Filtračné kondenzátory, induktory spoločného režimu a magnetické korálky sú bežnými prvkami v obvodoch EMC a sú tiež tromi silnými nástrojmi na elimináciu elektromagnetického rušenia.
Pokiaľ ide o úlohu týchto troch v obvode, myslím si, že existuje veľa inžinierov, ktorým nerozumie. Článok z návrhu podrobne analyzoval princíp eliminácie troch najostrejších EMC.
1. Filtračný kondenzátor
Hoci je rezonancia kondenzátora nežiaduca z hľadiska filtrovania vysokofrekvenčného šumu, nie je rezonancia kondenzátora vždy škodlivá.
Keď sa určí frekvencia filtrovaného šumu, kapacita kondenzátora sa môže upraviť tak, aby rezonančný bod práve padol na rušivú frekvenciu.
V praktickom inžinierstve je frekvencia elektromagnetického šumu, ktorý sa má filtrovať, často až stovky MHz alebo dokonca viac ako 1 GHz. Pre takýto vysokofrekvenčný elektromagnetický šum je potrebné použiť kondenzátor s priechodným jadrom, aby sa účinne odfiltroval.
Dôvod, prečo bežné kondenzátory nedokážu účinne filtrovať vysokofrekvenčný šum, sú dva:
(1) Jedným z dôvodov je, že indukčnosť vývodu kondenzátora spôsobuje rezonanciu kondenzátora, ktorá predstavuje veľkú impedanciu pre vysokofrekvenčný signál a oslabuje obtokový efekt vysokofrekvenčného signálu;
(2) Ďalším dôvodom je parazitná kapacita medzi vodičmi, ktoré prepájajú vysokofrekvenčný signál, čo znižuje efekt filtrovania.
Dôvod, prečo dokáže priechodný kondenzátor účinne filtrovať vysokofrekvenčný šum, je ten, že priechodný kondenzátor nielenže nemá problém s tým, že indukčnosť vývodov spôsobuje príliš nízku rezonančnú frekvenciu kondenzátora.
A priechodný kondenzátor sa dá priamo nainštalovať na kovový panel, pričom kovový panel slúži ako vysokofrekvenčná izolácia. Pri použití priechodného kondenzátora je však potrebné venovať pozornosť problému s inštaláciou.
Najväčšou slabinou priechodného kondenzátora je obava z vysokej teploty a teplotného vplyvu, čo spôsobuje veľké ťažkosti pri zváraní priechodného kondenzátora na kovový panel.
Mnoho kondenzátorov sa počas zvárania poškodí. Najmä ak je potrebné na panel nainštalovať veľký počet jadrových kondenzátorov, pokiaľ dôjde k poškodeniu, je ťažké ho opraviť, pretože po odstránení poškodeného kondenzátora dôjde k poškodeniu okolitých kondenzátorov.
2. Indukčnosť spoločného režimu
Keďže problémy, ktorým EMC čelí, sú väčšinou rušenie v bežnom režime, sú induktory v bežnom režime tiež jedným z našich bežne používaných výkonných komponentov.
Súhlasný induktor je zariadenie na potlačenie rušenia súhlasného režimu s feritovým jadrom, ktoré pozostáva z dvoch cievok rovnakej veľkosti a rovnakého počtu závitov symetricky navinutých na rovnakom feritovom prstencovom magnetickom jadre, čím vytvára štvorpólové zariadenie s veľkým potlačením indukčnosti pre súhlasný signál a malou únikovou indukčnosťou pre diferenciálny signál.
Princíp spočíva v tom, že keď prúdi súfázový prúd, magnetický tok v magnetickom krúžku sa navzájom prekrýva, čím vzniká značná indukčnosť, ktorá inhibuje súfázový prúd. Keď dve cievky pretekajú rozdielovým prúdom, magnetický tok v magnetickom krúžku sa navzájom ruší a takmer neexistuje žiadna indukčnosť, takže rozdielový prúd môže prechádzať bez útlmu.
Preto môže induktor spoločného režimu účinne potlačiť rušivý signál spoločného režimu v vyváženom vedení, ale nemá žiadny vplyv na normálny prenos signálu diferenciálneho režimu.
Súhlasné induktory by mali pri výrobe spĺňať nasledujúce požiadavky:
(1) Drôty navinuté na jadre cievky by mali byť izolované, aby sa zabezpečilo, že v dôsledku okamžitého prepätia nedojde k žiadnemu skratu medzi závitmi cievky;
(2) Keď cievkou preteká okamžitý veľký prúd, magnetické jadro by nemalo byť nasýtené;
(3) Magnetické jadro v cievke by malo byť izolované od cievky, aby sa zabránilo prerušeniu medzi nimi v dôsledku okamžitého prepätia;
(4) Cievka by mala byť navinutá čo najviac v jednej vrstve, aby sa znížila parazitná kapacita cievky a zvýšila sa jej schopnosť prenášať prechodné prepätie.
Za normálnych okolností, pri výbere frekvenčného pásma potrebného na filtrovanie, platí, že čím väčšia je impedancia v spoločnom režime, tým lepšie, preto je potrebné pri výbere induktora v spoločnom režime zohľadniť údaje o zariadení, najmä podľa frekvenčnej krivky impedancie.
Okrem toho pri výbere venujte pozornosť vplyvu diferenciálnej impedancie na signál, najmä so zameraním na diferenciálnu impedanciu, pričom venujte osobitnú pozornosť vysokorýchlostným portom.
3. Magnetická korálka
V procese návrhu digitálnych obvodov EMC často používame magnetické korálky. Feritový materiál je zliatina železa a horčíka alebo zliatina železa a niklu. Tento materiál má vysokú magnetickú permeabilitu a môže slúžiť ako induktor medzi vinutím cievky v prípade vysokej frekvencie a minimálnej kapacity generovanej vysokým odporom.
Feritové materiály sa zvyčajne používajú pri vysokých frekvenciách, pretože pri nízkych frekvenciách ich hlavné indukčné charakteristiky spôsobujú, že straty na vedení sú veľmi malé. Pri vysokých frekvenciách sú to hlavne pomery reaktančných charakteristík a menia sa s frekvenciou. V praktických aplikáciách sa feritové materiály používajú ako vysokofrekvenčné atenuátory pre rádiofrekvenčné obvody.
V skutočnosti je ferit lepšie ekvivalentný paralelnému zapojeniu odporu a indukčnosti, pričom pri nízkej frekvencii je induktor skratovaný a pri vysokej frekvencii sa impedancia induktora stáva pomerne vysokou, takže všetok prúd prechádza cez odpor.
Ferit je spotrebič, na ktorom sa vysokofrekvenčná energia premieňa na tepelnú energiu, ktorá je určená jeho elektrickými odporovými charakteristikami. Feritové magnetické guľôčky majú lepšie vysokofrekvenčné filtračné vlastnosti ako bežné induktory.
Ferit je pri vysokých frekvenciách odporový, čo zodpovedá induktoru s veľmi nízkym faktorom kvality, takže si dokáže udržať vysokú impedanciu v širokom frekvenčnom rozsahu, čím sa zlepšuje účinnosť filtrovania vysokých frekvencií.
V nízkofrekvenčnom pásme sa impedancia skladá z indukčnosti. Pri nízkej frekvencii je odpor R veľmi malý a magnetická permeabilita jadra je vysoká, takže indukčnosť je veľká. L hrá dôležitú úlohu a elektromagnetické rušenie je potlačené odrazom. V tomto prípade sú straty magnetického jadra malé, celé zariadenie má nízke straty a vysoké Q vlastnosti induktora, čo ľahko spôsobuje rezonanciu, takže v nízkofrekvenčnom pásme môže niekedy dôjsť k zvýšenému rušeniu po použití feritových magnetických guľôčok.
Vo vysokofrekvenčnom pásme sa impedancia skladá z odporových zložiek. S rastúcou frekvenciou sa znižuje permeabilita magnetického jadra, čo má za následok pokles indukčnosti induktora a pokles indukčnej reaktančnej zložky.
V tomto čase sa však zvyšuje strata magnetického jadra, zvyšuje sa odporová zložka, čo vedie k zvýšeniu celkovej impedancie a keď vysokofrekvenčný signál prechádza feritom, elektromagnetické rušenie sa absorbuje a premieňa na formu rozptylu tepla.
Feritové potlačovacie súčiastky sa široko používajú v doskách plošných spojov, elektrických vedeniach a dátových linkách. Napríklad feritový potlačovací prvok sa pridáva na vstupný koniec napájacieho kábla dosky plošných spojov na filtrovanie vysokofrekvenčného rušenia.
Feritový magnetický krúžok alebo magnetická guľôčka sa špeciálne používa na potlačenie vysokofrekvenčného rušenia a špičkového rušenia na signálnych a elektrických vedeniach a má tiež schopnosť absorbovať rušenie spôsobené impulzmi elektrostatického výboja. Použitie čipových magnetických guľôčok alebo čipových induktorov závisí hlavne od praktickej aplikácie.
Čipové induktory sa používajú v rezonančných obvodoch. Ak je potrebné eliminovať zbytočný elektromagnetický šum, najlepšou voľbou je použitie čipových magnetických guľôčok.
Aplikácia čipových magnetických guľôčok a čipových induktorov
Čipové induktory:Rádiofrekvenčná (RF) a bezdrôtová komunikácia, zariadenia informačných technológií, radarové detektory, automobilová elektronika, mobilné telefóny, pagery, audio zariadenia, osobné digitálne asistenty (PDA), bezdrôtové systémy diaľkového ovládania a nízkonapäťové napájacie moduly.
Magnetické korálky s čipom:Obvody generujúce hodiny, filtrovanie medzi analógovými a digitálnymi obvodmi, vnútorné konektory vstupov/výstupov I/O (ako sú sériové porty, paralelné porty, klávesnice, myši, diaľkové telekomunikácie, lokálne siete), RF obvody a logické zariadenia náchylné na rušenie, filtrovanie vysokofrekvenčného rušenia šíreného vedením v napájacích obvodoch, počítače, tlačiarne, videorekordéry (VCRS), potlačenie elektromagnetického šumu v televíznych systémoch a mobilných telefónoch.
Jednotkou magnetickej guľôčky sú ohmy, pretože jednotka magnetickej guľôčky je nominálna v súlade s impedanciou, ktorú vytvára pri určitej frekvencii, a jednotka impedancie je tiež ohm.
DATASHEET magnetických guľôčok vo všeobecnosti poskytuje frekvenčné a impedančné charakteristiky krivky, zvyčajne 100 MHz ako štandard, napríklad pri frekvencii 100 MHz, keď je impedancia magnetickej guľôčky ekvivalentná 1 000 ohmom.
Pre frekvenčné pásmo, ktoré chceme filtrovať, musíme zvoliť čím väčšiu impedanciu magnetickej guľôčky, tým lepšie, zvyčajne volíme impedanciu 600 ohmov alebo viac.
Okrem toho je pri výbere magnetických guľôčok potrebné venovať pozornosť toku magnetických guľôčok, ktorý je vo všeobecnosti potrebné znížiť o 80 %, a pri použití v silových obvodoch by sa mal zvážiť vplyv jednosmernej impedancie na pokles napätia.
Čas uverejnenia: 24. júla 2023
