Použití tlumivek KEMET řady SC pracujících při vysokých teplotách v automobilovém průmyslu

Stále více automobilových koncernů přistupuje k používání různých vysokonapěťových zařízení, jejichž cílem je zlepšit pohodlí při řízení nebo obecně používání vozidla. S tím se však pojí vzrůstající potřeba další elektřiny. Řešením není přidání nových zdrojů energie (to zvětšuje hmotnost a velikost vozidla), ale efektivnější využití již používaných.

Proto začalo být běžné zavádět systémy EPC (Electronic Power Control) jako regulátory výkonu. Tyto systémy musí splňovat požadavky výrobců originálního vybavení automobilů (OEM) pro EMI, aby nenarušovaly práci ostatních zařízení instalovaných ve vozidle. Právě proto se používají tlumivky snižující rušení a potlačující šum generovaný v důsledku provozu zařízení. Materiálové možnosti mají rozhodující význam pro soulad s předpisy EMI a danými cílovými hodnotami týkajícími se prostoru a hmotnosti. Proto byly provedeny výzkumné a vývojové práce vedoucí k vytvoření materiálu na výrobu jader tlumivek, jejichž účelem je získat menší, levnější a hlavně efektivnější výrobky.

Obr. 1. Výkonná tlumivka SMD z řady MPX

Výsledkem je materiál 7HT, používaný v tlumivkách řady SC firmy KEMET a dalších produktech vyráběných na zakázku. Ve srovnání s předchozí verzí (5HT) poskytuje o 40 % lepší potlačení šumu při stejných parametrech zařízení – jde hlavně o jeho velikost. Podle požadavků zákazníka je firma KEMET schopna tento parametr přizpůsobit potřebám konkrétního projektu. Účinnost je udržována při teplotách až 150 °C, díky čemuž je toto řešení ideální pro použití např. ve vozidlech, v blízkosti jejich motorů nebo u vysoce výkonných stejnosměrných měničů a nebo měničů, které jsou součástí pohonných systémů.

Obr. 2. Výkonná tlumivka SMD z řady MPC

Tlumivky pracující ve společném a diferenciálním režimu

Tlumivka se skládá z feromagnetického toroidního jádra, na které je navinut drát. Podle Faradayova zákona elektromagnetické  indukce proudový tok generuje magnetické pole a schopnost jej vytvořit je udávána v jednotkách s názvem henry (H). Každé střídavé magnetické pole v obvodu způsobuje vznik proměnné elektromotorické síly, tj. proudu protékajícího v opačném směru (oproti původnímu). Elektromagnetické rušení způsobené přepínáním polovodičových prvků při vyšší frekvenci zavádí do materiálu magnetické pole a tok magnetické indukce, což se promítá do magnetické ztráty a zvýšení teploty magnetického materiálu. Energie EMI je přeměňována na teplo a filtrována z elektrického vedení.

V diferenciálních tlumivkách je drát navinut pouze na jedné straně, tzn. že bez ohledu na směr proudu bude interference filtrována převáděným proudem na formu magnetické energie a – v důsledku toho – na teplo. Přestože je šum absorbován rovnoměrně ve vyšších a nižších frekvenčních rozsazích, napájení stejnosměrným nebo střídavým napětím vytváří nepřetržité magnetické pole spolu se ztrátami a vyžaduje materiály s vysokou saturační schopností – obvykle se používají železná jádra a jiné vysoce saturační materiály.

Obr. 3. Tlumivka SMD typ MPLCV0654L4R7

Jinak je tomu u tlumivek pracujících ve společném režimu. Místo jedné jsou na jádru navinuty dvě cívky s opačnými toky elektromagnetické indukce, které se vzájemně vylučují. To znamená, že pouze interferenční proud, společný proud, vytváří magnetický tok a způsobuje, že v materiálu vzrůstá teplo. To postačuje ke vzniku stavu, kdy hodnoty nasycení budou stejně vysoké jako rušivý proud. V závislosti na vlastnostech je rušení popisováno jako asymetrické, vyžadující tlumivky p, které pracují v diferenciálním režimu, nebo kondenzátorů Y, a symetrické, vyžadující použití tlumivek, které pracují ve společném režimu, nebo kondenzátorů X. Tlumivky nabízené společností KEMET většinou fungují ve společném režimu – jsou ideální na místech, kde je třeba odstranit šum a související elektromagnetické rušení. V závislosti na výrobku lze diferenciální chování (únik) tlumivky pracující ve společném režimu použít k návrhu tlumivek s dvojitým režimem, které kombinují oba typy tlumícího chování. Díky použití materiálu 7HT jejich účinnost výrazně roste a velikost se zmenšuje.

Obr. 4. Prstencová tlumivka typ SSHB21HS

Magnetická propustnost feritového materiálu

Pro dosažení účinné redukce šumu je důležité vybrat materiál podle cílového frekvenčního pásma. Podle své magnetické permeability bude daný feritový materiál účinný v určitém frekvenčním pásmu. Zinko-manganové materiály s vyšší magnetickou permeabilitou jsou účinné v nižším frekvenčním rozsahu, zatímco nikl-zinkové materiály s nižší magnetickou permeabilitou fungují lépe ve vyšších frekvenčních rozsazích.

Obr. 5. Prstencová tlumivka z řady SSR

Okolní podmínky a práce tlumivky

Velkou výhodou tlumivek s jádrem z materiálu 7HT je schopnost pracovat při vysokém proudovém zatížení (až 25 A). Provozní podmínky takové tlumivky jsou určeny:
– maximální okolní teplotou (v popisované případě 150 °C),
– izolačními požadavky z důvodu napájecího napětí a požadavků na OEM,
– teplotními skoky způsobenými ztrátou výkonu tlumivky.