Фільтр-конденсатори, синфазні індуктори та магнітні намистини є поширеними фігурами в схемах проектування ЕМС, а також трьома потужними інструментами для усунення електромагнітних перешкод.
Щодо ролі цих трьох у схемі, я вважаю, що багато інженерів не розуміють цього. У статті з розробки детально проаналізовано принцип усунення трьох найгостріших електромагнітних перешкод.
1. Фільтруючий конденсатор
Хоча резонанс конденсатора є небажаним з точки зору фільтрації високочастотного шуму, резонанс конденсатора не завжди шкідливий.
Коли частота шуму, що підлягає фільтрації, визначена, ємність конденсатора можна регулювати таким чином, щоб резонансна точка якраз потрапляла на частоту збурення.
У практичній інженерії частота електромагнітного шуму, що підлягає фільтрації, часто сягає сотень МГц або навіть більше 1 ГГц. Для такого високочастотного електромагнітного шуму необхідно використовувати конденсатор з сердечником для ефективної фільтрації.
Причина, чому звичайні конденсатори не можуть ефективно фільтрувати високочастотний шум, полягає в двох факторах:
(1) Одна з причин полягає в тому, що індуктивність виводу конденсатора викликає його резонанс, що створює великий імпеданс для високочастотного сигналу та послаблює ефект обходу високочастотного сигналу;
(2) Ще однією причиною є паразитна ємність між проводами, що з'єднують високочастотний сигнал, що зменшує ефект фільтрації.
Причина, чому наскрізний конденсатор може ефективно фільтрувати високочастотний шум, полягає в тому, що наскрізний конденсатор не тільки не має проблеми, коли індуктивність виводу призводить до занадто низької резонансної частоти конденсатора.
А наскрізний конденсатор можна встановити безпосередньо на металеву панель, використовуючи металеву панель для виконання ролі високочастотної ізоляції. Однак, при використанні наскрізного конденсатора, проблемою, на яку слід звернути увагу, є проблема встановлення.
Найбільшою слабкістю наскрізного конденсатора є страх перед високою температурою та температурним впливом, що створює великі труднощі під час зварювання наскрізного конденсатора до металевої панелі.
Багато конденсаторів пошкоджуються під час зварювання. Особливо, коли на панелі потрібно встановити велику кількість конденсаторів з сердечником, якщо є пошкодження, їх важко відремонтувати, оскільки видалення пошкодженого конденсатора призведе до пошкодження інших конденсаторів, що знаходяться поруч.
2. Індуктивність синфазного режиму
Оскільки проблеми, з якими стикається ЕМС, здебільшого пов'язані з синфазними перешкодами, синфазні індуктори також є одними з наших поширених потужних компонентів.
Синфазний індуктор - це пристрій для придушення синфазних перешкод з феритовим осердям, який складається з двох котушок однакового розміру та однакової кількості витків, симетрично намотаних на одному феритовому кільцевому магнітному осерді, утворюючи чотирививідний пристрій, що має великий ефект придушення індуктивності для синфазного сигналу та малу індуктивність витоку для диференціального сигналу.
Принцип полягає в тому, що коли протікає синфазний струм, магнітні потоки в магнітному кільці накладаються один на одного, створюючи значну індуктивність, яка гальмує синфазний струм, а коли через дві котушки протікає диференціальний струм, магнітний потік у магнітному кільці взаємно компенсує один одного, і індуктивність майже відсутня, тому диференціальний струм може проходити без затухання.
Таким чином, синфазний індуктор може ефективно придушувати сигнал синфазної перешкоди в збалансованій лінії, але не впливає на нормальну передачу сигналу диференціального режиму.
Синфазні індуктори повинні відповідати наступним вимогам під час їх виробництва:
(1) Дроти, намотані на осерді котушки, повинні бути ізольовані, щоб уникнути пробою через коротке замикання між витками котушки під дією миттєвої перенапруги;
(2) Коли через котушку протікає миттєвий великий струм, магнітний сердечник не повинен насичуватися;
(3) Магнітний сердечник у котушці повинен бути ізольований від котушки, щоб запобігти пробою між ними під дією миттєвої перенапруги;
(4) Котушку слід намотувати в один шар, наскільки це можливо, щоб зменшити паразитну ємність котушки та підвищити її здатність передавати перехідні перенапруги.
За нормальних обставин, звертаючи увагу на вибір смуги частот, необхідної для фільтрації, чим більший синфазний імпеданс, тим краще, тому нам потрібно звернути увагу на дані пристрою під час вибору синфазного індуктора, головним чином відповідно до кривої частоти імпедансу.
Крім того, під час вибору звертайте увагу на вплив диференціального імпедансу моди на сигнал, зосереджуючись головним чином на диференціальному імпедансі моди, особливо звертаючи увагу на високошвидкісні порти.
3. Магнітна намистина
У процесі проектування цифрових схем продукту з урахуванням електромагнітної сумісності ми часто використовуємо магнітні намистини. Феритовий матеріал - це залізомагнієвий або залізонікелевий сплав. Цей матеріал має високу магнітну проникність і може бути індуктивністю між обмотками котушки у випадку високої частоти та високого опору, що генерує мінімальну ємність.
Феритові матеріали зазвичай використовуються на високих частотах, оскільки на низьких частотах їхні основні характеристики індуктивності роблять втрати в лінії дуже малими. На високих частотах це переважно коефіцієнти характеристик реактивного опору, які змінюються з частотою. У практичному застосуванні феритові матеріали використовуються як високочастотні атенюатори для радіочастотних ланцюгів.
Фактично, ферит краще еквівалентний паралельному з'єднанню опору та індуктивності, опір закорачується індуктивністю на низькій частоті, а імпеданс індуктивності стає досить високим на високій частоті, так що весь струм проходить через опір.
Ферит – це споживаючий пристрій, на якому високочастотна енергія перетворюється на теплову, що визначається його електричними характеристиками опору. Феритові магнітні кульки мають кращі характеристики фільтрації високих частот, ніж звичайні котушки індуктивності.
Ферит має резистивний характер на високих частотах, еквівалентний індуктивності з дуже низьким коефіцієнтом якості, тому він може підтримувати високий імпеданс у широкому діапазоні частот, тим самим підвищуючи ефективність фільтрації високих частот.
У смузі низьких частот імпеданс складається з індуктивності. На низькій частоті R дуже малий, а магнітна проникність осердя висока, тому індуктивність велика. L відіграє важливу роль, а електромагнітні перешкоди пригнічуються відбиттям. У цей час втрати магнітного осердя невеликі, весь пристрій має низькі втрати, високі характеристики добротності індуктивності, що легко викликає резонанс, тому в смузі низьких частот іноді можуть виникати посилення перешкод після використання феритових магнітних намистин.
У смузі високих частот імпеданс складається з опорних складових. Зі збільшенням частоти проникність магнітного осердя зменшується, що призводить до зменшення індуктивності індуктивності та зменшення індуктивного опору.
Однак у цей час втрати магнітного осердя збільшуються, збільшується складова опору, що призводить до збільшення загального імпедансу, і коли високочастотний сигнал проходить через ферит, електромагнітні перешкоди поглинаються та перетворюються у форму розсіювання тепла.
Феритові пригнічувальні елементи широко використовуються в друкованих платах, лініях електропередач та лініях передачі даних. Наприклад, феритовий пригнічувальний елемент додається до вхідного кінця шнура живлення друкованої плати для фільтрації високочастотних перешкод.
Феритове магнітне кільце або магнітна намистина спеціально використовується для придушення високочастотних перешкод та пікових перешкод на сигнальних лініях та лініях електропередач, а також має здатність поглинати перешкоди імпульсів електростатичного розряду. Використання чіп-магнітних намистин або чіп-індукторів головним чином залежить від практичного застосування.
Чіп-індуктори використовуються в резонансних схемах. Коли потрібно усунути непотрібний електромагнітний шум, найкращим вибором є використання чіп-магнітних намистин.
Застосування магнітних намистин на мікросхемах та індуктивностей на мікросхемах
Чіп-індуктори:Радіочастотний (РЧ) та бездротовий зв'язок, інформаційно-технологічне обладнання, радар-детектори, автомобільна електроніка, стільникові телефони, пейджери, аудіообладнання, персональні цифрові помічники (КПК), системи бездротового дистанційного керування та низьковольтні модулі живлення.
Магнітні намистини з чіпами:Схеми генерації тактових імпульсів, фільтрація між аналоговими та цифровими схемами, внутрішні роз'єми вводу/виводу (такі як послідовні порти, паралельні порти, клавіатури, миші, далекобійний зв'язок, локальні мережі), радіочастотні схеми та логічні пристрої, чутливі до перешкод, фільтрація високочастотних кондуктивних перешкод у схемах живлення, комп'ютерах, принтерах, відеомагнітофонах (VCRS), придушення електромагнітних перешкод у телевізійних системах та мобільних телефонах.
Одиницею вимірювання магнітної намистини є Ом, оскільки одиницею магнітної намистини є номінальний імпеданс, який вона створює на певній частоті, а одиницею імпедансу також є Ом.
У ДАНИХ магнітних намистинок зазвичай наведено частотні та імпедансні характеристики кривої, зазвичай 100 МГц як стандарт, наприклад, коли частота 100 МГц еквівалентна імпедансу магнітних намистинок 1000 Ом.
Для діапазону частот, який ми хочемо фільтрувати, нам потрібно вибрати, чим більший імпеданс магнітної намистини, тим краще, зазвичай вибирають імпеданс 600 Ом або більше.
Крім того, під час вибору магнітних намистин необхідно звертати увагу на магнитний потік магнітних намистин, який зазвичай потрібно знизити на 80%, а також слід враховувати вплив імпедансу постійного струму на падіння напруги при використанні в силових колах.
Час публікації: 24 липня 2023 р.
