Οι πυκνωτές φίλτρου, οι επαγωγείς κοινής λειτουργίας και τα μαγνητικά σφαιρίδια είναι κοινά στοιχεία στα κυκλώματα σχεδίασης EMC και είναι επίσης τρία ισχυρά εργαλεία για την εξάλειψη των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών.
Για το ρόλο αυτών των τριών στο κύκλωμα, πιστεύω ότι υπάρχουν πολλοί μηχανικοί δεν καταλαβαίνουν, το άρθρο από το σχεδιασμό μιας λεπτομερούς ανάλυσης της αρχής της εξάλειψης των τριών EMC πιο απότομη.
1.Πυκνωτής φίλτρου
Αν και ο συντονισμός του πυκνωτή είναι ανεπιθύμητος από την άποψη του φιλτραρίσματος του θορύβου υψηλής συχνότητας, ο συντονισμός του πυκνωτή δεν είναι πάντα επιβλαβής.
Όταν καθοριστεί η συχνότητα του προς φιλτράρισμα θορύβου, η χωρητικότητα του πυκνωτή μπορεί να ρυθμιστεί έτσι ώστε το σημείο συντονισμού να πέφτει ακριβώς στη συχνότητα διαταραχής.
Στην πρακτική μηχανική, η συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού θορύβου που πρέπει να φιλτράρεται είναι συχνά τόσο υψηλή όσο εκατοντάδες MHz ή ακόμη και μεγαλύτερη από 1 GHz. Για τέτοιου είδους ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο υψηλής συχνότητας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ένας πυκνωτής διαμπερούς πυρήνα για αποτελεσματικό φιλτράρισμα.
Ο λόγος για τον οποίο οι συνηθισμένοι πυκνωτές δεν μπορούν να φιλτράρουν αποτελεσματικά τον θόρυβο υψηλής συχνότητας οφείλεται σε δύο λόγους:
(1) Ένας λόγος είναι ότι η επαγωγή του καλωδίου πυκνωτή προκαλεί συντονισμό πυκνωτή, ο οποίος παρουσιάζει μεγάλη σύνθετη αντίσταση στο σήμα υψηλής συχνότητας και αποδυναμώνει το φαινόμενο παράκαμψης του σήματος υψηλής συχνότητας.
(2) Ένας άλλος λόγος είναι ότι η παρασιτική χωρητικότητα μεταξύ των καλωδίων συνδέει το σήμα υψηλής συχνότητας, μειώνοντας το φαινόμενο φιλτραρίσματος.
Ο λόγος για τον οποίο ο πυκνωτής διαμπερούς πυρήνα μπορεί να φιλτράρει αποτελεσματικά τον θόρυβο υψηλής συχνότητας είναι ότι ο πυκνωτής διαμπερούς πυρήνα όχι μόνο δεν έχει το πρόβλημα ότι η αυτεπαγωγή του ηλεκτροδίου προκαλεί ότι η συχνότητα συντονισμού πυκνωτή είναι πολύ χαμηλή.
Και ο διαμπερής πυκνωτής μπορεί να εγκατασταθεί απευθείας στο μεταλλικό πάνελ, χρησιμοποιώντας το μεταλλικό πάνελ για να παίξει το ρόλο της απομόνωσης υψηλής συχνότητας. Ωστόσο, όταν χρησιμοποιείτε τον πυκνωτή διαμπερούς πυρήνα, το πρόβλημα που πρέπει να προσέξετε είναι το πρόβλημα εγκατάστασης.
Η μεγαλύτερη αδυναμία του πυκνωτή διαμπερούς πυρήνα είναι ο φόβος της επίδρασης υψηλής θερμοκρασίας και θερμοκρασίας, που προκαλεί μεγάλες δυσκολίες κατά τη συγκόλληση του πυκνωτή διαμπερούς πυρήνα στο μεταλλικό πάνελ.
Πολλοί πυκνωτές καταστρέφονται κατά τη συγκόλληση. Ειδικά όταν πρέπει να εγκατασταθεί μεγάλος αριθμός πυκνωτών πυρήνα στον πίνακα, εφόσον υπάρχει βλάβη, είναι δύσκολο να επισκευαστεί, γιατί όταν αφαιρεθεί ο κατεστραμμένος πυκνωτής, θα προκαλέσει ζημιά σε άλλους κοντινούς πυκνωτές.
2.Συνεπαγωγή κοινής λειτουργίας
Δεδομένου ότι τα προβλήματα που αντιμετωπίζει η EMC είναι ως επί το πλείστον παρεμβολές κοινής λειτουργίας, οι επαγωγείς κοινής λειτουργίας είναι επίσης ένα από τα ισχυρά εξαρτήματά μας που χρησιμοποιούνται συνήθως.
Ο επαγωγέας κοινού τρόπου λειτουργίας είναι μια συσκευή καταστολής παρεμβολών κοινής λειτουργίας με πυρήνα τον φερρίτη, η οποία αποτελείται από δύο πηνία ίδιου μεγέθους και τον ίδιο αριθμό στροφών που τυλίγονται συμμετρικά στον ίδιο μαγνητικό πυρήνα δακτυλίου φερρίτη για να σχηματιστεί μια συσκευή τεσσάρων τερματικών, η οποία έχει ένα μεγάλο αποτέλεσμα καταστολής της επαγωγής για το σήμα κοινής λειτουργίας και μια μικρή επαγωγή διαρροής για το σήμα διαφορικού τρόπου λειτουργίας.
Η αρχή είναι ότι όταν ρέει το ρεύμα κοινής λειτουργίας, η μαγνητική ροή στον μαγνητικό δακτύλιο υπερτίθεται η μία στην άλλη, έχοντας έτσι μια σημαντική επαγωγή, η οποία αναστέλλει το ρεύμα κοινής λειτουργίας, και όταν τα δύο πηνία ρέουν μέσω του ρεύματος διαφορικού τρόπου, η μαγνητική ροή στον μαγνητικό δακτύλιο ακυρώνει ο ένας τον άλλον και δεν υπάρχει σχεδόν καμία επαγωγή, επομένως το ρεύμα διαφορικής λειτουργίας μπορεί να περάσει χωρίς εξασθένηση.
Επομένως, ο επαγωγέας κοινού τρόπου λειτουργίας μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά το σήμα παρεμβολής κοινού τρόπου λειτουργίας στη γραμμή ισορροπίας, αλλά δεν έχει καμία επίδραση στην κανονική μετάδοση του σήματος διαφορικού τρόπου λειτουργίας.
Τα πηνία κοινής λειτουργίας πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις όταν κατασκευάζονται:
(1) Τα καλώδια που τυλίγονται στον πυρήνα του πηνίου πρέπει να είναι μονωμένα για να διασφαλίζεται ότι δεν υπάρχει βραχυκύκλωμα βλάβης μεταξύ των στροφών του πηνίου υπό τη δράση της στιγμιαίας υπέρτασης.
(2) Όταν το πηνίο ρέει μέσω του στιγμιαίου μεγάλου ρεύματος, ο μαγνητικός πυρήνας δεν πρέπει να είναι κορεσμένος.
(3) Ο μαγνητικός πυρήνας στο πηνίο θα πρέπει να είναι μονωμένος από το πηνίο για να αποφευχθεί η διάσπαση μεταξύ των δύο υπό τη δράση της στιγμιαίας υπέρτασης.
(4) Το πηνίο πρέπει να τυλίγεται σε ένα μόνο στρώμα όσο το δυνατόν περισσότερο, έτσι ώστε να μειωθεί η παρασιτική χωρητικότητα του πηνίου και να ενισχυθεί η ικανότητα του πηνίου να μεταδίδει παροδική υπέρταση.
Υπό κανονικές συνθήκες, ενώ δίνουμε προσοχή στην επιλογή της ζώνης συχνοτήτων που απαιτείται για το φιλτράρισμα, όσο μεγαλύτερη είναι η σύνθετη αντίσταση κοινής λειτουργίας, τόσο το καλύτερο, επομένως πρέπει να εξετάσουμε τα δεδομένα της συσκευής κατά την επιλογή του επαγωγέα κοινής λειτουργίας, κυρίως σύμφωνα με καμπύλη συχνότητας αντίστασης.
Επιπλέον, κατά την επιλογή, δώστε προσοχή στην επίδραση της σύνθετης αντίστασης διαφορικής λειτουργίας στο σήμα, εστιάζοντας κυρίως στην σύνθετη αντίσταση διαφορικής λειτουργίας, ιδιαίτερα στις θύρες υψηλής ταχύτητας.
3.Μαγνητική χάντρα
Στη διαδικασία σχεδιασμού EMC ψηφιακού κυκλώματος προϊόντος, χρησιμοποιούμε συχνά μαγνητικά σφαιρίδια, το υλικό φερρίτη είναι κράμα σιδήρου-μαγνήσιου ή κράμα σιδήρου-νικελίου, αυτό το υλικό έχει υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, μπορεί να είναι ο επαγωγέας μεταξύ της περιέλιξης του πηνίου σε περίπτωση υψηλής ελάχιστη δημιουργούμενη χωρητικότητα συχνότητας και υψηλής αντίστασης.
Τα υλικά φερρίτη χρησιμοποιούνται συνήθως σε υψηλές συχνότητες, επειδή στις χαμηλές συχνότητες τα κύρια χαρακτηριστικά επαγωγής τους καθιστούν την απώλεια στη γραμμή πολύ μικρή. Στις υψηλές συχνότητες, είναι κυρίως χαρακτηριστικοί λόγοι αντίδρασης και μεταβάλλονται με τη συχνότητα. Σε πρακτικές εφαρμογές, τα υλικά φερρίτη χρησιμοποιούνται ως εξασθενητές υψηλής συχνότητας για κυκλώματα ραδιοσυχνοτήτων.
Στην πραγματικότητα, ο φερρίτης είναι καλύτερα ισοδύναμος με τον παράλληλο αντίστασης και αυτεπαγωγής, η αντίσταση βραχυκυκλώνεται από τον επαγωγέα σε χαμηλή συχνότητα και η σύνθετη αντίσταση του επαγωγέα γίνεται αρκετά υψηλή σε υψηλή συχνότητα, έτσι ώστε το ρεύμα να περνάει από την αντίσταση.
Ο φερρίτης είναι μια καταναλωτική συσκευή στην οποία η ενέργεια υψηλής συχνότητας μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, η οποία καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά ηλεκτρικής αντίστασής του. Τα μαγνητικά σφαιρίδια φερρίτη έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά φιλτραρίσματος υψηλής συχνότητας από τα συνηθισμένα επαγωγικά.
Ο φερρίτης είναι ανθεκτικός σε υψηλές συχνότητες, ισοδύναμος με έναν επαγωγέα με πολύ χαμηλό παράγοντα ποιότητας, επομένως μπορεί να διατηρήσει υψηλή σύνθετη αντίσταση σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση του φιλτραρίσματος υψηλής συχνότητας.
Στη ζώνη χαμηλής συχνότητας, η σύνθετη αντίσταση αποτελείται από επαγωγή. Σε χαμηλή συχνότητα, το R είναι πολύ μικρό και η μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα είναι υψηλή, επομένως η επαγωγή είναι μεγάλη. Το L παίζει σημαντικό ρόλο και οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές καταστέλλονται από την ανάκλαση. Και αυτή τη στιγμή, η απώλεια του μαγνητικού πυρήνα είναι μικρή, ολόκληρη η συσκευή έχει χαμηλή απώλεια, υψηλά χαρακτηριστικά Q του επαγωγέα, αυτός ο επαγωγέας είναι εύκολο να προκαλέσει συντονισμό, επομένως στη ζώνη χαμηλής συχνότητας, μερικές φορές μπορεί να υπάρχουν ενισχυμένες παρεμβολές μετά τη χρήση μαγνητικών σφαιριδίων φερρίτη.
Στη ζώνη υψηλής συχνότητας, η σύνθετη αντίσταση αποτελείται από στοιχεία αντίστασης. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα, η διαπερατότητα του μαγνητικού πυρήνα μειώνεται, με αποτέλεσμα τη μείωση της επαγωγής του επαγωγέα και τη μείωση της συνιστώσας επαγωγικής αντίδρασης.
Ωστόσο, αυτή τη στιγμή, η απώλεια του μαγνητικού πυρήνα αυξάνεται, η συνιστώσα αντίστασης αυξάνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση της συνολικής σύνθετης αντίστασης και όταν το σήμα υψηλής συχνότητας διέρχεται από τον φερρίτη, η ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή απορροφάται και μετατρέπεται στη μορφή της απαγωγής θερμότητας.
Τα εξαρτήματα καταστολής φερρίτη χρησιμοποιούνται ευρέως σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, ηλεκτρικές γραμμές και γραμμές δεδομένων. Για παράδειγμα, ένα στοιχείο καταστολής φερρίτη προστίθεται στο άκρο εισόδου του καλωδίου τροφοδοσίας της τυπωμένης πλακέτας για να φιλτράρει τις παρεμβολές υψηλής συχνότητας.
Ο μαγνητικός δακτύλιος ή το μαγνητικό σφαιρίδιο φερρίτη χρησιμοποιείται ειδικά για την καταστολή των παρεμβολών υψηλής συχνότητας και της αιχμής παρεμβολής σε γραμμές σήματος και γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας και έχει επίσης την ικανότητα να απορροφά παρεμβολές παλμών ηλεκτροστατικής εκφόρτισης. Η χρήση μαγνητικών σφαιριδίων τσιπ ή επαγωγών τσιπ εξαρτάται κυρίως από την πρακτική εφαρμογή.
Οι επαγωγείς τσιπ χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα συντονισμού. Όταν πρέπει να εξαλειφθεί ο περιττός θόρυβος EMI, η χρήση μαγνητικών σφαιριδίων είναι η καλύτερη επιλογή.
Εφαρμογή μαγνητικών σφαιριδίων τσιπ και επαγωγών τσιπ
Επαγωγείς τσιπ:Ραδιοσυχνότητες (RF) και ασύρματες επικοινωνίες, εξοπλισμός τεχνολογίας πληροφοριών, ανιχνευτές ραντάρ, ηλεκτρονικά αυτοκινήτων, κινητά τηλέφωνα, συσκευές τηλεειδοποίησης, εξοπλισμός ήχου, προσωπικοί ψηφιακοί βοηθοί (PDA), ασύρματα συστήματα τηλεχειρισμού και μονάδες τροφοδοσίας χαμηλής τάσης.
Τσιπ μαγνητικές χάντρες:Κυκλώματα παραγωγής ρολογιού, φιλτράρισμα μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών κυκλωμάτων, εσωτερικές υποδοχές εισόδου/εξόδου (όπως σειριακές θύρες, παράλληλες θύρες, πληκτρολόγια, ποντίκια, τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, τοπικά δίκτυα), κυκλώματα ραδιοσυχνοτήτων και λογικές συσκευές επιρρεπείς σε παρεμβολές, φιλτράρισμα παρεμβολών υψηλής συχνότητας σε κυκλώματα τροφοδοσίας, υπολογιστές, εκτυπωτές, συσκευές εγγραφής βίντεο (VCRS), καταστολή θορύβου EMI σε συστήματα τηλεόρασης και κινητά τηλέφωνα.
Η μονάδα του μαγνητικού σφαιριδίου είναι ohms, επειδή η μονάδα του μαγνητικού σφαιριδίου είναι ονομαστική σύμφωνα με την αντίσταση που παράγει σε μια ορισμένη συχνότητα, και η μονάδα σύνθετης αντίστασης είναι επίσης ohms.
Το μαγνητικό σφαιρίδιο DATASHEET θα παρέχει γενικά τα χαρακτηριστικά συχνότητας και σύνθετης αντίστασης της καμπύλης, γενικά 100 MHz ως πρότυπο, για παράδειγμα, όταν η συχνότητα των 100 MHz όταν η σύνθετη αντίσταση του μαγνητικού σφαιριδίου είναι ισοδύναμη με 1000 ohms.
Για τη ζώνη συχνοτήτων που θέλουμε να φιλτράρουμε, πρέπει να επιλέξουμε όσο μεγαλύτερη είναι η σύνθετη αντίσταση του μαγνητικού σφαιριδίου, τόσο το καλύτερο, επιλέγουμε συνήθως σύνθετη αντίσταση 600 ohm ή περισσότερο.
Επιπλέον, κατά την επιλογή μαγνητικών σφαιριδίων, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στη ροή των μαγνητικών σφαιριδίων, η οποία γενικά πρέπει να μειωθεί κατά 80%, και η επίδραση της σύνθετης αντίστασης DC στην πτώση τάσης πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν χρησιμοποιείται σε κυκλώματα ισχύος.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Ιουλίου 2023
