Condensatoarele de filtrare, inductoarele de mod comun și perlele magnetice sunt elemente comune în circuitele de proiectare EMC și sunt, de asemenea, trei instrumente puternice pentru eliminarea interferențelor electromagnetice.
Pentru rolul acestor trei în circuit, cred că există mulți ingineri care nu înțeleg, articolul din proiectarea unei analize detaliate a principiului eliminării celor trei cele mai ascuțite EMC.
1. Condensator de filtrare
Deși rezonanța condensatorului este nedorită din punctul de vedere al filtrării zgomotului de înaltă frecvență, rezonanța condensatorului nu este întotdeauna dăunătoare.
Când se determină frecvența zgomotului care trebuie filtrat, capacitatea condensatorului poate fi ajustată astfel încât punctul de rezonanță să cadă exact la frecvența perturbației.
În ingineria practică, frecvența zgomotului electromagnetic care trebuie filtrat este adesea de ordinul sutelor de MHz sau chiar mai mare de 1 GHz. Pentru un astfel de zgomot electromagnetic de înaltă frecvență, este necesară utilizarea unui condensator cu miez întreg pentru a-l filtra eficient.
Motivul pentru care condensatoarele obișnuite nu pot filtra eficient zgomotul de înaltă frecvență este din două motive:
(1) Un motiv este că inductanța conductorului condensatorului provoacă rezonanța condensatorului, care prezintă o impedanță mare pentru semnalul de înaltă frecvență și slăbește efectul de bypass al semnalului de înaltă frecvență;
(2) Un alt motiv este capacitatea parazită dintre fire care cuplează semnalul de înaltă frecvență, reducând efectul de filtrare.
Motivul pentru care condensatorul cu miez traversant poate filtra eficient zgomotul de înaltă frecvență este că acesta nu numai că nu are problema ca inductanța conductorului să determine o frecvență de rezonanță prea mică a condensatorului.
Și condensatorul cu miez traversant poate fi instalat direct pe panoul metalic, folosind panoul metalic pentru a juca rolul de izolație de înaltă frecvență. Cu toate acestea, atunci când se utilizează condensatorul cu miez traversant, problema la care trebuie să se acorde atenție este problema instalării.
Cea mai mare slăbiciune a condensatorului cu miez traversant este teama de temperaturi ridicate și impactul temperaturii, ceea ce cauzează dificultăți mari la sudarea condensatorului cu miez traversant pe panoul metalic.
Multe condensatoare se deteriorează în timpul sudării. Mai ales când trebuie instalat un număr mare de condensatoare cu miez pe panou, atâta timp cât există o defecțiune, este dificil de reparat, deoarece atunci când condensatorul deteriorat este îndepărtat, acesta va provoca deteriorarea altor condensatoare din apropiere.
2. Inductanță de mod comun
Întrucât problemele cu care se confruntă EMC sunt în mare parte interferențe de mod comun, inductoarele de mod comun sunt, de asemenea, printre componentele puternice pe care le utilizăm în mod obișnuit.
Inductorul de mod comun este un dispozitiv de suprimare a interferențelor de mod comun cu miez din ferită, care constă din două bobine de aceeași dimensiune și același număr de spire înfășurate simetric pe același miez magnetic inelar de ferită pentru a forma un dispozitiv cu patru terminale, care are un efect mare de suprimare a inductanței pentru semnalul de mod comun și o inductanță de scurgere mică pentru semnalul de mod diferențial.
Principiul este că atunci când curge curentul de mod comun, fluxul magnetic din inelul magnetic se suprapune, având astfel o inductanță considerabilă, care inhibă curentul de mod comun, iar când cele două bobine curg prin curentul de mod diferențial, fluxul magnetic din inelul magnetic se anulează reciproc și aproape că nu există inductanță, astfel încât curentul de mod diferențial poate trece fără atenuare.
Prin urmare, inductorul de mod comun poate suprima eficient semnalul de interferență de mod comun în linia echilibrată, dar nu are niciun efect asupra transmisiei normale a semnalului de mod diferențial.
Inductoarele de mod comun trebuie să îndeplinească următoarele cerințe la fabricare:
(1) Firele înfășurate pe miezul bobinei trebuie izolate pentru a se asigura că nu există scurtcircuit între spirele bobinei sub acțiunea unei supratensiuni instantanee;
(2) Când bobina trece printr-un curent mare instantaneu, miezul magnetic nu trebuie să fie saturat;
(3) Miezul magnetic din bobină trebuie izolat de bobină pentru a preveni defectarea dintre cele două sub acțiunea unei supratensiuni instantanee;
(4) Bobina trebuie înfășurată într-un singur strat pe cât posibil, pentru a reduce capacitatea parazită a bobinei și a spori capacitatea bobinei de a transmite supratensiuni tranzitorii.
În circumstanțe normale, acordând atenție selecției benzii de frecvență necesare pentru filtrare, cu cât impedanța de mod comun este mai mare, cu atât mai bine, așa că trebuie să analizăm datele dispozitivului atunci când selectăm inductorul de mod comun, în principal în funcție de curba de frecvență a impedanței.
În plus, atunci când selectați, acordați atenție impactului impedanței modului diferențial asupra semnalului, concentrându-vă în principal pe impedanța modului diferențial, acordând o atenție deosebită porturilor de mare viteză.
3. Mărgele magnetice
În procesul de proiectare EMC a circuitelor digitale ale produselor, folosim adesea perle magnetice. Materialul de ferită este un aliaj de fier-magneziu sau un aliaj de fier-nichel. Acest material are o permeabilitate magnetică ridicată și poate servi drept inductanță între înfășurarea bobinei în cazul unei frecvențe înalte și a unei rezistențe ridicate la o capacitate minimă generată.
Materialele feritice sunt utilizate de obicei la frecvențe înalte, deoarece la frecvențe joase principalele lor caracteristici de inductanță fac ca pierderea pe linie să fie foarte mică. La frecvențe înalte, acestea sunt în principal rapoarte caracteristice de reactanță și se modifică odată cu frecvența. În aplicații practice, materialele feritice sunt utilizate ca atenuatoare de înaltă frecvență pentru circuitele de radiofrecvență.
De fapt, ferita este mai bine echivalentă cu paralelismul dintre rezistență și inductanță, rezistența este scurtcircuitată de inductor la frecvență joasă, iar impedanța inductorului devine destul de mare la frecvență înaltă, astfel încât tot curentul trece prin rezistență.
Ferita este un dispozitiv consumator în care energia de înaltă frecvență este convertită în energie termică, energie determinată de caracteristicile sale de rezistență electrică. Perlele magnetice de ferită au caracteristici de filtrare de înaltă frecvență mai bune decât inductoarele obișnuite.
Ferita este rezistivă la frecvențe înalte, echivalentă cu un inductor cu un factor de calitate foarte scăzut, astfel încât poate menține o impedanță ridicată pe o gamă largă de frecvențe, îmbunătățind astfel eficiența filtrării de înaltă frecvență.
În banda de joasă frecvență, impedanța este compusă din inductanță. La frecvență joasă, R este foarte mic, iar permeabilitatea magnetică a miezului este mare, deci inductanța este mare. L joacă un rol major, iar interferența electromagnetică este suprimată prin reflexie. În acest caz, pierderile miezului magnetic sunt mici, întregul dispozitiv are o inductanță cu pierderi reduse și caracteristici Q ridicate, aceasta provocând ușor rezonanță, astfel încât în banda de joasă frecvență, uneori pot exista interferențe sporite după utilizarea perlelor magnetice de ferită.
În banda de înaltă frecvență, impedanța este compusă din componente de rezistență. Pe măsură ce frecvența crește, permeabilitatea miezului magnetic scade, rezultând o scădere a inductanței inductorului și o scădere a componentei reactanței inductive.
Totuși, în acest moment, pierderea miezului magnetic crește, componenta de rezistență crește, rezultând o creștere a impedanței totale, iar când semnalul de înaltă frecvență trece prin ferită, interferența electromagnetică este absorbită și transformată sub formă de disipare a căldurii.
Componentele de suprimare a feritei sunt utilizate pe scară largă în plăcile cu circuite imprimate, liniile electrice și liniile de date. De exemplu, un element de suprimare a feritei este adăugat la capătul de intrare al cablului de alimentare al plăcii imprimate pentru a filtra interferențele de înaltă frecvență.
Inelul magnetic de ferită sau perla magnetică este utilizată în special pentru a suprima interferențele de înaltă frecvență și interferențele de vârf pe liniile de semnal și liniile de alimentare și are, de asemenea, capacitatea de a absorbi interferențele impulsurilor de descărcare electrostatică. Utilizarea perlelor magnetice de cip sau a inductoarelor de cip depinde în principal de aplicația practică.
Inductoarele de cip sunt utilizate în circuitele rezonante. Atunci când este nevoie să se elimine zgomotul EMI inutil, utilizarea perlelor magnetice de cip este cea mai bună alegere.
Aplicarea perlelor magnetice pentru cipuri și a inductoarelor pentru cipuri
Inductoare de cip:Comunicații de radiofrecvență (RF) și fără fir, echipamente pentru tehnologia informației, detectoare de radar, electronică auto, telefoane mobile, pagere, echipamente audio, asistenți digitali personali (PDA), sisteme de telecomandă fără fir și module de alimentare de joasă tensiune.
Mărgele magnetice pentru cipuri:Circuite generatoare de ceas, filtrare între circuite analogice și digitale, conectori interni de intrare/ieșire I/O (cum ar fi porturi seriale, porturi paralele, tastaturi, mouse-uri, telecomunicații la distanță lungă, rețele locale), circuite RF și dispozitive logice susceptibile la interferențe, filtrarea interferențelor conduse de înaltă frecvență în circuitele de alimentare, computere, imprimante, înregistratoare video (VCRS), suprimarea zgomotului EMI în sistemele de televiziune și telefoane mobile.
Unitatea de măsură a perlei magnetice este ohmii, deoarece unitatea perlei magnetice este nominală în funcție de impedanța pe care o produce la o anumită frecvență, iar unitatea de măsură a impedanței este, de asemenea, ohmii.
FIȘA TECNICĂ a perlei magnetice va furniza, în general, caracteristicile de frecvență și impedanță ale curbei, în general 100 MHz ca standard, de exemplu, când frecvența este de 100 MHz și impedanța perlei magnetice este echivalentă cu 1000 ohmi.
Pentru banda de frecvență pe care dorim să o filtrăm, trebuie să alegem cu cât impedanța perlei magnetice este mai mare, cu atât mai bine, de obicei alegem o impedanță de 600 ohmi sau mai mare.
În plus, atunci când se selectează perle magnetice, este necesar să se acorde atenție fluxului acestora, care, în general, trebuie redus cu 80%, iar influența impedanței de curent continuu asupra căderii de tensiune trebuie luată în considerare atunci când se utilizează în circuitele de alimentare.
Data publicării: 24 iulie 2023
