Nuclis nanocristal·lins per a asfixia de mode comú

Què fa un asfixia en mode comú

Una bobina de mode comú és un component de filtre passiu que suprimeix el soroll de mode comú en un parell de conductors, com ara els cables en viu i neutre d'una línia elèctrica o les línies de senyal d'un enllaç de dades. El soroll en mode comú és un senyal no desitjat que apareix de manera idèntica i en fase als dos conductors en relació a terra. Si no es suprimeix, pot provocar un mal funcionament, corrupció de dades i un rendiment reduït en equips electrònics, i pot fer que el producte falli les proves de compliment EMC. L'asfixia presenta una alta impedància al corrent de mode comú alhora que permet que el senyal de mode diferencial previst passi sense pertorbar.

Com funciona el nucli en un asfixia

Un estrany de mode comú consisteix en un nucli magnètic amb dos bobinatges, un a cada conductor, enrotllats en la mateixa direcció. Per als corrents de mode comú, els fluxos s'afegeixen, de manera que l'obstrucció es comporta com una alta inductància i bloqueja el soroll. Per als corrents de mode diferencial, els fluxos es cancel·len, de manera que l'obstacle no ofereix gairebé cap impedància i el senyal passa. Per tant, el rendiment de l'obturador està determinat pel material del nucli: la seva permeabilitat defineix la inductància per volta, la seva pèrdua defineix la qualitat d'atenuació i el seu comportament de saturació defineix la capacitat de corrent.

Per què s'utilitzen nuclis nanocristal·lins

Les boques convencionals utilitzen nuclis de ferrita o pols de ferro. Els nuclis nanocristal·lins milloren ambdós de diverses maneres:

Permeabilitat molt més alta, normalment de 20.000 a 80.000, que dóna la mateixa impedància amb menys voltes i un nucli més petit.

Pèrdua de nucli molt baixa, de manera que l'obturador funciona més fred i malgasta menys energia, cosa que importa en els convertidors de potència que funcionen contínuament.

Una corba d'impedància àmplia i plana: les bobines de ferrita sovint mostren pics d'impedància de ressonància que només són efectius en una banda estreta, mentre que les bobines nanocristal·lines mantenen una impedància útil en un ampli rang de freqüències, que s'adapta a les interferències de freqüència variable-.

Alta densitat de flux de saturació al voltant d'1,2 T, que resisteix el biaix de corrent continu i de baixa freqüència-que es troben a les línies elèctriques.

Rendiment estable sobre la temperatura, gràcies a l'alta temperatura de Curie, de manera que l'atenuació no es col·lapsa en dies calorosos o a plena càrrega.

Comparació amb ferrita i pols de ferro

Propietat	Nanocristal·lí	Ferrita	Pols de ferro
Permeabilitat	20,000-80,000	1,000-15,000	10-100
Densitat de flux de saturació	1.2 T	0.3-0.5 T	0.5-1.0 T
Pèrdua del nucli a 100 kHz	Molt baix	Baixa	Més alt
Ample de banda d'impedància	Ample i pla	Més estret, ressonant	Ample
Mida per a la mateixa impedància	El més petit	Mitjana	El més gran
Estabilitat de temperatura	Alt	Moderat	Alt

La conseqüència pràctica és que un asfixia nanocristal·lí aconsegueix la pèrdua d'inserció requerida en una empremta més petita, amb un augment de temperatura menor i amb una atenuació estable a tota la banda on apareix el soroll de commutació.

Reducció de mida i estalvi d'espai

Com que la inductància requerida s'aconsegueix amb menys girs en un nucli de major permeabilitat-, tot el choke es redueix. Això és decisiu en dissenys-restringits d'espai: fonts d'alimentació compactes, carregadors integrats, inversors fotovoltaics i unitats industrials es beneficien d'un filtre EMC més petit. La reduïda longitud del bobinat també redueix la resistència del bobinatge i la pèrdua de coure.

Aplicacions

Fonts d'alimentació i adaptadors en mode-de commutació, on el soroll de commutació s'ha de mantenir fora de la xarxa elèctrica.

Variadors de freqüència i servosistemes, on els corrents de mode comú del cable del motor causen problemes de coixinets i EMC.

Inversors fotovoltaics i eòlics, on la connexió a la xarxa ha de complir els límits d'emissions.

Carregadors de vehicles elèctrics a bord i convertidors de CC-CC, on l'espai i la temperatura estan molt limitats.

Línies de comunicació de dades i control industrial, on la integritat del senyal depèn de la supressió del soroll.

Consideracions de disseny

Seleccioneu el nucli de manera que el pic d'impedància cobreixi la banda de soroll de l'aplicació; els nuclis nanocristal·lins donen el marge més ampli quan l'espectre de soroll és variable.

Comproveu el corrent de saturació amb el corrent de línia màxim, inclòs el component DC; l'obturador ha de mantenir la seva inductància al corrent màxim de funcionament.

Minimitzar la inductància de fuga dels dos bobinatges, ja que la fuita apareix com a inductància de mode diferencial i pot afectar el camí del senyal.

Utilitzeu l'esquema d'enrotllament especificat, normalment bifilar o seccionat, per mantenir l'acoblament ajustat i la capacitat dispersa controlada.

Verifiqueu l'augment de temperatura de l'obturador a plena càrrega a l'armari final, ja que l'estalvi de pèrdua de nucli s'ha de traduir en una temperatura més baixa del punt calent-.

Mides de nucli representatives

Mida del nucli (mm)	Mida de la caixa (mm)	Ae (mm2)	Trajecte magnètic Ie (mm)	Sobreintensitat de CC màxima (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

Les dimensions es refereixen als nuclis toroidals amb carcassa que s'utilitzen habitualment per a les bobines de mode comú; les espires de bobinatge s'estableixen llavors per la impedància requerida a la freqüència objectiu.

Preguntes freqüents

Per què un estrany de mode comú utilitza un nucli toroidal?

La forma toroidal proporciona un circuit magnètic tancat sense espai d'aire, que maximitza la inductància per volta i minimitza el camp de fuita extern. L'enrotllament simètric al voltant de l'anell també manté les dues meitats de l'enrotllament ben acoblades.

En què difereix un choke nanocristal·lí d'un estrany de ferrita a la pràctica?

Amb la mateixa impedància, l'asfixia nanocristal·lí és més petit, funciona més fred i manté la seva atenuació en un rang de freqüència i temperatura més ampli. La ferrita segueix sent atractiva per un cost molt baix i una disponibilitat senzilla en petites quantitats.

Un asfixia en mode comú també pot filtrar el soroll en mode diferencial?

Només a través de la seva inductància de fuita, que sol ser petita i incontrolada. Quan es requereixi un filtratge en mode diferencial, s'hauria d'utilitzar un inductor de mode diferencial dedicat o un disseny de filtre integrat en lloc de confiar en l'obstrucció de mode comú.

Què determina el corrent de saturació de la bobina?

La saturació s'estableix per la secció transversal-del nucli, el nombre de voltes i la densitat de flux de saturació del material. La comprovació del disseny és que la suma dels girs d'amper-mode comú i mode diferencial es mantingui per sota del límit de saturació al corrent màxim de funcionament.

Els enfocs nanocristal·lins de mode comú són més sorollosos que els de ferrita?

No. Els graus nanocristal·lins optimitzats tenen una magnetostricció molt baixa i el circuit toroidal tancat evita el brunzit relacionat amb la bretxa-de nuclis buits. El soroll audible sol ser igual o inferior al dels dissenys de ferrita.

Quin rang de freqüències cobreixen els chokes nanocristal·lins?

El rang útil s'estén des d'uns 10 kHz a la regió MHz, que cobreix el soroll de commutació de l'electrònica de potència moderna i les bandes d'interferència que es troben en entorns industrials. La banda exacta depèn de les espires, la mida del nucli i la capacitat del bobinat.