स्विचिंग विद्युत आपूर्ति के ईएमसी डिजाइन में चुंबकीय मोतियों का अनुप्रयोग

स्विचिंग विद्युत आपूर्ति के ईएमसी डिजाइन में चुंबकीय मोतियों का अनुप्रयोग

यह पेपर फेराइट बीड की विशेषताओं का परिचय देता है, और इसकी विशेषताओं के अनुसार, स्विचिंग बिजली आपूर्ति के ईएमसी डिजाइन में इसके महत्वपूर्ण अनुप्रयोग का विश्लेषण और परिचय देता है, और पावर लाइन फिल्टर में प्रयोगात्मक और परीक्षण परिणाम देता है।

ईएमसी आज के इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन और निर्माण में एक गर्म और कठिन मुद्दा बन गया है। व्यावहारिक अनुप्रयोग में ईएमसी समस्या बहुत जटिल है, और इसे सैद्धांतिक ज्ञान पर भरोसा करके हल नहीं किया जा सकता है। यह इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरों के व्यावहारिक अनुभव पर अधिक निर्भर करता है। इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की ईएमसी की समस्या को बेहतर ढंग से हल करने के लिए ग्राउंडिंग, सर्किट और पीसीबी बोर्ड डिजाइन, केबल डिजाइन और शील्डिंग डिजाइन जैसे मुद्दों पर विचार करना आवश्यक है।

यह पेपर स्विचिंग बिजली आपूर्ति ईएमसी में इसके महत्व को दर्शाने के लिए चुंबकीय मोतियों के बुनियादी सिद्धांतों और विशेषताओं का परिचय देता है, ताकि नए उत्पादों को डिजाइन करते समय स्विचिंग बिजली आपूर्ति उत्पाद डिजाइनरों को अधिक और बेहतर विकल्प प्रदान किया जा सके।

1 फेराइट ईएमआई दमन घटक
फेराइट एक घनीय जाली संरचना वाला एक लौहचुंबकीय पदार्थ है। इसकी निर्माण प्रक्रिया और यांत्रिक गुण सिरेमिक के समान हैं, और इसका रंग ग्रे-काला है। ईएमआई फिल्टर में अक्सर उपयोग किया जाने वाला एक प्रकार का चुंबकीय कोर फेराइट सामग्री है, और कई निर्माता विशेष रूप से ईएमआई दमन के लिए उपयोग की जाने वाली फेराइट सामग्री प्रदान करते हैं। यह सामग्री बहुत बड़ी उच्च-आवृत्ति हानियों की विशेषता है। विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को दबाने के लिए उपयोग किए जाने वाले फेराइट के लिए, सबसे महत्वपूर्ण प्रदर्शन पैरामीटर चुंबकीय पारगम्यता μ और संतृप्ति चुंबकीय प्रवाह घनत्व बीएस हैं। चुंबकीय पारगम्यता μ को एक जटिल संख्या के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, वास्तविक भाग प्रेरण का गठन करता है, और काल्पनिक भाग हानि का प्रतिनिधित्व करता है, जो आवृत्ति की वृद्धि के साथ बढ़ता है। इसलिए, इसका समतुल्य सर्किट एक प्रारंभकर्ता L और एक अवरोधक R से बना एक श्रृंखला सर्किट है, L और R दोनों आवृत्ति के कार्य हैं। जब तार इस फेराइट कोर से होकर गुजरता है, तो आवृत्ति बढ़ने के साथ गठित प्रेरक प्रतिबाधा का रूप बढ़ जाता है, लेकिन विभिन्न आवृत्तियों पर तंत्र पूरी तरह से अलग होता है।

कम आवृत्ति बैंड में, प्रतिबाधा प्रारंभ करनेवाला की प्रेरक प्रतिक्रिया से बनी होती है। कम आवृत्तियों पर, आर बहुत छोटा है, और चुंबकीय कोर की चुंबकीय पारगम्यता अधिक है, इसलिए अधिष्ठापन बड़ा है, और एल एक प्रमुख भूमिका निभाता है, और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप प्रतिबिंबित और दबा हुआ है; और इस समय, चुंबकीय कोर का नुकसान छोटा है, और संपूर्ण उपकरण कम नुकसान और उच्च क्यू विशेषताओं वाला एक प्रारंभकर्ता है।

उच्च-आवृत्ति बैंड में, प्रतिबाधा प्रतिरोध घटकों से बनी होती है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, चुंबकीय कोर की चुंबकीय पारगम्यता कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रारंभ करनेवाला की प्रेरण में कमी आती है और प्रेरक प्रतिक्रिया घटक में कमी आती है। हालाँकि, इस समय, चुंबकीय कोर का नुकसान बढ़ जाता है और प्रतिरोध घटक बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कुल प्रतिबाधा में वृद्धि होती है। जब उच्च-आवृत्ति संकेत फेराइट से होकर गुजरता है, तो विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप अवशोषित हो जाता है और ऊष्मा ऊर्जा के रूप में नष्ट हो जाता है।

फेराइट दमन घटकों का व्यापक रूप से मुद्रित सर्किट बोर्डों, बिजली लाइनों और डेटा लाइनों पर उपयोग किया जाता है। यदि मुद्रित बोर्ड की पावर लाइन के इनलेट सिरे पर फेराइट दमन तत्व जोड़ा जाता है, तो उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप को फ़िल्टर किया जा सकता है। फेराइट चुंबकीय रिंग या चुंबकीय मोतियों का उपयोग विशेष रूप से सिग्नल लाइनों और पावर लाइनों पर उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप और स्पाइक हस्तक्षेप को दबाने के लिए किया जाता है। इसमें इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज पल्स हस्तक्षेप को अवशोषित करने की क्षमता भी है।

2. चुंबकीय मोतियों का सिद्धांत और विशेषताएं जब तार के केंद्रीय छेद में करंट प्रवाहित होता है, तो यह एक चुंबकीय ट्रैक होगा जो चुंबकीय मनके के अंदर घूमता है। ईएमआई नियंत्रण के लिए फेराइट्स को इस तरह तैयार किया जाना चाहिए कि अधिकांश चुंबकीय प्रवाह सामग्री में गर्मी के रूप में नष्ट हो जाए। इस घटना को एक प्रारंभ करनेवाला और एक अवरोधक के श्रृंखला संयोजन द्वारा प्रतिरूपित किया जा सकता है। जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है

दो घटकों का संख्यात्मक मान चुंबकीय मनका की लंबाई के समानुपाती होता है, और चुंबकीय मनका की लंबाई दमन प्रभाव पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। चुंबकीय मनका की लंबाई जितनी अधिक होगी, दमन प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। चूँकि सिग्नल ऊर्जा चुंबकीय रूप से चुंबकीय मनके से जुड़ी होती है, आवृत्ति बढ़ने के साथ प्रारंभ करनेवाला की प्रतिक्रिया और प्रतिरोध बढ़ता है। चुंबकीय युग्मन की दक्षता हवा के सापेक्ष मनका सामग्री की चुंबकीय पारगम्यता पर निर्भर करती है। आमतौर पर मनका बनाने वाली फेराइट सामग्री की हानि को हवा के सापेक्ष इसकी पारगम्यता के माध्यम से एक जटिल मात्रा के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।

चुंबकीय सामग्री अक्सर हानि कोण को चिह्नित करने के लिए इस अनुपात का उपयोग करती है। ईएमआई दमन घटकों के लिए एक बड़े हानि कोण की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि अधिकांश हस्तक्षेप समाप्त हो जाएगा और प्रतिबिंबित नहीं होगा। आज उपलब्ध फेराइट सामग्रियों की विस्तृत विविधता डिजाइनरों को विभिन्न अनुप्रयोगों में फेराइट मोतियों का उपयोग करने के लिए विकल्पों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करती है।

3 चुंबकीय मोतियों का अनुप्रयोग

3.1 स्पाइक सप्रेसर
स्विचिंग बिजली आपूर्ति का सबसे बड़ा नुकसान यह है कि इसमें शोर और हस्तक्षेप उत्पन्न करना आसान है, जो एक प्रमुख तकनीकी समस्या है जिसने लंबे समय से स्विचिंग बिजली आपूर्ति को प्रभावित किया है। स्विचिंग बिजली आपूर्ति का शोर मुख्य रूप से स्विचिंग पावर ट्यूब और स्विचिंग रेक्टिफायर डायोड के तेजी से बदलते हाई-वोल्टेज स्विचिंग और पल्स शॉर्ट-सर्किट करंट के कारण होता है। इसलिए, उन्हें न्यूनतम तक सीमित करने के लिए प्रभावी घटकों का उपयोग करना शोर को दबाने के मुख्य तरीकों में से एक है। नॉन-लीनियर सैचुरेटेड इंडक्शन का उपयोग आमतौर पर रिवर्स रिकवरी करंट पीक को दबाने के लिए किया जाता है, इस समय आयरन कोर की कार्यशील स्थिति -बी से प्लस बी तक होती है। स्विचिंग बिजली आपूर्ति के फ्रीव्हीलिंग डायोड पर उच्च चुंबकीय पारगम्यता और संतृप्त अल्ट्रा-छोटे प्रेरण तत्व-चुंबकीय मोतियों की स्थिरता के अनुसार, स्विचिंग बिजली आपूर्ति स्विच होने पर उत्पन्न पीक करंट को दबाने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक स्पाइक सप्रेसर विकसित किया गया है।

स्पाइक सप्रेसर्स की प्रदर्शन विशेषताएँ
(1) प्रारंभिक और अधिकतम अधिष्ठापन मान बहुत अधिक हैं, और संतृप्ति के बाद अवशिष्ट अधिष्ठापन मान की गैर-रैखिकता अत्यंत स्पष्ट नहीं है। सर्किट में श्रृंखला में जुड़े होने के बाद, करंट बढ़ता है और तुरंत उच्च प्रतिबाधा दिखाता है, जिसका उपयोग तथाकथित तात्कालिक प्रतिबाधा तत्व के रूप में किया जा सकता है।

(2) यह अर्धचालक सर्किट में क्षणिक वर्तमान शिखर संकेत, प्रभाव उत्तेजना सर्किट और साथ में शोर को रोकने के लिए उपयुक्त है, और यह अर्धचालक को क्षतिग्रस्त होने से भी रोक सकता है।

(3) अवशिष्ट प्रेरण अत्यंत छोटा है, और सर्किट स्थिर होने पर हानि बहुत छोटी है।

(4) यह फेराइट उत्पादों के प्रदर्शन से बिल्कुल अलग है।

(5) जब तक चुंबकीय संतृप्ति से बचा जाता है, इसका उपयोग अल्ट्रा-छोटे, उच्च-प्रेरकत्व अधिष्ठापन तत्व के रूप में किया जा सकता है।

(6) इसका उपयोग दोलन को नियंत्रित करने और उत्पन्न करने के लिए कम नुकसान के साथ उच्च प्रदर्शन वाले संतृप्त लौह कोर के रूप में किया जा सकता है।

स्पाइक सप्रेसर को बड़ा इंडक्शन प्राप्त करने के लिए लौह कोर सामग्री में उच्च चुंबकीय पारगम्यता की आवश्यकता होती है; जब उच्च वर्ग अनुपात लौह कोर को संतृप्त कर सकता है, तो अधिष्ठापन जल्दी से शून्य हो जाना चाहिए; बलपूर्वक बल छोटा है और उच्च आवृत्ति हानि कम है, अन्यथा लौह कोर का ताप अपव्यय सामान्य रूप से काम नहीं करेगा।

स्पाइक सप्रेसर का उद्देश्य मुख्य रूप से वर्तमान पीक सिग्नल को कम करना है; वर्तमान पीक सिग्नल के कारण होने वाले शोर को कम करें; स्विचिंग ट्रांजिस्टर की क्षति को रोकें; स्विचिंग ट्रांजिस्टर के स्विचिंग नुकसान को कम करें; डायोड की पुनर्प्राप्ति विशेषताओं की भरपाई करें; उच्च-आवृत्ति पल्स करंट शॉक उत्तेजना को रोकें। अल्ट्रा-स्मॉल लाइन फिल्टर आदि के रूप में उपयोग करें।

3.2 फिल्टर में अनुप्रयोग ए) चुंबकीय मोतियों के बिना परीक्षण परिणाम बी) चुंबकीय मोतियों के साथ परीक्षण परिणाम सी) एल लाइन और चुंबकीय मोतियों के साथ परीक्षण परिणाम डी) एन लाइन और चुंबकीय मोतियों के साथ परीक्षण परिणाम

साधारण फिल्टर दोषरहित प्रतिक्रियाशील घटकों से बने होते हैं। सर्किट में इसका कार्य स्टॉपबैंड आवृत्ति को सिग्नल स्रोत पर वापस प्रतिबिंबित करना है, इसलिए इस प्रकार के फ़िल्टर को प्रतिबिंब फ़िल्टर भी कहा जाता है। जब प्रतिबिंब फ़िल्टर सिग्नल स्रोत के प्रतिबाधा से मेल नहीं खाता है, तो ऊर्जा का हिस्सा सिग्नल स्रोत पर वापस प्रतिबिंबित होगा, जिसके परिणामस्वरूप हस्तक्षेप स्तर में वृद्धि होगी। इस नुकसान को हल करने के लिए, फेराइट मैग्नेटिक रिंग या मैग्नेटिक बीड स्लीव का उपयोग फिल्टर की आने वाली लाइन पर किया जा सकता है, और फेराइट रिंग या मैग्नेटिक बीड द्वारा उच्च-आवृत्ति सिग्नल के एड़ी वर्तमान नुकसान का उपयोग उच्च को परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है। गर्मी के नुकसान में आवृत्ति घटक। इसलिए, चुंबकीय अंगूठी और चुंबकीय मोती वास्तव में उच्च-आवृत्ति घटकों को अवशोषित करते हैं, इसलिए उन्हें कभी-कभी अवशोषण फिल्टर भी कहा जाता है।

विभिन्न फेराइट दमन घटकों में अलग-अलग इष्टतम दमन आवृत्ति रेंज होती हैं। आम तौर पर, पारगम्यता जितनी अधिक होगी, दबी हुई आवृत्ति उतनी ही कम होगी। इसके अलावा, फेराइट की मात्रा जितनी बड़ी होगी, दमन प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। जब आयतन स्थिर होता है, तो लंबी और पतली आकृति का छोटे और मोटे आकार की तुलना में बेहतर दमन प्रभाव होता है, और आंतरिक व्यास जितना छोटा होगा, दमन प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। हालाँकि, DC या AC बायस करंट के मामले में, फेराइट संतृप्ति की समस्या अभी भी है। दमन तत्व का क्रॉस-सेक्शन जितना बड़ा होगा, उसके संतृप्त होने की संभावना उतनी ही कम होगी, और वह उतना ही अधिक पूर्वाग्रह धारा का सामना कर सकता है।

चुंबकीय मोतियों के उपरोक्त सिद्धांतों और विशेषताओं के आधार पर, इसे स्विचिंग बिजली आपूर्ति के फिल्टर पर लागू किया जाता है, और प्रभाव स्पष्ट होता है। परीक्षण के परिणामों से यह देखा जा सकता है कि चुंबकीय मोतियों का अनुप्रयोग काफी भिन्न है। प्रायोगिक परिणामों से यह देखा जा सकता है कि स्विचिंग पावर सप्लाई सर्किट, संरचनात्मक लेआउट और पावर के प्रभाव के कारण, कभी-कभी इसका अंतर मोड हस्तक्षेप पर अच्छा दमन प्रभाव पड़ता है, कभी-कभी इसका सामान्य मोड हस्तक्षेप पर अच्छा दमन प्रभाव पड़ता है, और कभी-कभी इसका हस्तक्षेप पर दमनात्मक प्रभाव नहीं पड़ता है बल्कि शोर हस्तक्षेप बढ़ जाता है।

जब ईएमआई अवशोषित चुंबकीय रिंग/चुंबकीय मनका अंतर-मोड हस्तक्षेप को दबा देता है, तो इसके माध्यम से गुजरने वाला वर्तमान मूल्य इसकी मात्रा के समानुपाती होता है, और दोनों के बीच असंतुलन संतृप्ति का कारण बनता है, जो घटक के प्रदर्शन को कम करता है; सामान्य-मोड हस्तक्षेप को दबाते समय, बिजली आपूर्ति के दो तार (सकारात्मक और नकारात्मक) एक ही समय में एक चुंबकीय रिंग से गुजरते हैं, और प्रभावी सिग्नल एक अंतर-मोड सिग्नल होता है। चुंबकीय रिंग के उपयोग में एक और बेहतर तरीका यह है कि प्रेरकत्व को बढ़ाने के लिए चुंबकीय रिंग से गुजरने वाले तार को बार-बार कई बार लपेटा जाए। विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के दमन सिद्धांत के अनुसार, इसके दमन प्रभाव का यथोचित उपयोग किया जा सकता है।

फेराइट दमन घटकों को हस्तक्षेप के स्रोत के करीब स्थापित किया जाना चाहिए। इनपुट/आउटपुट सर्किट के लिए, यह परिरक्षण मामले के इनलेट और आउटलेट के जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए। फेराइट चुंबकीय रिंग और चुंबकीय मोतियों से बने अवशोषण फिल्टर के लिए, उच्च चुंबकीय पारगम्यता के साथ हानिपूर्ण सामग्री चुनने के अलावा, इसके आवेदन अवसरों पर भी ध्यान दिया जाना चाहिए। लाइन में उच्च-आवृत्ति घटकों के प्रति उनका प्रतिरोध लगभग दस से सैकड़ों Ω है, इसलिए उच्च-प्रतिबाधा सर्किट में इसकी भूमिका स्पष्ट नहीं है। इसके विपरीत, यह कम-प्रतिबाधा सर्किट (जैसे बिजली वितरण, बिजली आपूर्ति या रेडियो फ्रीक्वेंसी सर्किट) में बहुत प्रभावी होगा।