common mode šum je nežádoucí signál, který se objevuje identicky a ve fázi na obou vodičích vzhledem k zemi. Pokud není potlačena, může způsobit poruchu, poškození dat a snížený výkon elektronických zařízení a může způsobit, že produkt neprojde testováním shody EMC. Tlumivka představuje vysokou impedanci souosého proudu, přičemž umožňuje, aby zamýšlený diferenciální signál procházel nerušeně.

Jak funguje jádro v tlumivce

Běžná tlumivka se skládá z magnetického jádra se dvěma vinutími, jedním na každém vodiči, vinutými ve stejném směru. Pro proudy v součinném režimu se toky sčítají, takže se tlumivka chová jako vysoká indukčnost a blokuje šum. Pro proudy v diferenciálním režimu se toky ruší, takže tlumivka nenabízí téměř žádnou impedanci a signál prochází. Výkon tlumivky je proto určen materiálem jádra: její propustnost definuje indukčnost na otáčku, její ztráta definuje kvalitu útlumu a její chování při saturaci definuje proudovou kapacitu.

Proč se používají nanokrystalická jádra

Konvenční tlumivky používají jádra z feritu nebo železného prášku. Nanokrystalická jádra zlepšují obojí několika způsoby:

Mnohem vyšší propustnost, typicky 20 000 až 80 000, která poskytuje stejnou impedanci s menším počtem závitů a menším jádrem.

Velmi nízká ztráta jádra, takže tlumivka běží chladněji a plýtvá méně energií, což je důležité u trvale pracujících měničů výkonu.

Široká, plochá křivka impedance: feritové tlumivky často vykazují špičky rezonanční impedance, které jsou účinné pouze v úzkém pásmu, zatímco nanokrystalické tlumivky si udržují užitečnou impedanci v širokém frekvenčním rozsahu, což vyhovuje rušení s proměnnou-frekvencí.

Vysoká hustota saturačního toku kolem 1,2 T, která odolává stejnosměrnému a nízkofrekvenčnímu proudovému zkreslení -v elektrických vedeních.

Stabilní výkon nad teplotou, díky vysoké Curieově teplotě, takže útlum nekolabuje v horkých dnech nebo při plné zátěži.

Srovnání s feritovým a železným práškem

Vlastnictví	Nanokrystalické	Ferit	Železný prášek
Propustnost	20,000-80,000	1,000-15,000	10-100
Hustota saturačního toku	1.2 T	0.3-0.5 T	0.5-1.0 T
Ztráta jádra při 100 kHz	Velmi nízké	Nízký	Vyšší
Impedanční šířka pásma	Široký a plochý	Užší, rezonanční	Široký
Velikost pro stejnou impedanci	Nejmenší	Střední	Největší
Teplotní stabilita	Vysoký	Mírný	Vysoký

Praktickým důsledkem je, že nanokrystalická tlumivka dosahuje požadovaného vložného útlumu při menší stopě, s nižším nárůstem teploty a se stabilním útlumem v celém pásmu, kde se objevuje spínací šum.

Zmenšení velikosti a úspora místa

Vzhledem k tomu, že požadované indukčnosti je dosaženo s méně otáčkami na jádře s vyšší{0}}propustností, celá tlumivka se smršťuje. To je rozhodující v prostorově-omezených konstrukcích: kompaktní napájecí zdroje, palubní nabíječky, fotovoltaické měniče a průmyslové pohony – všechny těží z menšího EMC filtru. Zkrácená délka vinutí také snižuje odpor vinutí a ztráty mědi.

Aplikace

Napájecí zdroje a adaptéry s přepínatelným{0}režimem, kde musí být šum při spínání vypnutý ze sítě.

Pohony s proměnnou frekvencí a servosystémy, kde proudy v součinném režimu motorového kabelu způsobují problémy s ložisky a EMC.

Fotovoltaické a větrné střídače, kde připojení k síti musí splňovat emisní limity.

Palubní nabíječky pro elektromobily a DC-stejnosměrné měniče, kde jsou prostor a teplota přísně omezeny.

Datová komunikace a průmyslové řídicí linky, kde integrita signálu závisí na potlačení šumu.

Úvahy o designu

Vyberte jádro tak, aby vrchol impedance pokrýval šumové pásmo aplikace; nanokrystalická jádra poskytují největší rezervu, když je spektrum šumu proměnlivé.

Zkontrolujte saturační proud proti maximálnímu proudu vedení, včetně stejnosměrné složky; tlumivka si musí zachovat svou indukčnost při špičkovém provozním proudu.

Minimalizujte svodovou indukčnost dvou vinutí, protože svod se jeví jako indukčnost v diferenciálním režimu a může ovlivnit signálovou cestu.

Použijte specifikované schéma vinutí, obvykle bifilární nebo dělené, aby byla vazba těsná a rozptylová kapacita byla kontrolována.

Ověřte nárůst teploty tlumivky při plném zatížení v konečné skříni, protože úspora ztráty jádra se musí promítnout do nižší teploty horkého bodu-.

Reprezentativní velikosti jádra

Velikost jádra (mm)	Velikost krabice (mm)	Ae (mm2)	Magnetická dráha Ie (mm)	Maximální DC nadproud (A)
14 x 19 x 6.5	12 x 22 x 8	11.86	51.81	20
16 x 21 x 10	15 x 24 x 12.3	24.85	57.41	60
18 x 25 x 10	16.4 x 25.9 x 12.3	37.97	64.56	70
20 x 28 x 10	18.5 x 29 x 12.3	45.76	73.88	90
22 x 32 x 10	20.5 x 33.4 x 12.3	43.58	73.43	120

Rozměry se vztahují k obaleným toroidním jádrům běžně používaným pro běžné tlumivky; závity vinutí jsou pak nastaveny požadovanou impedancí na cílové frekvenci.

Často kladené otázky

Proč používá běžná tlumivka toroidní jádro?

Toroidní tvar poskytuje uzavřený magnetický obvod bez vzduchové mezery, což maximalizuje indukčnost na otáčku a minimalizuje vnější svodové pole. Symetrické vinutí kolem kroužku také udržuje obě poloviny vinutí pevně spojené.

Jak se liší nanokrystalická tlumivka od feritové tlumivky v praxi?

Při stejné impedanci je nanokrystalická tlumivka menší, běží chladněji a udržuje si svůj útlum v širším frekvenčním a teplotním rozsahu. Ferit zůstává atraktivní pro velmi nízkou cenu a jednoduchou dostupnost v malých množstvích.

Může běžná tlumivka také filtrovat šum diferenciálního režimu?

Pouze prostřednictvím své únikové indukčnosti, která je obvykle malá a nekontrolovaná. Tam, kde je vyžadováno filtrování v diferenciálním režimu, by se místo spoléhání na tlumivku se společným režimem měla použít vyhrazená induktor diferenciálního režimu nebo integrovaný filtr.

Co určuje saturační proud tlumivky?

Sytost se nastavuje průřezem jádra-, počtem závitů a hustotou toku nasycení materiálu. Kontrola návrhu spočívá v tom, že součet ampér-závitů v běžném a diferenciálním režimu zůstává pod limitem saturace při maximálním provozním proudu.

Jsou nanokrystalické běžné tlumivky hlučnější než feritové?

Ne. Optimalizované nanokrystalické třídy mají velmi nízkou magnetostrikci a uzavřený toroidní obvod zabraňuje bzučení jader s mezerou-. Slyšitelný hluk je obvykle stejný nebo nižší než u feritových konstrukcí.

Jaký frekvenční rozsah pokrývají nanokrystalické tlumivky?

Užitečný rozsah sahá od přibližně 10 kHz do oblasti MHz, což pokrývá spínací šum moderní výkonové elektroniky a interferenční pásma vyskytující se v průmyslovém prostředí. Přesné pásmo závisí na otáčkách, velikosti jádra a kapacitě vinutí.