هسته‌های مغناطیسی برای محصولات ارتباطی: مسیر عملی از مواد تا کاربردها

شنژن ویپ الکترونیکس

هسته‌های مغناطیسی اجزای مغناطیسی حیاتی در سخت‌افزارهای ارتباطی هستند که وظایف اصلی از جمله انتقال سیگنال، تبدیل توان، جداسازی گالوانیکی، فیلترینگ و سرکوب تداخل الکترومغناطیسی را بر عهده دارند. آنها را می توان در همه جا یافت: در داخل ماژول های توان برای ایستگاه های پایه 5G، رابط های پرسرعت سوئیچ های مراکز داده، سخت افزار ارتباطات نوری OLT/ONU، و آداپتورهای شارژ کاربر نهایی. اگرچه به ندرت مورد توجه قرار می گیرند، اما ستاره های سیستم های ارتباطی نیستند - با این حال آنها به عنوان پایه و اساس پشت صحنه عمل می کنند که اطمینان حاصل می کند این اجزای ستاره به طور قابل اعتماد کار می کنند.

الزامات سختگیرانه محیط های عملیاتی ارتباطات

سیستم های ارتباطی به سمت فرکانس های عملیاتی بالاتر، کوچک سازی و سطوح ادغام بالاتر در حال تکامل هستند که به نوبه خود باعث ارتقاء فنی مواد هسته مغناطیسی می شود. فریت های سنتی منگنز-روی (Mn-Zn) عملکرد قابل قبولی را در محدوده مگاهرتز ارائه می دهند. با این حال، هنگامی که فرکانس های عملیاتی به صدها مگاهرتز یا حتی گیگاهرتز می رسد، این هسته ها از افزایش شدید تلفات توان رنج می برند که منجر به افزایش بیش از حد دما و افت شدید راندمان می شود.

فریت های نیکل-روی (Ni-Zn) به دلیل مقاومت بالا در فرکانس های بالا مزایایی را ارائه می دهند و از عملیات تا چند صد مگاهرتز پشتیبانی می کنند. با این حال، نفوذپذیری نسبتاً پایین آنها، استقرار در سناریوهایی را که نیاز به مقادیر اندوکتانس بالا دارند، محدود می کند.

در عین حال، تجهیزات ارتباطی با اهداف چگالی توان و اندازه سختگیرانه تری روبرو هستند. در محفظه تنگ منبع تغذیه ایستگاه پایه، هسته های مغناطیسی باید قابلیت مدیریت توان بالاتری را در یک فضای کوچکتر ارائه دهند. این امر پیشرفت در فناوری ادغام مغناطیسی را تقویت کرده است: ترکیب ترانسفورماتورها، سلف ها و چوک های حالت مشترک در اجزای منفرد برای کاهش تعداد قطعات گسسته و ساده سازی طرح های PCB.

انتخاب مواد، سقف عملکرد هسته های مغناطیسی درجه ارتباطات را تعیین می کند

سه خانواده اصلی مواد بر طراحی هسته های مغناطیسی برای سخت افزار ارتباطات تسلط دارند. خانواده اول فریت های نرم را پوشش می دهد، عمدتاً در گریدهای Mn-Zn و Ni-Zn. فریت های Mn-Zn دارای نفوذپذیری بالا هستند و برای سلف های حالت مشترک و ترانسفورماتورهای فیلترینگ با فرکانس متوسط ​​تا پایین مناسب هستند. فریت های Ni-Zn در فرکانس های بالا برتری دارند و برای سلف های فرکانس رادیویی و چوک های فرکانس بالا مناسب هستند.

دسته دوم شامل آلیاژهای مغناطیسی نرم آمورف و نانوبلورین است. این مواد که عاری از دانه های بلوری و مرزهای دانه هستند، نفوذپذیری بالا، تلفات کم و پایداری حرارتی جامد را ارائه می دهند. پذیرش آنها به سرعت برای ترانسفورماتورهای فرکانس بالا و سلف های توان که در منابع تغذیه ارتباطی استفاده می شوند، گسترش یافته است.

سومین دسته، هسته های پودر مغناطیسی نرم فلزی، از جمله هسته های پودر آهن و هسته های Fe-Si-Al هستند. اینها نفوذپذیری پایدار را در محدوده های فرکانسی حفظ می کنند و عملکرد بایاس DC مطلوبی را نشان می دهند و آنها را برای سلف های PFC و سلف های فیلتر خروجی مناسب می سازد.

انتخاب مواد مستقیماً بر عملکرد EMC دستگاه های ارتباطی تأثیر می گذارد. برای انتقال سیگنال پرسرعت، هسته های مغناطیسی باید امپدانس بالایی را در باندهای نویز هدفمند ارائه دهند تا انرژی نویز ناخواسته را به صورت گرما دفع کنند، در حالی که حداقل افت درج را برای سیگنال های معتبر ایجاد می کنند. این امر مستلزم تطابق دقیق بین پروفیل امپدانس-فرکانس هسته و طیف واقعی تداخل است.

جایگزینی داخلی تسریع می شود، در حالی که شکاف ها در بخش های سطح بالا باقی می مانند

اجزای مغناطیسی سطح بالا به عنوان اجزای الکترونیکی اساسی کلیدی تحت سیاست ملی تعیین شده اند و مشوق های روشنی برای تشویق OEM های تجهیزات ارتباطی برای اولویت دادن به تامین کنندگان محلی داخلی وجود دارد. افزایش آگاهی از امنیت زنجیره تامین، تولیدکنندگان چینی را عمیق تر به زنجیره های تامین اجزای اصلی سوق داده است.

رهبران صنعت مانند Hengdian DMEGC و TDK-Tiantong به پیشرفت در فریت های Mn-Zn / Ni-Zn و مواد نانوبلورین ادامه می دهند. متخصصان آلیاژهای آمورف و ​​نانوبلورین مانند Jiangxi Dayou Technology نیز جایگاه محکمی در بازارهای منبع تغذیه ارتباطی ایجاد کرده اند.

با این حال، غول های بین المللی از جمله TDK مستقر در ژاپن، Magnetics مستقر در ایالات متحده و EPCOS مستقر در آلمان همچنان بر بازارهای مغناطیسی ارتباطی سطح بالا تسلط دارند. تولیدکنندگان چینی شکاف های قابل توجهی را در مقایسه با پیشگامان جهانی حفظ می کنند، به ویژه در مورد فرمولاسیون مواد با فرکانس بالا و تلفات کم و فرآیندهای تولید دقیق. برخی از مواد اولیه پودر مغناطیسی درجه بالا هنوز تا حدی به واردات متکی هستند که نشان دهنده یک گلوگاه واقعی است که مانع پیشرفت صنعت داخلی می شود.

شنژن ویپ الکترونیکس به عنوان یک متخصص متمرکز بر سازگاری الکترومغناطیسی، هسته های مغناطیسی سرکوب EMC و فیلترهای ورودی توان را عرضه می کند که به طور گسترده در سخت افزار ارتباطی، تجهیزات شبکه و زیرساخت مخابراتی استفاده می شوند. مجموعه محصولات ما شامل چوک های حالت مشترک، هسته های فیلتر و حلقه های فریت EMC کلیپ دار است که راه حل های عملی و آماده استقرار برای مهندسی EMC در محصولات ارتباطی ارائه می دهد.

رقابت برای هسته های مغناطیسی درجه ارتباطات اساساً یک رقابت جامع بر سر علم مواد، مهارت ساخت و دانش کاربرد در دنیای واقعی است. تولیدکنندگانی که تعادل بهینه را بین عملکرد فرکانس بالا و تلفات کم و کوچک سازی برقرار کنند، موقعیت های محوری را در زیرساخت های ارتباطی نسل بعدی به دست خواهند آورد.