Ferriittisten toroidisydämien lisäyshäviön testaaminen

1. Lisäysvaimennuksen ymmärtäminen

Lisäysvaimennus ilmaisee signaalin tehon heikkenemisen, kun ferriittinen toroidisydän asetetaan piiriin, ja se ilmaistaan ​​desibeleinä (dB). Se heijastaa ytimen kykyä vaimentaa sähkömagneettisia häiriöitä (EMI) vaimentamalla ei-toivottuja signaaleja. Lisäysvaimennuksen kaava on:

jossa Vilman ydintä on signaalijännite ilman ydintä ja Vytin kanssa on jännite ydin paikallaan.

2. Keskeiset tekijät, jotka vaikuttavat lisäysvaimennukseen

• Materiaalikoostumus : Nikkeli-sinkki (NiZn) ferriitit soveltuvat erinomaisesti korkeataajuussovelluksiin (1 MHz–1 GHz), kun taas mangaani-sinkki (MnZn) ferriitit sopivat paremmin alemmille taajuuksille (1 kHz–1 MHz).
• Ytimen geometria : Ytimen koko, muoto ja kierrosten lukumäärä vaikuttavat suoraan sen impedanssiin ja siten lisäyshäviöön.
• Taajuus : Lisäysvaimennus kasvaa taajuuden mukana ja on huipussaan ytimen resonanssitaajuudella ennen laskuaan.
• Lämpötila : Kohonneet lämpötilat voivat vähentää ytimen magneettista permeabiliteettia, mikä muuttaa sen lisäyshäviöominaisuuksia.

3. Testausmenetelmät

Menetelmä 1: Verkkoanalysaattori (tarkin)

Verkkoanalysaattori mittaa ytimen impedanssia taajuusalueella, mikä mahdollistaa lisäyshäviön tarkan laskemisen.

Vaiheet :

1. Kalibrointi : Kalibroi verkkoanalysaattori kalibrointipakkauksella (avoin, oikosuljettu ja kuormitettu standardi) tarkkuuden varmistamiseksi.
2. Testiasetukset:
   • Kierrä tietty määrä kierroksia (esim. 5–10) ytimen ympärille käyttämällä mahdollisimman vähäisen vastuksen omaavaa lankaa.
   • Kytke ydin verkkoanalysaattoriin koaksiaalikaapeleilla tai testilaitteilla.
   • Varmista, että ydin on keskitetty ja käämit ovat tasaiset loisvaikutusten minimoimiseksi.
3. Taajuuspyyhkäisy : Suorita taajuuspyyhkäisy (esim. 1 MHz–1 GHz) ja tallenna impedanssi ( Z ) ja vaihekulma ( θ)).
4. Laske lisäyshäviö:
   • Muunna impedanssi heijastuskertoimeksi ( Γ ): Γ=Z+Z0​Z−Z0​​ , jossaZ0​ on ominaisimpedanssi (tyypillisesti 50 Ω).
   • Laske väliinkytkentävaimennus käyttämällä kaavaa väliinkytkentävaimennus (dB) = −20log10 ∣Γ∣ .

Edut : Korkea tarkkuus, laaja taajuusalue ja kyky analysoida impedanssia ja vaihetta.

Rajoitukset : Kalliit laitteet ja vaatii teknistä asiantuntemusta.

Menetelmä 2: Signaaligeneraattori ja spektrianalysaattori (kustannustehokas vaihtoehto)

Tässä menetelmässä käytetään signaaligeneraattoria testisignaalin tuottamiseen ja spektrianalysaattoria signaalin tehon mittaamiseen ennen ytimen asettamista ja sen jälkeen.

Vaiheet :

1. Testiasetukset:
   • Kytke signaaligeneraattori tehonjakajaan tai suuntakytkimeen jakaaksesi signaalin kahdeksi poluksi: toiseksi ytimen kanssa ja toiseksi ilman.
   • Kierrä tietty määrä kierroksia ytimen ympärille ja aseta se yhdelle polulle.
   • Kytke molemmat polut spektrianalysaattoriin.
2. Signaalin tehon mittaaminen:
   • Tallenna signaalin teho ( Pilman ydintä ) ilman ydintä.
   • Aseta ydin sisään ja kirjaa signaalin teho ( P ytimen kanssa).
3. Laske lisäyshäviö:
   • Käytä kaavaa Lisäyshäviö (dB) = 10log10 (P ytimen kanssa P ilman ydintä) .

Edut : Alhaisempi hinta verrattuna verkkoanalysaattoriin ja sopii perustestaukseen.

Rajoitukset : Vähemmän tarkka kaapelihäviöiden tai impedanssien epäsuhtien aiheuttamien mahdollisten mittausvirheiden vuoksi.

Menetelmä 3: LCR-mittari (matalataajuustestaus)

LCR-mittari mittaa induktanssia ( L ), resistanssia ( R ) ja laatukerrointa ( Q ) matalilla taajuuksilla (tyypillisesti alle 1 MHz).

Vaiheet :

1. Testiasetukset:
   • Kierrä tietty määrä kierroksia ytimen ympärille.
   • Kytke ydin LCR-mittariin mittausjohtojen avulla.
2. Mittausparametrit:
   • Kirjaa induktanssi ( L ), resistanssi ( R ) ja laatukerroin ( Q ) testitaajuudella.
3. Arvioi lisäyshäviö:
   • Matalataajuisissa sovelluksissa väliinkytkentähäviötä voidaan arvioida käyttämällä sydämen impedanssia ( Z=R+jωL ) ja kaavaa Väliinkytkentähäviö (dB)≈20log10​(Z0​∣Z∣​) , jossaZ0​ on ominaisimpedanssi.

Edut : Yksinkertainen ja kustannustehokas matalataajuiseen testaukseen.

Rajoitukset : Rajoitettu matalille taajuuksille ja antaa vain arvion väliinkytkentähäviöstä.

4. Parhaat käytännöt tarkkaan testaukseen

• Kalibrointi : Kalibroi laitteesi aina ennen testausta tarkkuuden varmistamiseksi.
• Tasaiset käämitykset : Varmista, että lanka on kierretty tasaisesti sydämen ympärille impedanssin vaihteluiden minimoimiseksi.
• Lämpötilan säätö : Suorita testit vakaassa lämpötilassa, sillä lämpötilan vaihtelut voivat vaikuttaa magneettisiin ominaisuuksiin.
• Vältä loisvaikutuksia : Käytä lyhyitä mittausjohtoja ja minimoi kosketusvastus loiskapasitanssin ja induktanssin vähentämiseksi.
• Useita mittauksia : Tee useita mittauksia jokaisesta taajuuspisteestä ja laske tulosten keskiarvo satunnaisten virheiden vähentämiseksi.

5. Tulosten tulkinta

• Taajuusvaste : Piirrä kytkentähäviö taajuuden funktiona määrittääksesi ytimen efektiivisen taajuusalueen. Suurempi kytkentähäviö osoittaa parempaa EMI-vaimennusta.
• Resonanssihuippu : Ytimen väliinkytkentävaimennus saavuttaa huippunsa sen resonanssitaajuudella, joka riippuu sen induktanssista ja loiskapasitanssista.
• Vertailu teknisiin tietoihin : Vertaa testituloksiasi valmistajan datalehteen varmistaaksesi, että ydin täyttää vaaditut suorituskykykriteerit.

6. Lisäyshäviötestauksen sovellukset

• EMI-suodatus : Ferriittisydämiä käytetään laajalti EMI-suodattimissa vaimentamaan korkeataajuista kohinaa virtalähteissä, äänilaitteissa ja tietoliikennejärjestelmissä.
• Signaalin eheys : Nopeissa digitaalipiireissä ferriittisydämet auttavat ylläpitämään signaalin eheyttä vähentämällä ylikuulumista ja sähkömagneettisia häiriöitä.
• Tehoelektroniikka : Ferriittisydämiä käytetään induktoreissa ja muuntajissa tehokkuuden parantamiseksi ja energiahäviön vähentämiseksi.