Как да тестваме загубата на вмъкване на феритни тороидални ядра

1. Разбиране на загубата при вмъкване

Загубата при вмъкване количествено определя намаляването на мощността на сигнала, когато феритна тороидална сърцевина се вмъкне във верига, изразено в децибели (dB). Тя отразява способността на сърцевината да потиска електромагнитните смущения (EMI) чрез намаляване на нежеланите сигнали. Формулата за загубата при вмъкване е:

където Vбез сърцевина​ е сигналното напрежение без сърцевина, а Vс сърцевина​ е напрежението с поставена сърцевина.

2. Ключови фактори, влияещи върху загубата на вмъкване

• Състав на материала : Никел-цинковите (NiZn) ферити се отличават с отлични приложения във високочестотни диапазони (1 MHz–1 GHz), докато манган-цинковите (MnZn) ферити са по-подходящи за по-ниски честоти (1 kHz–1 MHz).
• Геометрия на ядрото : Размерът, формата и броят на навивките на ядрото влияят пряко върху неговия импеданс и следователно върху загубите при вмъкване.
• Честота : Загубата при вмъкване се увеличава с честотата, достигайки връх при резонансната честота на ядрото, преди да намалее.
• Температура : Повишените температури могат да намалят магнитната пропускливост на ядрото, променяйки характеристиките му на затихване при вмъкване.

3. Методи за тестване

Метод 1: Мрежов анализатор (най-точен)

Мрежовият анализатор измерва импеданса на ядрото в честотен диапазон, което позволява прецизно изчисляване на вмъкнатите загуби.

Стъпки :

1. Калибриране : Калибрирайте мрежовия анализатор с помощта на калибровъчен комплект (стандарти за отворено съединение, късо съединение и натоварване), за да осигурите точност.
2. Настройка на теста:
   • Навийте определен брой навивки (например 5–10) около сърцевината, използвайки проводник с минимално съпротивление.
   • Свържете ядрото към мрежовия анализатор чрез коаксиални кабели или тестови устройства.
   • Уверете се, че сърцевината е центрирана и намотките са равномерни, за да се сведат до минимум паразитните ефекти.
3. Честотно сканиране : Извършете честотно сканиране (напр. 1 MHz–1 GHz) и запишете импеданса ( Z ) и фазовия ъгъл ( θ)).
4. Изчислете загубата при вмъкване:
   • Преобразувайте импеданса в коефициент на отражение ( Γ ): Γ=Z+Z0​Z−Z0​​ , къдетоZ0​ е характерният импеданс (обикновено 50 Ω).
   • Изчислете затихването при вмъкване, като използвате Затихване при вмъкване (dB)=−20log10​∣Γ∣ .

Предимства : Висока точност, широк честотен диапазон и възможност за анализ на импеданс и фаза.

Ограничения : Скъпо оборудване и изискваща техническа експертиза.

Метод 2: Генератор на сигнали и спектрален анализатор (рентабилна алтернатива)

Този метод използва генератор на сигнали за генериране на тестов сигнал и спектрален анализатор за измерване на мощността на сигнала преди и след поставяне на ядрото.

Стъпки :

1. Настройка на теста:
   • Свържете генератора на сигнали към делител на мощност или насочен разклонител, за да разделите сигнала на два пътя: един с ядрото и един без него.
   • Навийте определен брой навивки около сърцевината и я поставете в едната посока.
   • Свържете и двата пътя към спектралния анализатор.
2. Измерване на мощността на сигнала:
   • Запишете мощността на сигнала ( Pбез сърцевина ) без сърцевината.
   • Поставете ядрото и запишете мощността на сигнала ( P с ядрото).
3. Изчислете загубата при вмъкване:
   • Използвайте формулата Загуба при вмъкване (dB)=10log10​(Pс ядро​Pбез ядро​​) .

Предимства : По-ниска цена в сравнение с мрежов анализатор и подходящ за основно тестване.

Ограничения : По-ниска точност поради потенциални грешки в измерването от загуби в кабела или несъответствия в импеданса.

Метод 3: LCR метър (тестване с ниска честота)

LCR измерва индуктивност ( L ), съпротивление ( R ) и коефициент на качество ( Q ) при ниски честоти (обикновено под 1 MHz).

Стъпки :

1. Настройка на теста:
   • Навийте определен брой навивки около сърцевината.
   • Свържете ядрото към LCR измервателния уред, като използвате измервателни кабели.
2. Параметри на измерване:
   • Запишете индуктивността ( L ), съпротивлението ( R ) и коефициента на качество ( Q ) при тестовата честота.
3. Оценка на загубата при вмъкване:
   • За нискочестотни приложения, вмъкнатите загуби могат да бъдат приблизително определени, като се използва импедансът на ядрото ( Z=R+jωL ) и формулата Вмъкнати загуби (dB)≈20log10​(Z0​∣Z∣​) , къдетоZ0​ е характерният импеданс.

Предимства : Лесен и рентабилен за нискочестотно тестване.

Ограничения : Ограничено до ниски честоти и предоставя само оценка на вмъкнатите загуби.

4. Най-добри практики за точно тестване

• Калибриране : Винаги калибрирайте оборудването си преди тестване, за да осигурите точност.
• Равномерни намотки : Уверете се, че проводникът е навит равномерно около сърцевината, за да се сведат до минимум вариациите в импеданса.
• Контрол на температурата : Извършвайте тестове при стабилна температура, тъй като температурните колебания могат да повлияят на магнитните свойства.
• Избягвайте паразитни ефекти : Използвайте къси измервателни кабели и минимизирайте контактното съпротивление, за да намалите паразитния капацитет и индуктивност.
• Множество измервания : Направете множество измервания във всяка честотна точка и осреднете резултатите, за да намалите случайните грешки.

5. Интерпретиране на резултатите

• Честотна характеристика : Начертайте зависимостта на вмъкнатите загуби от честотата, за да определите ефективния честотен диапазон на ядрото. По-високите вмъкнати загуби показват по-добро потискане на електромагнитните смущения.
• Резонансен пик : Загубата на вмъкване в ядрото ще достигне пик при неговата резонансна честота, която зависи от неговата индуктивност и паразитен капацитет.
• Сравнение със спецификациите : Сравнете резултатите от тестовете си с информационния лист на производителя, за да се уверите, че ядрото отговаря на необходимите критерии за производителност.

6. Приложения на тестването на вмъкнати загуби

• Филтриране на електромагнитни смущения : Феритните ядра се използват широко в EMI филтрите за потискане на високочестотен шум в захранвания, аудио оборудване и комуникационни системи.
• Целост на сигнала : Във високоскоростните цифрови схеми феритните ядра спомагат за поддържане на целостта на сигнала чрез намаляване на кръстосаните смущения и електромагнитните смущения.
• Силова електроника : Феритните ядра се използват в индуктори и трансформатори за подобряване на ефективността и намаляване на загубите на енергия.