Filtrirni kondenzatorji, skupni induktorji in magnetne kroglice so običajne figure v načrtovalskih vezjih EMC in so tudi tri močna orodja za odpravo elektromagnetnih motenj.
Za vlogo teh treh v tokokrogu, verjamem, da obstaja veliko inženirjev, ki ne razumejo, članek iz načrtovanja podrobne analize načela 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 hrupa, ki ga je treba filtrirati, je mogoče prilagoditi kapaciteto kondenzatorja tako, da resonančna točka pade ravno na frekvenco motnje.
V praktičnem inženirstvu je frekvenca elektromagnetnega šuma, ki ga je treba filtrirati, pogosto visoka do več sto MHz ali celo več kot 1 GHz. Za tako visokofrekvenčni elektromagnetni šum je treba uporabiti kondenzator skozi jedro za učinkovito filtriranje.
Razlog, zakaj navadni kondenzatorji ne morejo učinkovito filtrirati visokofrekvenčnega šuma, je dva razloga:
(1) Eden od razlogov je, da induktivnost vodnika kondenzatorja povzroči resonanco kondenzatorja, ki predstavlja veliko impedanco za visokofrekvenčni signal in oslabi učinek obvoda visokofrekvenčnega signala;
(2) Drugi 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 v tem, da kondenzator skozi jedro nima le težave s tem, da induktivnost svinca povzroča prenizko resonančno frekvenco kondenzatorja.
Kondenzator skozi jedro je mogoče namestiti neposredno na kovinsko ploščo, pri čemer kovinska plošča igra vlogo visokofrekvenčne izolacije. Vendar pa je pri uporabi kondenzatorja skozi jedro težava, na katero morate biti pozorni, težava pri namestitvi.
Največja slabost prehodnega kondenzatorja je strah pred visokimi temperaturami in temperaturnimi vplivi, kar povzroča velike težave pri varjenju prehodnega kondenzatorja na kovinsko ploščo.
Veliko kondenzatorjev se med varjenjem poškoduje. Še posebej, ko je treba na ploščo namestiti veliko število jedrnih kondenzatorjev, dokler obstaja poškodba, jo je težko popraviti, ker ko odstranite poškodovani kondenzator, bo povzročil škodo na drugih bližnjih kondenzatorjih.
2. Induktivnost skupnega načina
Ker so težave, s katerimi se sooča EMC, večinoma motnje običajnega načina, so tudi induktorji skupnega načina ena izmed naših pogosto uporabljenih močnih komponent.
Skupni način induktorja je skupna naprava za dušenje motenj s feritnim jedrom, ki je sestavljena iz dveh tuljav enake velikosti in enakega števila ovojev, simetrično navitih na isto feritno obročasto magnetno jedro, da tvorita napravo s štirimi priključki, ki ima velik učinek dušenja induktivnosti za običajni signal in majhno induktivnost uhajanja za diferencialni signal.
Načelo je, da ko teče skupni način toka, se magnetni tok v magnetnem obroču medsebojno prekriva in ima tako veliko induktivnost, ki zavira skupni način toka, in ko dve tuljavi tečeta skozi diferencialni način toka, magnetni pretok v magnetnem obroču se med seboj izničijo in induktivnosti skoraj ni, tako da lahko tok diferenčnega načina poteka brez slabljenja.
Zato lahko induktor skupnega načina učinkovito zatre interferenčni signal skupnega načina v uravnoteženi liniji, vendar nima vpliva na običajni prenos signala diferencialnega načina.
Običajni induktorji morajo ob izdelavi izpolnjevati naslednje zahteve:
(1) Žice, navite na jedro tuljave, morajo biti izolirane, da se zagotovi, da ne pride do kratkega stika med zavoji tuljave pod vplivom trenutne prenapetosti;
(2) Ko tuljava teče skozi trenutni velik tok, magnetno jedro ne sme biti nasičeno;
(3) Magnetno jedro v tuljavi mora biti izolirano od tuljave, da se prepreči razpad med obema pod delovanjem trenutne prenapetosti;
(4) Tuljava mora biti čim bolj navita v enem sloju, da se zmanjša parazitska kapacitivnost tuljave in poveča sposobnost tuljave za prenos prehodne prenapetosti.
V normalnih okoliščinah, medtem ko smo pozorni na izbiro frekvenčnega pasu, potrebnega za filtriranje, večja kot je impedanca običajnega načina, tem bolje, zato moramo pri izbiri induktorja skupnega načina pogledati podatke naprave, predvsem glede na frekvenčna krivulja impedance.
Poleg tega pri izbiri bodite pozorni na vpliv impedance diferencialnega načina na signal, pri čemer se osredotočite predvsem na impedanco diferencialnega načina, še posebej pa bodite pozorni na vrata za visoke hitrosti.
3. Magnetna kroglica
V procesu oblikovanja digitalnega vezja izdelka EMC pogosto uporabljamo magnetne kroglice, feritni material je zlitina železa in magnezija ali zlitina železa in niklja, ta material ima visoko magnetno prepustnost, lahko je induktor med navitjem tuljave v primeru visoke frekvenca in visoka odpornost, ustvarjena minimalna kapacitivnost.
Feritni materiali se običajno uporabljajo pri visokih frekvencah, ker pri nizkih frekvencah njihove glavne induktivne značilnosti povzročijo zelo majhne izgube na liniji. Pri visokih frekvencah gre predvsem za reaktančna karakteristična razmerja in se spreminjajo s frekvenco. V praktičnih aplikacijah se feritni materiali uporabljajo kot visokofrekvenčni dušilniki za radiofrekvenčna vezja.
Pravzaprav je ferit boljši enakovreden vzporedniku upora in induktivnosti, induktor pri nizki frekvenci kratko sklene upor, pri visoki frekvenci pa postane upor induktorja precej visok, tako da ves tok teče skozi upor.
Ferit je porabnik, na katerem se visokofrekvenčna energija pretvarja v toplotno energijo, ki jo določajo njegove električne uporne karakteristike. Feritne magnetne kroglice imajo boljše lastnosti visokofrekvenčnega filtriranja kot navadne tuljave.
Ferit je uporoven pri visokih frekvencah, kar je enakovredno induktorju z zelo nizkim faktorjem kakovosti, zato lahko vzdržuje visoko impedanco v širokem frekvenčnem območju in s tem izboljša učinkovitost visokofrekvenčnega filtriranja.
V nizkofrekvenčnem pasu je impedanca sestavljena iz induktivnosti. Pri nizki frekvenci je R zelo majhen in magnetna prepustnost jedra je visoka, zato je induktivnost velika. L ima pomembno vlogo, elektromagnetne motnje pa zaduši odboj. In v tem času je izguba magnetnega jedra majhna, celotna naprava je nizka izguba, visoke lastnosti Q induktorja, ta induktor zlahka povzroči resonanco, zato lahko v nizkofrekvenčnem pasu včasih pride do povečanih motenj po uporabi feritnih magnetnih kroglic.
V visokofrekvenčnem pasu je impedanca sestavljena iz komponent upora. Ko se frekvenca poveča, se prepustnost magnetnega jedra zmanjša, kar povzroči zmanjšanje induktivnosti induktorja in zmanjšanje induktivne reaktančne komponente.
Vendar se v tem času poveča izguba magnetnega jedra, komponenta upora se poveča, kar povzroči povečanje skupne impedance, in ko visokofrekvenčni signal prehaja skozi ferit, se elektromagnetna motnja absorbira in pretvori v obliko odvajanja toplote.
Komponente za zatiranje feritov se pogosto uporabljajo v tiskanih vezjih, daljnovodih in podatkovnih vodih. Na vhodnem koncu napajalnega kabla tiskane plošče je na primer dodan feritni dušilni element za filtriranje visokofrekvenčnih motenj.
Feritni magnetni obroč ali magnetna kroglica se posebej uporablja za zatiranje visokofrekvenčnih in koničnih motenj na signalnih vodih in električnih vodih, ima pa tudi sposobnost absorbiranja motenj impulzov elektrostatične razelektritve. Uporaba magnetnih kroglic čipov ali induktorjev čipov je v glavnem odvisna od praktične uporabe.
Induktorji čipov se uporabljajo v resonančnih vezjih. Kadar je treba odpraviti nepotreben EMI šum, je najboljša izbira uporaba magnetnih kroglic čipov.
Uporaba magnetnih kroglic čipov in induktorjev čipov
Induktorji čipov:Radiofrekvenčne (RF) in brezžične komunikacije, oprema za informacijsko tehnologijo, radarski detektorji, avtomobilska elektronika, mobilni telefoni, pozivniki, avdio oprema, osebni digitalni pomočniki (PDA), brezžični daljinski nadzorni sistemi in nizkonapetostni napajalni moduli.
Čip magnetne kroglice:Vezja za ustvarjanje takta, filtriranje med analognimi in digitalnimi vezji, V/I vhodno/izhodni notranji priključki (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, računalnikih, tiskalnikih, videorekorderjih (VCRS), zatiranje 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 proizvede pri določeni frekvenci, in enota impedance je prav tako ohm.
PODATKOVNI LIST magnetne kroglice bo na splošno zagotovil frekvenco in impedančne značilnosti krivulje, na splošno 100MHz kot standard, na primer, ko je frekvenca 100MHz, ko je impedanca magnetne kroglice enakovredna 1000 ohmov.
Za frekvenčni pas, ki ga želimo filtrirati, moramo izbrati večjo kot je impedanca magnetne kroglice, tem bolje, običajno izberite impedanco 600 ohmov ali več.
Poleg tega je treba pri izbiri magnetnih kroglic paziti na pretok magnetnih kroglic, ki ga je treba na splošno zmanjšati za 80 %, pri uporabi v močnostnih tokokrogih pa je treba upoštevati vpliv impedance enosmernega toka na padec napetosti.
Čas objave: 24. julij 2023
