Οι πυκνωτές φίλτρου, οι επαγωγείς κοινής λειτουργίας και οι μαγνητικές χάντρες είναι κοινά στοιχεία στα κυκλώματα σχεδιασμού EMC και αποτελούν επίσης τρία ισχυρά εργαλεία για την εξάλειψη των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών.
Για τον ρόλο αυτών των τριών στο κύκλωμα, πιστεύω ότι υπάρχουν πολλοί μηχανικοί που δεν καταλαβαίνουν, το άρθρο από το σχεδιασμό μιας λεπτομερούς ανάλυσης της αρχής της εξάλειψης των τριών πιο ευκρινών EMC.
1. Πυκνωτής φίλτρου
Αν και ο συντονισμός του πυκνωτή είναι ανεπιθύμητος από την άποψη του φιλτραρίσματος θορύβου υψηλής συχνότητας, ο συντονισμός του πυκνωτή δεν είναι πάντα επιβλαβής.
Όταν προσδιοριστεί η συχνότητα του θορύβου που πρόκειται να φιλτραριστεί, η χωρητικότητα του πυκνωτή μπορεί να ρυθμιστεί έτσι ώστε το σημείο συντονισμού να εμπίπτει ακριβώς στη συχνότητα διαταραχής.
Στην πρακτική μηχανική, η συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού θορύβου που πρόκειται να φιλτραριστεί είναι συχνά τόσο υψηλή όσο εκατοντάδες MHz, ή ακόμα και πάνω από 1 GHz. Για τέτοιου είδους ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο υψηλής συχνότητας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ένας πυκνωτής μέσω 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 ακροδέκτη του 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 η παρασιτική χωρητικότητα μεταξύ των καλωδίων που συνδέουν το σήμα υψηλής συχνότητας, μειώνοντας το φαινόμενο φιλτραρίσματος.
Ο λόγος για τον οποίο ο πυκνωτής μέσω πυρήνα μπορεί να φιλτράρει αποτελεσματικά τον θόρυβο υψηλής συχνότητας είναι ότι ο πυκνωτής μέσω πυρήνα όχι μόνο δεν έχει το πρόβλημα ότι η επαγωγή του ακροδέκτη προκαλεί πολύ χαμηλή συχνότητα συντονισμού του πυκνωτή.
Και ο πυκνωτής μέσω πυρήνα μπορεί να εγκατασταθεί απευθείας στο μεταλλικό πάνελ, χρησιμοποιώντας το μεταλλικό πάνελ για να παίξει τον ρόλο της απομόνωσης υψηλής συχνότητας. Ωστόσο, όταν χρησιμοποιείται ο πυκνωτής μέσω πυρήνα, το πρόβλημα στο οποίο πρέπει να δοθεί προσοχή είναι το πρόβλημα εγκατάστασης.
Η μεγαλύτερη αδυναμία του πυκνωτή διαμπερούς πυρήνα είναι ο φόβος της υψηλής θερμοκρασίας και των θερμοκρασιακών κρούσεων, γεγονός που προκαλεί μεγάλες δυσκολίες κατά τη συγκόλληση του πυκνωτή διαμπερούς πυρήνα στο μεταλλικό πλαίσιο.
Πολλοί πυκνωτές καταστρέφονται κατά τη συγκόλληση. Ειδικά όταν χρειάζεται να εγκατασταθεί μεγάλος αριθμός πυκνωτών πυρήνα στον πίνακα, εφόσον υπάρχει ζημιά, είναι δύσκολο να επισκευαστεί, επειδή όταν αφαιρεθεί ο κατεστραμμένος πυκνωτής, θα προκληθεί ζημιά σε άλλους κοντινούς πυκνωτές.
2. Επαγωγικότητα κοινής λειτουργίας
Δεδομένου ότι τα προβλήματα που αντιμετωπίζει η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) είναι κυρίως παρεμβολές κοινής λειτουργίας, οι επαγωγείς κοινής λειτουργίας είναι επίσης ένα από τα πιο ισχυρά εξαρτήματά μας που χρησιμοποιούνται συνήθως.
Ο επαγωγέας κοινής λειτουργίας είναι μια συσκευή καταστολής παρεμβολών κοινής λειτουργίας με πυρήνα φερρίτη, η οποία αποτελείται από δύο πηνία ίδιου μεγέθους και ίδιου αριθμού στροφών συμμετρικά τυλιγμένα στον ίδιο μαγνητικό πυρήνα δακτυλίου φερρίτη για να σχηματίσουν μια συσκευή τεσσάρων ακροδεκτών, η οποία έχει μεγάλο φαινόμενο καταστολής επαγωγής για το σήμα κοινής λειτουργίας και μικρή επαγωγή διαρροής για το σήμα διαφορικής λειτουργίας.
Η αρχή είναι ότι όταν ρέει το ρεύμα κοινής λειτουργίας, η μαγνητική ροή στον μαγνητικό δακτύλιο υπερτίθεται, δημιουργώντας έτσι σημαντική επαγωγή, η οποία αναστέλλει το ρεύμα κοινής λειτουργίας, και όταν τα δύο πηνία ρέουν μέσω του ρεύματος διαφορικής λειτουργίας, η μαγνητική ροή στον μαγνητικό δακτύλιο αλληλοαναιρείται και δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου επαγωγή, επομένως το ρεύμα διαφορικής λειτουργίας μπορεί να περάσει χωρίς εξασθένηση.
Επομένως, ο επαγωγέας κοινής λειτουργίας μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά το σήμα παρεμβολής κοινής λειτουργίας στην ισορροπημένη γραμμή, αλλά δεν έχει καμία επίδραση στην κανονική μετάδοση του σήματος διαφορικής λειτουργίας.
Οι επαγωγείς κοινής λειτουργίας θα πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις κατά την κατασκευή τους:
(1) Τα σύρματα που τυλίγονται στον πυρήνα του πηνίου θα πρέπει να είναι μονωμένα ώστε να διασφαλίζεται ότι δεν υπάρχει βραχυκύκλωμα διακοπής μεταξύ των στροφών του πηνίου υπό την επίδραση 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 αποτρέπεται η διακοπή μεταξύ των δύο υπό την επίδραση στιγμιαίας υπέρτασης.
(4) Το πηνίο θα πρέπει να τυλίγεται σε μία μόνο στρώση όσο το δυνατόν περισσότερο, έτσι ώστε να μειώνεται η παρασιτική χωρητικότητα του πηνίου και να ενισχύεται 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 την καμπύλη συχνότητας σύνθετης αντίστασης.
Επιπλέον, κατά την επιλογή, δώστε προσοχή στην επίδραση της σύνθετης αντίστασης διαφορικής λειτουργίας στο σήμα, εστιάζοντας κυρίως στη σύνθετη αντίσταση διαφορικής λειτουργίας, δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στις θύρες υψηλής ταχύτητας.
3. Μαγνητική χάντρα
Στη διαδικασία σχεδιασμού ψηφιακών κυκλωμάτων προϊόντων EMC, χρησιμοποιούμε συχνά μαγνητικές χάντρες, το υλικό φερρίτη είναι κράμα σιδήρου-μαγνησίου ή κράμα σιδήρου-νικελίου, αυτό το υλικό έχει υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, μπορεί να είναι ο επαγωγέας μεταξύ της περιέλιξης του πηνίου σε περίπτωση υψηλής συχνότητας και υψηλής αντίστασης που παράγεται ελάχιστη χωρητικότητα.
Τα υλικά φερρίτη χρησιμοποιούνται συνήθως σε υψηλές συχνότητες, επειδή στις χαμηλές συχνότητες τα κύρια χαρακτηριστικά επαγωγής τους καθιστούν την απώλεια στη γραμμή πολύ μικρή. Σε υψηλές συχνότητες, είναι κυρίως λόγοι χαρακτηριστικών άεργης αντίστασης και αλλάζουν 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 την παράλληλη αντίσταση και την επαγωγή, 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 διέρχεται όλο από την αντίσταση.
Ο φερρίτης είναι μια συσκευή κατανάλωσης στην οποία η ενέργεια υψηλής συχνότητας μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, η οποία καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά της ηλεκτρικής της αντίστασης. Οι μαγνητικές χάντρες φερρίτη έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά φιλτραρίσματος υψηλής συχνότητας από τους συνηθισμένους επαγωγείς.
Ο φερρίτης είναι αντιστατικός σε υψηλές συχνότητες, ισοδύναμος με έναν επαγωγέα με πολύ χαμηλό συντελεστή ποιότητας, επομένως μπορεί να διατηρήσει υψηλή σύνθετη αντίσταση σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση του φιλτραρίσματος υψηλής συχνότητας.
Στη ζώνη χαμηλών συχνοτήτων, 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 σε αυτή τη φάση, 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 χαμηλών συχνοτήτων, μερικές φορές μπορεί να υπάρξει αυξημένη παρεμβολή μετά τη χρήση μαγνητικών σφαιριδίων φερρίτη.
Στη ζώνη υψηλών συχνοτήτων, η σύνθετη αντίσταση αποτελείται από συνιστώσες αντίστασης. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα, η διαπερατότητα του μαγνητικού πυρήνα μειώνεται, με αποτέλεσμα τη μείωση της επαγωγής του επαγωγέα και τη μείωση της συνιστώσας της 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 σε μορφή απαγωγής θερμότητας.
Τα εξαρτήματα καταστολής φερρίτη χρησιμοποιούνται ευρέως σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας 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 φερρίτη ή η μαγνητική χάντρα χρησιμοποιείται ειδικά για την καταστολή των παρεμβολών υψηλής συχνότητας και των παρεμβολών κορυφής σε γραμμές σήματος και γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και έχει επίσης την ικανότητα να απορροφά παρεμβολές παλμών ηλεκτροστατικής εκκένωσης. Η χρήση μαγνητικών χαντρών τσιπ ή επαγωγέων τσιπ εξαρτάται κυρίως από την πρακτική εφαρμογή.
Οι επαγωγείς τσιπ χρησιμοποιούνται σε συντονισμένα κυκλώματα. Όταν χρειάζεται να εξαλειφθεί ο περιττός θόρυβος EMI, η χρήση μαγνητικών σφαιριδίων τσιπ είναι η καλύτερη επιλογή.
Εφαρμογή μαγνητικών σφαιριδίων τσιπ και επαγωγέων τσιπ
Επαγωγείς τσιπ:Ραδιοσυχνότητες (RF) και ασύρματες επικοινωνίες, εξοπλισμός πληροφορικής, ανιχνευτές ραντάρ, ηλεκτρονικά αυτοκινήτων, κινητά τηλέφωνα, συσκευές τηλεειδοποίησης, ηχητικός εξοπλισμός, προσωπικοί ψηφιακοί βοηθοί (PDA), ασύρματα συστήματα τηλεχειρισμού και μονάδες τροφοδοσίας χαμηλής τάσης.
Μαγνητικές χάντρες από τσιπ:Κυκλώματα παραγωγής ρολογιού, φιλτράρισμα μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών κυκλωμάτων, εσωτερικοί σύνδεσμοι εισόδου/εξόδου I/O (όπως σειριακές θύρες, παράλληλες θύρες, πληκτρολόγια, ποντίκια, τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, τοπικά δίκτυα), κυκλώματα RF και λογικές συσκευές ευαίσθητες σε παρεμβολές, φιλτράρισμα αγώγιμων παρεμβολών υψηλής συχνότητας σε κυκλώματα τροφοδοσίας, υπολογιστές, εκτυπωτές, συσκευές εγγραφής βίντεο (VCR), καταστολή θορύβου EMI σε τηλεοπτικά συστήματα και κινητά τηλέφωνα.
Η μονάδα της μαγνητικής χάντρας είναι τα ohms, επειδή η μονάδα της μαγνητικής χάντρας είναι ονομαστική σύμφωνα με την αντίσταση που παράγει σε μια ορισμένη συχνότητα, και η μονάδα αντίστασης είναι επίσης τα ohms.
Το ΦΥΛΛΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ μαγνητικής χάντρας θα παρέχει γενικά τα χαρακτηριστικά συχνότητας και σύνθετης αντίστασης της καμπύλης, γενικά 100MHz ως πρότυπο, για παράδειγμα, όταν η συχνότητα είναι 100MHz όταν η σύνθετη αντίσταση της μαγνητικής χάντρας είναι ισοδύναμη με 1000 ohms.
Για τη ζώνη συχνοτήτων που θέλουμε να φιλτράρουμε, πρέπει να επιλέξουμε όσο μεγαλύτερη είναι η σύνθετη αντίσταση της μαγνητικής χάντρας, τόσο το καλύτερο, συνήθως επιλέγουμε 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 υποβαθμιστεί κατά 80%, και θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της σύνθετης αντίστασης DC στην πτώση τάσης όταν χρησιμοποιείται σε κυκλώματα ισχύος.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Ιουλίου 2023
