Filterkondensatorer, common-mode-induktorer og magnetiske perler er vanlige figurer i EMC-designkretser, og er også tre kraftige verktøy for å eliminere elektromagnetisk interferens.
Når det gjelder rollen til disse tre i kretsen, tror jeg det er mange ingeniører som ikke forstår, og artikkelen fra designen av en detaljert analyse av prinsippet om å eliminere de tre skarpeste EMC-prinsippene.
1. Filterkondensator
Selv om kondensatorens resonans er uønsket med tanke på å filtrere ut høyfrekvent støy, er ikke kondensatorens resonans alltid skadelig.
Når frekvensen til støyen som skal filtreres er bestemt, kan kondensatorens kapasitet justeres slik at resonanspunktet akkurat faller på forstyrrelsesfrekvensen.
I praktisk ingeniørfag er frekvensen til elektromagnetisk støy som skal filtreres ofte så høy som hundrevis av MHz, eller til og med mer enn 1 GHz. For slik høyfrekvent elektromagnetisk støy er det nødvendig å bruke en gjennomgående kondensator for å effektivt filtrere ut.
Grunnen til at vanlige kondensatorer ikke effektivt kan filtrere ut høyfrekvent støy er på grunn av to grunner:
(1) En grunn er at induktansen til kondensatorledningen forårsaker kondensatorresonans, som gir en stor impedans til høyfrekvenssignalet og svekker bypass-effekten til høyfrekvenssignalet;
(2) En annen grunn er at den parasittiske kapasitansen mellom ledningene kobler høyfrekvenssignalet, noe som reduserer filtreringseffekten.
Grunnen til at gjennomgående kondensator effektivt kan filtrere ut høyfrekvent støy, er at gjennomgående kondensator ikke bare ikke har problemet med at blykondaktansen forårsaker at kondensatorens resonansfrekvens er for lav.
Og gjennomgående kondensator kan installeres direkte på metallpanelet, og metallpanelet fungerer som høyfrekvent isolasjon. Når man bruker gjennomgående kondensator, er imidlertid installasjonsproblemet man må være oppmerksom på.
Den største svakheten til gjennomgående kondensatorer er frykten for høy temperatur og temperaturpåvirkning, noe som forårsaker store vanskeligheter når man sveiser gjennomgående kondensator til metallpanelet.
Mange kondensatorer blir skadet under sveising. Spesielt når et stort antall kjernekondensatorer må installeres på panelet, er det vanskelig å reparere skaden så lenge den er skadet, fordi når den skadede kondensatoren fjernes, vil det forårsake skade på andre kondensatorer i nærheten.
2. Vanlig modusinduktans
Siden problemene EMC står overfor hovedsakelig er fellesmodusinterferens, er fellesmodusinduktorer også en av våre ofte brukte kraftige komponenter.
Common mode-induktoren er en common mode-interferensdempingsenhet med ferritt som kjerne, som består av to spoler av samme størrelse og samme antall vindinger symmetrisk viklet på den samme ferrittringmagnetiske kjernen for å danne en fireterminalenhet, som har en stor induktansdempingseffekt for common mode-signalet og en liten lekkasjeinduktans for differensialmodussignalet.
Prinsippet er at når fellesmodusstrømmen flyter, legger den magnetiske fluksen i den magnetiske ringen seg over hverandre, og dermed har den en betydelig induktans, som hemmer fellesmodusstrømmen. Når de to spolene flyter gjennom differensialmodusstrømmen, kansellerer den magnetiske fluksen i den magnetiske ringen hverandre, og det er nesten ingen induktans, slik at differensialmodusstrømmen kan passere uten demping.
Derfor kan fellesmodusinduktoren effektivt undertrykke fellesmodusinterferenssignalet i den balanserte linjen, men har ingen effekt på den normale overføringen av differensialmodussignalet.
Common mode-induktorer bør oppfylle følgende krav når de produseres:
(1) Ledningene som er viklet rundt spolekjernen bør isoleres for å sikre at det ikke oppstår kortslutning mellom spolens vindinger under påvirkning av umiddelbar overspenning;
(2) Når spolen flyter gjennom den øyeblikkelige store strømmen, bør ikke den magnetiske kjernen være mettet;
(3) Magnetkjernen i spolen bør isoleres fra spolen for å forhindre gjennombrudd mellom de to under påvirkning av umiddelbar overspenning;
(4) Spolen bør vikles i et enkelt lag så langt som mulig, for å redusere spolens parasittiske kapasitans og forbedre spolens evne til å overføre transient overspenning.
Under normale omstendigheter, mens man tar hensyn til valget av frekvensbånd som kreves for filtrering, jo større common-mode-impedansen er, desto bedre. Derfor må vi se på enhetsdataene når vi velger common-mode-induktoren, hovedsakelig i henhold til impedansfrekvenskurven.
I tillegg, når du velger, vær oppmerksom på effekten av differensialmodusimpedans på signalet, hovedsakelig med fokus på differensialmodusimpedans, spesielt med tanke på høyhastighetsporter.
3. Magnetisk perle
I EMC-designprosessen for digitale produktkretser bruker vi ofte magnetiske perler. Ferrittmaterialet er en jern-magnesiumlegering eller jern-nikkellegering. Dette materialet har høy magnetisk permeabilitet, og det kan fungere som induktoren mellom spolen og spolen ved høy frekvens og høy motstand, noe som gir minimal kapasitans.
Ferrittmaterialer brukes vanligvis ved høye frekvenser, fordi deres viktigste induktansegenskaper ved lave frekvenser gjør tapet på linjen svært lite. Ved høye frekvenser er de hovedsakelig reaktanskarakteristikkforhold og endres med frekvensen. I praktiske anvendelser brukes ferrittmaterialer som høyfrekvente dempere for radiofrekvenskretser.
Faktisk er ferritt bedre ekvivalent med parallellen mellom motstand og induktans, motstanden kortsluttes av induktoren ved lav frekvens, og induktorimpedansen blir ganske høy ved høy frekvens, slik at all strømmen går gjennom motstanden.
Ferritt er en forbrukende enhet der høyfrekvent energi omdannes til varmeenergi, som bestemmes av dens elektriske motstandsegenskaper. Ferrittmagnetiske perler har bedre høyfrekvente filtreringsegenskaper enn vanlige induktorer.
Ferritt er resistiv ved høye frekvenser, tilsvarende en induktor med en veldig lav kvalitetsfaktor, slik at den kan opprettholde en høy impedans over et bredt frekvensområde, og dermed forbedre effektiviteten til høyfrekvensfiltrering.
I lavfrekvensbåndet består impedansen av induktans. Ved lav frekvens er R svært liten, og den magnetiske permeabiliteten til kjernen er høy, så induktansen er stor. L spiller en viktig rolle, og elektromagnetisk interferens undertrykkes av refleksjon. Og på dette tidspunktet er tapet i den magnetiske kjernen lite, hele enheten har lavt tap og høy Q-karakteristikk for induktoren, og denne induktoren forårsaker lett resonans, så i lavfrekvensbåndet kan det noen ganger være økt interferens etter bruk av ferrittmagnetiske perler.
I høyfrekvensbåndet er impedansen sammensatt av motstandskomponenter. Når frekvensen øker, reduseres permeabiliteten til den magnetiske kjernen, noe som resulterer i en reduksjon i induktansen til induktoren og en reduksjon i den induktive reaktanskomponenten.
Imidlertid øker tapet av den magnetiske kjernen på dette tidspunktet, motstandskomponenten øker, noe som resulterer i en økning i den totale impedansen, og når høyfrekvente signaler passerer gjennom ferritten, absorberes den elektromagnetiske interferensen og omdannes til form av varmeavledning.
Ferrittundertrykkelseskomponenter er mye brukt i kretskort, kraftledninger og datalinjer. For eksempel legges et ferrittundertrykkelseselement til innløpsenden av strømledningen til kretskortet for å filtrere ut høyfrekvent interferens.
Ferrittmagnetiske ringer eller magnetiske perler brukes spesielt til å undertrykke høyfrekvente interferenser og toppinterferenser på signallinjer og kraftledninger, og de har også evnen til å absorbere elektrostatisk utladningspulsinterferens. Bruken av magnetiske perler eller chipinduktorer avhenger hovedsakelig av den praktiske anvendelsen.
Chipinduktorer brukes i resonanskretser. Når unødvendig EMI-støy må elimineres, er bruk av magnetiske chipkuler det beste valget.
Anvendelse av magnetiske chipperler og chipinduktorer
Chip-induktorer:Radiofrekvens (RF) og trådløs kommunikasjon, informasjonsteknologisk utstyr, radardetektorer, bilelektronikk, mobiltelefoner, personsøkere, lydutstyr, personlige digitale assistenter (PDA-er), trådløse fjernkontrollsystemer og lavspenningsstrømforsyningsmoduler.
Magnetiske perler med chip:Klokkegenererende kretser, filtrering mellom analoge og digitale kretser, interne I/O-inn-/utgangskontakter (som serielle porter, parallelle porter, tastaturer, mus, langdistansekommunikasjon, lokale nettverk), RF-kretser og logiske enheter som er utsatt for interferens, filtrering av høyfrekvent ledningsbåren interferens i strømforsyningskretser, datamaskiner, skrivere, videoopptakere (VCRS), EMI-støydemping i TV-systemer og mobiltelefoner.
Enheten for den magnetiske perlen er ohm, fordi enheten for den magnetiske perlen er nominell i samsvar med impedansen den produserer ved en viss frekvens, og enheten for impedans er også ohm.
DATAARKET for den magnetiske perlen vil vanligvis gi frekvens- og impedanskarakteristikkene til kurven, vanligvis 100 MHz som standard, for eksempel når frekvensen er 100 MHz når impedansen til den magnetiske perlen tilsvarer 1000 ohm.
For frekvensbåndet vi ønsker å filtrere, må vi velge at jo større impedansen til den magnetiske perlen er, desto bedre, vanligvis velger vi 600 ohm impedans eller mer.
I tillegg, når man velger magnetiske perler, er det nødvendig å være oppmerksom på strømmen til magnetiske perler, som vanligvis må nedgraderes med 80%, og påvirkningen av DC-impedans på spenningsfallet bør tas i betraktning når den brukes i strømkretser.
Publisert: 24. juli 2023
