Filtrační kondenzátory, induktory souhlasného režimu a magnetické korálky jsou běžnými prvky v obvodech EMC a jsou také třemi účinnými nástroji k eliminaci elektromagnetického rušení.
Pokud jde o roli těchto tří v obvodu, myslím, že mnoho inženýrů nerozumí. Článek z návrhu podrobně analyzoval princip eliminace tří nejostřejší EMC.
1. Filtrační kondenzátor
Ačkoli je rezonance kondenzátoru nežádoucí z hlediska filtrování vysokofrekvenčního šumu, rezonance kondenzátoru není vždy škodlivá.
Po určení frekvence filtrovaného šumu lze upravit kapacitu kondenzátoru tak, aby rezonanční bod přesně spadal na rušivou frekvenci.
V praktickém inženýrství je frekvence filtrovaného elektromagnetického šumu často stovky MHz nebo dokonce více než 1 GHz. Pro takový vysokofrekvenční elektromagnetický šum je nutné použít kondenzátor s průchozím jádrem, aby se účinně odfiltroval.
Důvod, proč běžné kondenzátory nemohou účinně filtrovat vysokofrekvenční šum, je ze dvou důvodů:
(1) Jedním z důvodů je, že indukčnost vývodů kondenzátoru způsobuje rezonanci kondenzátoru, která představuje velkou impedanci pro vysokofrekvenční signál a oslabuje obtokový efekt vysokofrekvenčního signálu;
(2) Dalším důvodem je parazitní kapacita mezi vodiči, které propojují vysokofrekvenční signál, což snižuje účinek filtrace.
Důvod, proč kondenzátor s průchozím jádrem dokáže účinně filtrovat vysokofrekvenční šum, je ten, že kondenzátor s průchozím jádrem nejenže nemá problém s tím, že indukčnost vývodů způsobuje příliš nízkou rezonanční frekvenci kondenzátoru.
A kondenzátor s průchozím jádrem lze instalovat přímo na kovový panel, který slouží jako vysokofrekvenční izolace. Při použití kondenzátoru s průchozím jádrem je však třeba věnovat pozornost jeho instalaci.
Největší slabinou kondenzátoru s průchozím jádrem je obava z vysokých teplot a teplotních vlivů, což způsobuje velké potíže při svařování kondenzátoru s průchozím jádrem k kovovému panelu.
Mnoho kondenzátorů se při svařování poškodí. Zejména pokud je třeba na panel nainstalovat velké množství jádrových kondenzátorů, je obtížné je opravit, protože po odstranění poškozeného kondenzátoru dojde k poškození dalších kondenzátorů v okolí.
2. Indukčnost v soufázovém režimu
Protože problémy, kterým EMC čelí, jsou většinou rušení v souhlasném režimu, patří mezi naše běžně používané výkonné součástky také induktory v souhlasném režimu.
Induktor souhlasného režimu je zařízení pro potlačení rušení souhlasného režimu s feritovým jádrem, které se skládá ze dvou cívek stejné velikosti a stejného počtu závitů symetricky navinutých na stejném feritovém prstencovém magnetickém jádru a tvoří tak čtyřpólové zařízení. Má velký potlačující účinek indukčnosti pro signál souhlasného režimu a malý rozptylový indukčnost pro signál diferenciálního režimu.
Princip spočívá v tom, že když proudí soufázový proud, magnetický tok v magnetickém prstenci se navzájem překrývá, čímž vzniká značná indukčnost, která inhibuje soufázový proud. Když oběma cívkami protéká diferenciální proud, magnetický tok v magnetickém prstenci se navzájem ruší a indukčnost téměř neexistuje, takže diferenciální proud může procházet bez útlumu.
Proto může induktor souhlasného režimu účinně potlačit rušivý signál souhlasného režimu v vyváženém vedení, ale nemá žádný vliv na normální přenos signálu diferenciálního režimu.
Cívky s běžným proudem by měly při výrobě splňovat následující požadavky:
(1) Vodiče navinuté na jádru cívky by měly být izolovány, aby se zajistilo, že v důsledku okamžitého přepětí nedojde k průraznému zkratu mezi závity cívky;
(2) Když cívkou protéká okamžitý velký proud, magnetické jádro by nemělo být nasycené;
(3) Magnetické jádro v cívce by mělo být izolováno od cívky, aby se zabránilo průrazu mezi nimi v důsledku okamžitého přepětí;
(4) Cívka by měla být navinuta co nejvíce v jedné vrstvě, aby se snížila parazitní kapacita cívky a zvýšila se schopnost cívky přenášet přechodné přepětí.
Za normálních okolností, při výběru frekvenčního pásma potřebného k filtrování, platí, že čím větší je impedance souhlasného režimu, tím lépe, takže při výběru induktoru souhlasného režimu je třeba se podívat na data zařízení, zejména podle křivky impedance a frekvence.
Při výběru věnujte pozornost také vlivu diferenciální impedance na signál, zejména se zaměřením na diferenciální impedanci, a zvláště pak na vysokorychlostní porty.
3. Magnetická korálek
V procesu návrhu digitálních obvodů s ohledem na EMC často používáme magnetické korálky. Feritový materiál je slitina železa a hořčíku nebo slitina železa a niklu. Tento materiál má vysokou magnetickou permeabilitu a může sloužit jako induktor mezi vinutím cívky v případě vysoké frekvence a vysokého odporu generovaného minimálního výkonu.
Feritové materiály se obvykle používají při vysokých frekvencích, protože při nízkých frekvencích jejich hlavní indukční charakteristiky velmi zmenšují ztráty ve vedení. Při vysokých frekvencích se jedná hlavně o poměry reaktančních charakteristik a mění se s frekvencí. V praktických aplikacích se feritové materiály používají jako vysokofrekvenční atenuátory pro vysokofrekvenční obvody.
Ve skutečnosti je ferit lépe ekvivalentní paralelnímu zapojení odporu a indukčnosti, přičemž při nízké frekvenci je induktor zkratován a při vysoké frekvenci se impedance induktoru stává poměrně vysokou, takže veškerý proud prochází odporem.
Ferit je spotřebič, na kterém se vysokofrekvenční energie přeměňuje na tepelnou energii, což je určeno jeho elektrickými odporovými charakteristikami. Feritové magnetické kuličky mají lepší filtrační vlastnosti pro vysoké frekvence než běžné induktory.
Ferit je při vysokých frekvencích odporový, ekvivalentní induktoru s velmi nízkým činitelem jakosti, takže si může udržet vysokou impedanci v širokém frekvenčním rozsahu, čímž zlepšuje účinnost filtrování vysokých frekvencí.
V nízkofrekvenčním pásmu se impedance skládá z indukčnosti. Při nízkých frekvencích je R velmi malý a magnetická permeabilita jádra je vysoká, takže indukčnost je velká. L hraje hlavní roli a elektromagnetické rušení je potlačeno odrazem. V tomto případě jsou ztráty magnetického jádra malé, celé zařízení má nízké ztráty a induktor má vysokou Q charakteristiku. Induktor snadno způsobuje rezonanci, takže v nízkofrekvenčním pásmu může někdy docházet ke zvýšenému rušení po použití feritových magnetických korálků.
Ve vysokofrekvenčním pásmu se impedance skládá z odporových složek. S rostoucí frekvencí se snižuje permeabilita magnetického jádra, což má za následek pokles indukčnosti cívky a pokles indukční reaktanční složky.
V tomto okamžiku se však zvyšuje ztráta magnetického jádra, zvyšuje se odporová složka, což má za následek zvýšení celkové impedance a při průchodu vysokofrekvenčního signálu feritem se elektromagnetické rušení absorbuje a přeměňuje na formu odvodu tepla.
Feritové potlačovací prvky se široce používají v deskách plošných spojů, silnoproudých vedeních a datových linkách. Například feritový potlačovací prvek se přidává na vstupní konec napájecího kabelu desky plošných spojů, aby se odfiltrovalo vysokofrekvenční rušení.
Feritový magnetický kroužek nebo magnetická kulička se speciálně používá k potlačení vysokofrekvenčního rušení a špičkového rušení na signálních a elektrických vedeních a má také schopnost absorbovat rušení způsobené elektrostatickým výbojem. Použití čipových magnetických kuliček nebo čipových induktorů závisí především na praktické aplikaci.
Čipové cívky se používají v rezonančních obvodech. Pokud je třeba eliminovat zbytečný elektromagnetický šum, je nejlepší volbou použití čipových magnetických kuliček.
Aplikace čipových magnetických kuliček a čipových induktorů
Čipové induktory:Rádiová (RF) a bezdrátová komunikace, zařízení informačních technologií, radarové detektory, automobilová elektronika, mobilní telefony, pagery, audio zařízení, osobní digitální asistenti (PDA), systémy bezdrátového dálkového ovládání a moduly nízkonapěťových napájecích zdrojů.
Magnetické korálky s čipem:Obvody generující hodinový signál, filtrování mezi analogovými a digitálními obvody, vnitřní konektory vstupů/výstupů I/O (jako jsou sériové porty, paralelní porty, klávesnice, myši, dálkové telekomunikace, lokální sítě), vysokofrekvenční obvody a logická zařízení náchylná k rušení, filtrování vysokofrekvenčního vedení v napájecích obvodech, počítače, tiskárny, videorekordéry (VCR), potlačení elektromagnetického šumu v televizních systémech a mobilních telefonech.
Jednotkou magnetické kuličky jsou ohmy, protože jednotka magnetické kuličky je nominální v souladu s impedancí, kterou produkuje na určité frekvenci, a jednotka impedance je také ohm.
DATASHEET magnetických korálků obecně poskytuje frekvenční a impedanční charakteristiky křivky, obvykle 100 MHz jako standard, například když je frekvence 100 MHz, když je impedance magnetické korálky ekvivalentní 1000 ohmům.
Pro frekvenční pásmo, které chceme filtrovat, musíme zvolit čím větší impedanci magnetické kuličky, tím lépe, obvykle volíme impedanci 600 ohmů nebo více.
Kromě toho je při výběru magnetických korálků nutné věnovat pozornost magnetickému toku, který je obecně třeba snížit o 80 %, a při použití v silových obvodech je třeba zohlednit vliv stejnosměrné impedance na úbytek napětí.
Čas zveřejnění: 24. července 2023
