Usando ferritas para suprimir EMI

Aug 16, 2023

Em nosso mundo ideal, segurança, qualidade e desempenho são primordiais. No entanto, o custo do componente final (que inclui a ferrita) tornou-se, em muitos casos, o fator decisivo. Este artigo foi escrito como um auxílio para o engenheiro de projeto que procura materiais alternativos de ferrita como forma de reduzir custos.

APLICAÇÕES DE FERRITA

A seguir estão três aplicações principais para ferrita macia:

1. Baixo nível de sinal2. Poder3. EMI

As características de material intrínseco necessárias e a geometria do núcleo são ditadas por cada aplicação específica. As características intrínsecas que controlam o desempenho de aplicações de baixo nível de sinal são permeabilidade (particularmente com temperatura), baixa perda de núcleo e boa estabilidade magnética com tempo e temperatura. As aplicações incluem indutores de alto Q, indutores de modo comum, transformadores de banda larga, casamento e pulso, elementos de antena para rádios e transponders ativos e passivos. Para aplicações de energia, as características desejáveis ​​são alta densidade de fluxo e baixas perdas na frequência e temperatura de operação. As aplicações incluem fontes de alimentação chaveadas, amplificadores magnéticos, conversores CC-CC, filtros de potência, bobinas de ignição e transformadores para carregamento de baterias de veículos elétricos.

A característica intrínseca que mais influencia o desempenho da ferrita mole em aplicações de supressão é a permeabilidade complexa [1], que é diretamente proporcional à impedância do núcleo. Existem três maneiras de usar ferrites como supressores de sinais indesejados, conduzidos ou irradiados. O primeiro, e menos comum, é como escudos reais onde a ferrita é usada para isolar um condutor, componente ou circuito, de um ambiente de campos eletromagnéticos dispersos irradiados. Na segunda aplicação, a ferrita é usada com um elemento capacitivo para criar um filtro passa-baixo que é indutância – capacitância em baixas frequências e dissipativo em frequências mais altas. O terceiro e mais comum uso é quando os núcleos de ferrite são usados ​​sozinhos em condutores de componentes ou em circuitos de nível de placa. Nesta aplicação, o núcleo de ferrite evita quaisquer oscilações parasitas e/ou atenua a captação ou transmissão indesejada de sinais que possam viajar ao longo dos condutores de componentes ou fios, traços ou cabos interconectados. Tanto na segunda quanto na terceira aplicação, o núcleo de ferrite suprime a EMI conduzida eliminando ou reduzindo bastante as correntes de alta frequência que emanam da fonte EMI. A introdução da ferrita fornece uma impedância de frequência suficientemente alta que resulta na supressão das correntes de alta frequência. Teoricamente, a ferrita ideal forneceria uma impedância alta nas frequências EMI e impedância zero em todas as outras frequências. Na realidade, os núcleos supressores de ferrite fornecem uma impedância dependente da frequência. Baixo em frequências abaixo de 1 MHz e, dependendo do material de ferrite, a impedância máxima pode ser obtida entre 10 MHz a 500 MHz.

PERMEABILIDADE COMPLEXA

Como é consistente com os princípios de engenharia elétrica em que tensões e correntes alternadas são denotadas por parâmetros complexos, a permeabilidade de um material pode ser representada como um parâmetro complexo que consiste em uma parte real e uma parte imaginária. Isso é evidenciado em altas frequências onde a permeabilidade se separa em dois componentes. A componente real (μ') representa a porção reativa, e está em fase [2] com o campo magnético alternado, enquanto a componente imaginária (μ") representa as perdas, e está defasada com o campo magnético alternado. Estas podem ser expresso como componentes em série (μs' μs" ) ou componentes paralelos (μp' μp"). Os gráficos nas Figuras 1, 2 e 3 mostram os componentes em série da permeabilidade inicial complexa em função da frequência para três materiais ferríticos. Material o tipo 73 é uma ferrita de manganês e zinco com uma permeabilidade inicial de 2500. O tipo de material 43 é uma ferrita de níquel-zinco com uma permeabilidade inicial de 850. O tipo de material 61 é uma ferrita de níquel-zinco com uma permeabilidade inicial de 125.