Filtrirni kondenzatorji, induktorji s skupnim načinom delovanja in magnetne kroglice so pogoste figure v vezjih EMC in so tudi tri močna orodja za odpravljanje elektromagnetnih motenj.
Glede vloge teh treh v vezju verjamem, da je veliko inženirjev nerazumljivih. Članek o zasnovi podrobno analizira načelo odprave treh najostrejših EMC.
1. Filterski kondenzator
Čeprav je resonanca kondenzatorja nezaželena z vidika filtriranja visokofrekvenčnega šuma, resonanca kondenzatorja ni vedno škodljiva.
Ko je določena frekvenca šuma, ki ga je treba filtrirati, lahko kapaciteto kondenzatorja prilagodimo tako, da resonančna točka pade ravno na motečo frekvenco.
V praktičnem inženirstvu je frekvenca elektromagnetnega šuma, ki ga je treba filtrirati, pogosto visoka več sto MHz ali celo več kot 1 GHz. Za tako visokofrekvenčni elektromagnetni šum je treba za učinkovito filtriranje uporabiti kondenzator skozi jedro.
Razlog, zakaj navadni kondenzatorji ne morejo učinkovito filtrirati visokofrekvenčnega šuma, je iz dveh razlogov:
(1) Eden od razlogov je, da induktivnost kondenzatorskega kabla povzroča resonanco kondenzatorja, ki predstavlja veliko impedanco za visokofrekvenčni signal in oslabi obvodni učinek visokofrekvenčnega signala;
(2) Drug razlog je parazitska kapacitivnost med žicami, ki povezujejo visokofrekvenčni signal, kar zmanjšuje učinek filtriranja.
Razlog, zakaj lahko kondenzator skozi jedro učinkovito filtrira visokofrekvenčni šum, je ta, da kondenzator skozi jedro nima le težave, da bi induktivnost vodila povzročila prenizko resonančno frekvenco kondenzatorja.
In kondenzator skozi jedro se lahko namesti neposredno na kovinsko ploščo, pri čemer kovinska plošča deluje kot visokofrekvenčna izolacija. Vendar pa je pri uporabi kondenzatorja skozi jedro treba biti pozoren na težavo z namestitvijo.
Največja slabost kondenzatorja s skoznjim jedrom je strah pred visokimi temperaturami in temperaturnimi vplivi, kar povzroča velike težave pri varjenju kondenzatorja s skoznjim jedrom na kovinsko ploščo.
Med varjenjem se veliko kondenzatorjev poškoduje. Še posebej, če je treba na ploščo namestiti veliko število jedrnih kondenzatorjev, je poškodbo težko popraviti, saj bo odstranitev poškodovanega kondenzatorja povzročila škodo na drugih bližnjih kondenzatorjih.
2. Induktivnost skupnega načina
Ker so težave, s katerimi se sooča EMC, večinoma motnje v skupnem načinu, so tudi induktorji v skupnem načinu delovanja ena od naših pogosto uporabljenih močnih komponent.
Induktor skupnega načina je naprava za dušenje motenj skupnega načina s feritnim jedrom, ki je sestavljena iz dveh tuljav enake velikosti in enakega števila zavojev, simetrično navitih na istem feritnem obročastem magnetnem jedru, da tvorita štiri-terminalno napravo, ki ima velik učinek dušenja induktivnosti za signal skupnega načina in majhen učinek uhajanja za signal diferencialnega načina.
Načelo je, da se pri pretoku skupnega toka magnetni tok v magnetnem obroču prekriva, kar ima znatno induktivnost, ki zavira skupni tok. Ko pa skozi obe tuljavi teče diferencialni tok, se magnetni tok v magnetnem obroču medsebojno izniči in induktivnosti skoraj ni, zato lahko diferencialni tok teče brez slabljenja.
Zato lahko induktor skupnega načina učinkovito zavira signal motenj skupnega načina v uravnoteženi liniji, vendar nima vpliva na normalen prenos signala diferencialnega načina.
Induktorji s skupnim načinom morajo pri izdelavi izpolnjevati naslednje zahteve:
(1) Žice, navite na jedro tuljave, morajo biti izolirane, da se zagotovi, da ne pride do kratkega stika med ovoji tuljave zaradi trenutne prenapetosti;
(2) Ko tuljava teče skozi trenutno velik tok, magnetno jedro ne sme biti nasičeno;
(3) Magnetno jedro v tuljavi mora biti izolirano od tuljave, da se prepreči preboj med obema zaradi trenutne prenapetosti;
(4) Tuljava mora biti navita v eni plasti, kolikor je le mogoče, da se zmanjša parazitska kapacitivnost tuljave in poveča njena sposobnost prenosa prehodne prenapetosti.
V normalnih okoliščinah, pri izbiri frekvenčnega pasu, potrebnega za filtriranje, velja, da večja kot je impedanca skupnega načina, tem bolje, zato moramo pri izbiri induktorja skupnega načina upoštevati podatke o napravi, predvsem glede na krivuljo frekvence impedance.
Poleg tega pri izbiri bodite pozorni na vpliv diferencialne impedance na signal, s poudarkom predvsem na diferencialni impedanci, še posebej na visokohitrostnih vratih.
3. Magnetna kroglica
V procesu načrtovanja digitalnih vezij za elektromagnetno združljivost pogosto uporabljamo magnetne kroglice. Feritni material je železo-magnezijeva ali železo-nikljeva zlitina. Ta material ima visoko magnetno prepustnost in lahko deluje kot induktor med navitjem tuljave pri visoki frekvenci in visoki upornosti, kar zagotavlja minimalno kapacitivnost.
Feritni materiali se običajno uporabljajo pri visokih frekvencah, ker pri nizkih frekvencah njihove glavne induktivne karakteristike zelo zmanjšajo izgube na progi. Pri visokih frekvencah so to predvsem razmerja reaktančnih karakteristik, ki se spreminjajo s frekvenco. V praktični uporabi se feritni materiali uporabljajo kot visokofrekvenčni atenuatorji za radiofrekvenčna vezja.
Pravzaprav je ferit boljši ekvivalent vzporednici upora in induktivnosti, saj induktor pri nizki frekvenci povzroči kratek stik upora, pri visoki frekvenci pa impedanca induktorja postane precej visoka, tako da ves tok teče skozi upor.
Ferit je porabnik, pri katerem se visokofrekvenčna energija pretvarja v toplotno energijo, kar je določeno z njegovimi električnimi upornostnimi lastnostmi. Feritne magnetne kroglice imajo boljše lastnosti filtriranja visokih frekvenc kot običajne tuljave.
Ferit je pri visokih frekvencah uporoven, kar je enakovredno induktorju z zelo nizkim faktorjem kakovosti, zato lahko vzdržuje visoko impedanco v širokem frekvenčnem območju in s tem izboljša učinkovitost filtriranja visokih frekvenc.
V nizkofrekvenčnem pasu je impedanca sestavljena iz induktivnosti. Pri nizki frekvenci je R zelo majhen, magnetna prepustnost jedra pa visoka, zato je induktivnost velika. L igra pomembno vlogo, elektromagnetne motnje pa se zaradi odboja dušijo. V tem primeru so izgube magnetnega jedra majhne, celotna naprava ima nizke izgube in visoke Q lastnosti induktorja, zato lahko ta induktor zlahka povzroči resonanco, zato se v nizkofrekvenčnem pasu včasih lahko pojavijo povečane motnje po uporabi feritnih magnetnih kroglic.
V visokofrekvenčnem pasu je impedanca sestavljena iz uporovnih komponent. Z naraščanjem frekvence se prepustnost magnetnega jedra zmanjšuje, kar povzroči zmanjšanje induktivnosti induktivne reaktance.
Vendar se v tem času poveča izguba magnetnega jedra, poveča se upornostna komponenta, kar povzroči povečanje skupne impedance, in ko visokofrekvenčni signal prehaja skozi ferit, se elektromagnetne motnje absorbirajo in pretvorijo v obliko odvajanja toplote.
Feritni dušilni element se pogosto uporablja v tiskanih vezjih, daljnovodih in podatkovnih vodih. Na primer, feritni dušilni element se doda na vhodni konec napajalnega kabla tiskane plošče za filtriranje visokofrekvenčnih motenj.
Feritni magnetni obroč ali magnetna kroglica se posebej uporablja za dušenje visokofrekvenčnih motenj in konic motenj na signalnih in daljnovodnih vodih, poleg tega pa ima sposobnost absorbiranja motenj zaradi elektrostatičnega praznjenja. Uporaba čipovnih magnetnih kroglic ali čipovnih induktorjev je odvisna predvsem od praktične uporabe.
Čip induktorji se uporabljajo v resonančnih vezjih. Kadar je treba odpraviti nepotreben elektromagnetni šum, je uporaba čip magnetnih kroglic najboljša izbira.
Uporaba magnetnih kroglic in induktorjev čipov
Čip induktorji:Radiofrekvenčne (RF) in brezžične komunikacije, oprema informacijske tehnologije, detektorji radarja, avtomobilska elektronika, mobilni telefoni, pozivniki, avdio oprema, osebni digitalni asistenti (PDA), brezžični sistemi za daljinsko upravljanje in nizkonapetostni napajalni moduli.
Magnetne kroglice s čipom:Vezja za generiranje takta, filtriranje med analognimi in digitalnimi vezji, notranji vhodni/izhodni konektorji I/O (kot so serijska vrata, vzporedna vrata, tipkovnice, miške, telekomunikacije na dolge razdalje, lokalna omrežja), RF vezja in logične naprave, dovzetne za motnje, filtriranje visokofrekvenčnih prevodnih motenj v napajalnih tokokrogih, računalniki, tiskalniki, video snemalniki (VCRS), dušenje EMI šuma v televizijskih sistemih in mobilnih telefonih.
Enota magnetne kroglice je ohm, ker je enota magnetne kroglice nominalna v skladu z impedanco, ki jo proizvaja pri določeni frekvenci, enota impedance pa je prav tako ohm.
PODATKI o magnetnih kroglicah bodo običajno podali frekvenčne in impedančne značilnosti krivulje, običajno 100 MHz kot standard, na primer, ko je frekvenca 100 MHz, ko je impedanca magnetne kroglice enaka 1000 ohmom.
Za frekvenčni pas, ki ga želimo filtrirati, moramo izbrati večjo impedanco magnetne kroglice, tem bolje, običajno izberemo impedanco 600 ohmov ali več.
Poleg tega je treba pri izbiri magnetnih kroglic biti pozoren na pretok magnetnih kroglic, ki ga je običajno treba zmanjšati za 80 %, pri uporabi v močnostnih tokokrogih pa je treba upoštevati vpliv enosmerne impedance na padec napetosti.
Čas objave: 24. julij 2023
