Filtrační kondenzátory, induktory se společným režimem a magnetické kuličky jsou běžné prvky v obvodech EMC návrhu a jsou také třemi výkonnými nástroji pro eliminaci elektromagnetického rušení.
Pro roli těchto tří v okruhu, věřím, že mnoho inženýrů nerozumí, článek z návrhu podrobné analýzy principu odstranění tří EMC nejostřejší.
1. Filtrační kondenzátor
Rezonance kondenzátoru je sice z hlediska odfiltrování vysokofrekvenčního šumu nežádoucí, ale ne vždy je rezonance kondenzátoru na škodu.
Když je určena frekvence šumu, který má být filtrován, lze kapacitu kondenzátoru upravit tak, aby rezonanční bod právě spadal na frekvenci rušení.
V praktickém inženýrství je frekvence elektromagnetického šumu, který má být filtrován, často až stovky MHz nebo dokonce více než 1 GHz.Pro takto vysokofrekvenční elektromagnetický šum je nutné pro účinné odfiltrování použít průchozí kondenzátor.
Důvod, proč běžné kondenzátory nemohou účinně odfiltrovat vysokofrekvenční šum, je ze dvou důvodů:
(1) Jedním z důvodů je, že indukčnost vedení kondenzátoru způsobuje rezonanci kondenzátoru, která představuje velkou impedanci vysokofrekvenčního signálu a zeslabuje přemosťovací efekt vysokofrekvenčního signálu;
(2) Dalším důvodem je, že parazitní kapacita mezi vodiči spojuje vysokofrekvenční signál, čímž se snižuje filtrační efekt.
Důvod, proč může kondenzátor s průchozím jádrem účinně odfiltrovat vysokofrekvenční šum, je ten, že kondenzátor s průchozím jádrem nejenže nemá problém s tím, že indukčnost vedení způsobuje příliš nízkou rezonanční frekvenci kondenzátoru.
A kondenzátor s průchozím jádrem může být instalován přímo na kovový panel, přičemž kovový panel hraje roli vysokofrekvenční izolace.Při použití průchozího kondenzátoru je však problémem, kterému je třeba věnovat pozornost, problém s instalací.
Největší slabinou průchozího kondenzátoru je strach z vysoké teploty a teplotního dopadu, což způsobuje velké potíže při svařování průchozího kondenzátoru ke kovovému panelu.
Mnoho kondenzátorů se při svařování poškodí.Zvláště když je třeba na panel instalovat velké množství jaderných kondenzátorů, pokud dojde k poškození, je obtížné jej opravit, protože při odstranění poškozeného kondenzátoru dojde k poškození dalších blízkých kondenzátorů.
2. Indukčnost v běžném režimu
Vzhledem k tomu, že problémy, kterým EMC čelí, jsou většinou rušení v běžném režimu, jsou tlumivky v běžném režimu také jednou z našich běžně používaných výkonných součástí.
Induktor se společným režimem je zařízení na potlačení rušení se společným režimem s feritem jako jádrem, které se skládá ze dvou cívek stejné velikosti a stejného počtu závitů symetricky navinutých na stejném feritovém prstencovém magnetickém jádru za účelem vytvoření čtyřsvorkového zařízení, které má velký účinek potlačení indukčnosti pro signál společného režimu a malou rozptylovou indukčnost pro signál diferenciálního režimu.
Princip spočívá v tom, že když teče proud v součinném režimu, magnetický tok v magnetickém prstenci se vzájemně překrývá, takže má značnou indukčnost, která inhibuje proud souosého režimu, a když obě cívky protékají proudem diferenciálního režimu, magnetický tok v magnetickém prstenci se navzájem ruší a není zde téměř žádná indukčnost, takže proud v diferenciálním režimu může projít bez útlumu.
Proto může induktor se součinným režimem účinně potlačit rušivý signál součinného režimu ve vyváženém vedení, ale nemá žádný vliv na normální přenos signálu diferenciálního režimu.
Induktory se společným režimem by měly při výrobě splňovat následující požadavky:
(1) Dráty navinuté na jádru cívky by měly být izolovány, aby se zajistilo, že nedojde k průraznému zkratu mezi závity cívky při působení okamžitého přepětí;
(2) Když cívkou protéká okamžitý velký proud, magnetické jádro by nemělo být nasyceno;
(3) Magnetické jádro v cívce by mělo být izolováno od cívky, aby se zabránilo průrazu mezi nimi při působení okamžitého přepětí;
(4) Cívka by měla být pokud možno vinutá v jedné vrstvě, aby se snížila parazitní kapacita cívky a zvýšila se schopnost cívky přenášet přechodné přepětí.
Za normálních okolností, při volbě frekvenčního pásma potřebného k filtrování, platí, že čím větší impedance běžného režimu, tím lépe, takže při výběru induktoru společného režimu musíme hledět na údaje zařízení, zejména podle impedanční frekvenční křivka.
Kromě toho při výběru věnujte pozornost vlivu impedance diferenciálního režimu na signál, zejména se zaměřte na impedanci diferenciálního režimu, zejména věnujte pozornost vysokorychlostním portům.
3.Magnetický korálek
V procesu návrhu digitálního obvodu EMC často používáme magnetické kuličky, feritový materiál je slitina železa a hořčíku nebo slitina železa a niklu, tento materiál má vysokou magnetickou permeabilitu, může být induktorem mezi vinutím cívky v případě vysoké frekvence a vysoký odpor generovaná kapacita minimální.
Feritové materiály se obvykle používají při vysokých frekvencích, protože při nízkých frekvencích jejich hlavní indukční charakteristiky činí ztráty na vedení velmi malé.Při vysokých frekvencích jsou to především 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 paralele odporu a indukčnosti, odpor je zkratován induktorem při nízké frekvenci a impedance induktoru je při vysoké frekvenci poměrně vysoká, takže veškerý proud prochází odporem.
Ferit je spotřební zařízení, na kterém se vysokofrekvenční energie přeměňuje na tepelnou energii, která je určena jeho elektrickým odporem.Feritové magnetické kuličky mají lepší vysokofrekvenční filtrační vlastnosti než běžné induktory.
Ferit je odporový při vysokých frekvencích, což je ekvivalentní induktoru s velmi nízkým činitelem kvality, takže může udržovat vysokou impedanci v širokém frekvenčním rozsahu, čímž zlepšuje účinnost vysokofrekvenčního filtrování.
V nízkofrekvenčním pásmu je impedance složena z indukčnosti.Při nízké frekvenci je R velmi malé a magnetická permeabilita jádra je vysoká, takže indukčnost je velká.L hraje hlavní roli a elektromagnetické rušení je potlačeno odrazem.A v tuto chvíli je ztráta magnetického jádra malá, celé zařízení má nízkou ztrátu, vysoké Q charakteristiky induktoru, tento induktor snadno způsobuje rezonanci, takže v nízkofrekvenčním pásmu může někdy dojít ke zvýšenému rušení po použití feritových magnetických kuliček.
Ve vysokofrekvenčním pásmu je impedance složena z odporových složek.S rostoucí frekvencí klesá permeabilita magnetického jádra, což má za následek snížení indukčnosti induktoru a snížení indukční složky reaktance.
V tomto okamžiku však narůstá ztráta magnetického jádra, zvyšuje se odporová složka, což má za následek zvýšení celkové impedance a při průchodu vysokofrekvenčního signálu feritem je elektromagnetické rušení absorbováno a převedeno do tvaru odvodu tepla.
Feritové odrušovací komponenty jsou široce používány v deskách plošných spojů, elektrických vedeních a datových vedeních.Například feritový odrušovací prvek je přidán na vstupní konec napájecího kabelu desky s plošnými spoji pro odfiltrování vysokofrekvenčního rušení.
Feritový magnetický kroužek nebo magnetická kulička se speciálně používá k potlačení vysokofrekvenčního rušení a špičkového rušení na signálových a silových vedeních a má také schopnost absorbovat rušení pulsů elektrostatického výboje.Použití čipových magnetických kuliček nebo čipových induktorů závisí především na praktické aplikaci.
Čipové tlumivky se používají v rezonančních obvodech.Když je třeba eliminovat zbytečný EMI šum, je nejlepší volbou použití čipových magnetických kuliček.
Aplikace čipových magnetických kuliček a čipových induktorů
Čipové induktory:Radiofrekvenční (RF) a bezdrátová komunikace, zařízení informačních technologií, radarové detektory, automobilová elektronika, mobilní telefony, pagery, audio zařízení, osobní digitální asistenti (PDA), bezdrátové systémy dálkového ovládání a nízkonapěťové napájecí moduly.
Chip magnetické korálky:Obvody generující hodiny, filtrování mezi analogovými a digitálními obvody, I/O vstupní/výstupní interní konektory (jako jsou sériové porty, paralelní porty, klávesnice, myši, dálkové telekomunikace, místní sítě), RF obvody a logická zařízení náchylná k rušení, filtrování vysokofrekvenčně vedeného rušení v napájecích obvodech, počítačích, tiskárnách, videorekordérech (VCRS), potlačení EMI šumu v televizních systémech a mobilních telefonech.
Jednotkou magnetické kuličky jsou ohmy, protože jednotka magnetické kuličky je jmenovitá v souladu s impedancí, kterou vytváří při určité frekvenci, a jednotkou impedance jsou také ohmy.
DATASHEET magnetické kuličky obecně poskytuje frekvenční a impedanční charakteristiky křivky, obecně 100 MHz jako standard, například když je frekvence 100 MHz, když je impedance magnetické kuličky ekvivalentní 1000 ohmů.
Pro frekvenční pásmo, které chceme filtrovat, musíme zvolit čím větší impedanci magnetické kuličky, tím lépe, obvykle volíme impedanci 600 ohmů nebo více.
Při výběru magnetických perliček je navíc nutné dbát na tok magnetických perliček, který je obecně potřeba snížit o 80 % a při použití v silových obvodech je třeba vzít v úvahu vliv stejnosměrné impedance na pokles napětí.
Čas odeslání: 24. července 2023