Els condensadors de filtre, els inductors de mode comú i les perles magnètiques són figures habituals en els circuits de disseny EMC, i també són tres eines potents per eliminar les interferències electromagnètiques.
Pel que fa al paper d'aquests tres en el circuit, crec que hi ha molts enginyers que no entenen, l'article del disseny d'una anàlisi detallada del principi d'eliminació dels tres EMC més nítids.
1. Condensador de filtre
Tot i que la ressonància del condensador no és desitjable des del punt de vista del filtratge del soroll d'alta freqüència, la ressonància del condensador no sempre és perjudicial.
Quan es determina la freqüència del soroll que s'ha de filtrar, es pot ajustar la capacitat del condensador de manera que el punt de ressonància caigui just a la freqüència de pertorbació.
En enginyeria pràctica, la freqüència del soroll electromagnètic que s'ha de filtrar sovint arriba als centenars de MHz, o fins i tot més d'1 GHz. Per a aquest soroll electromagnètic d'alta freqüència, cal utilitzar un condensador de nucli per filtrar-lo eficaçment.
El motiu pel qual els condensadors ordinaris no poden filtrar eficaçment el soroll d'alta freqüència és degut a dues raons:
(1) Una de les raons és que la inductància del cable del condensador provoca una ressonància del condensador, que presenta una gran impedància al senyal d'alta freqüència i debilita l'efecte de bypass del senyal d'alta freqüència;
(2) Un altre motiu és que la condensació paràsita entre els cables acobla el senyal d'alta freqüència, cosa que redueix l'efecte de filtratge.
La raó per la qual el condensador de nucli passat pot filtrar eficaçment el soroll d'alta freqüència és que el condensador de nucli passat no només no té el problema que la inductància del plom fa que la freqüència de ressonància del condensador sigui massa baixa.
I el condensador de nucli passat es pot instal·lar directament al panell metàl·lic, utilitzant el panell metàl·lic per fer el paper d'aïllament d'alta freqüència. Tanmateix, quan s'utilitza el condensador de nucli passat, el problema a què cal parar atenció és el problema d'instal·lació.
La major debilitat del condensador de nucli passat és la por a les altes temperatures i a l'impacte de la temperatura, cosa que causa grans dificultats a l'hora de soldar el condensador de nucli passat al panell metàl·lic.
Molts condensadors es fan malbé durant la soldadura. Especialment quan cal instal·lar un gran nombre de condensadors de nucli al panell, sempre que hi hagi un dany, és difícil de reparar, ja que quan es treu el condensador danyat, es causaran danys a altres condensadors propers.
2. Inductància de mode comú
Com que els problemes als quals s'enfronta la compatibilitat electromagnètica (EMC) són principalment interferències de mode comú, els inductors de mode comú també són un dels nostres components potents d'ús comú.
L'inductor de mode comú és un dispositiu de supressió d'interferències de mode comú amb ferrita com a nucli, que consisteix en dues bobines de la mateixa mida i el mateix nombre de voltes enrotllades simètricament sobre el mateix nucli magnètic d'anell de ferrita per formar un dispositiu de quatre terminals, que té un gran efecte de supressió d'inductància per al senyal de mode comú i una petita inductància de fuita per al senyal de mode diferencial.
El principi és que quan flueix el corrent de mode comú, el flux magnètic de l'anell magnètic se superposa, tenint així una inductància considerable, que inhibeix el corrent de mode comú, i quan les dues bobines flueixen a través del corrent de mode diferencial, el flux magnètic de l'anell magnètic es cancel·la mútuament, i gairebé no hi ha inductància, de manera que el corrent de mode diferencial pot passar sense atenuació.
Per tant, l'inductor de mode comú pot suprimir eficaçment el senyal d'interferència de mode comú a la línia balancejada, però no té cap efecte sobre la transmissió normal del senyal de mode diferencial.
Els inductors de mode comú han de complir els següents requisits quan es fabriquen:
(1) Els cables enrotllats al nucli de la bobina han d'estar aïllats per garantir que no hi hagi cap curtcircuit entre les espires de la bobina sota l'acció d'una sobretensió instantània;
(2) Quan la bobina flueix a través del corrent instantani gran, el nucli magnètic no ha d'estar saturat;
(3) El nucli magnètic de la bobina ha d'estar aïllat de la bobina per evitar la ruptura entre els dos sota l'acció d'una sobretensió instantània;
(4) La bobina s'ha d'enrotllar en una sola capa en la mesura que sigui possible, per tal de reduir la capacitància paràsita de la bobina i millorar la capacitat de la bobina per transmetre sobretensions transitòries.
En circumstàncies normals, mentre es presta atenció a la selecció de la banda de freqüència necessària per filtrar, com més gran sigui la impedància de mode comú, millor, per la qual cosa cal tenir en compte les dades del dispositiu a l'hora de seleccionar l'inductor de mode comú, principalment segons la corba de freqüència d'impedància.
A més, a l'hora de seleccionar, presteu atenció a l'impacte de la impedància del mode diferencial sobre el senyal, centrant-vos principalment en la impedància del mode diferencial, prestant especial atenció als ports d'alta velocitat.
3. Perla magnètica
En el procés de disseny EMC de circuits digitals de productes, sovint utilitzem perles magnètiques. El material de ferrita és un aliatge de ferro-magnesi o un aliatge de ferro-níquel. Aquest material té una alta permeabilitat magnètica i pot ser l'inductor entre l'enrotllament de la bobina en el cas d'alta freqüència i alta resistència, generant una capacitat mínima.
Els materials de ferrita s'utilitzen normalment a altes freqüències, perquè a baixes freqüències les seves principals característiques d'inductància fan que la pèrdua a la línia sigui molt petita. A altes freqüències, són principalment relacions característiques de reactància i canvien amb la freqüència. En aplicacions pràctiques, els materials de ferrita s'utilitzen com a atenuadors d'alta freqüència per a circuits de radiofreqüència.
De fet, la ferrita és millor equivalent al paral·lel de resistència i inductància, la resistència és curtcircuitada per l'inductor a baixa freqüència i la impedància de l'inductor esdevé força alta a alta freqüència, de manera que tot el corrent passa a través de la resistència.
La ferrita és un dispositiu consumidor en què l'energia d'alta freqüència es converteix en energia calorífica, que està determinada per les seves característiques de resistència elèctrica. Les perles magnètiques de ferrita tenen millors característiques de filtratge d'alta freqüència que els inductors ordinaris.
La ferrita és resistiva a altes freqüències, equivalent a un inductor amb un factor de qualitat molt baix, de manera que pot mantenir una alta impedància en un ampli rang de freqüències, millorant així l'eficiència del filtratge d'alta freqüència.
A la banda de baixa freqüència, la impedància es compon d'inductància. A baixa freqüència, R és molt petita i la permeabilitat magnètica del nucli és alta, de manera que la inductància és gran. L juga un paper important i la interferència electromagnètica es suprimeix per reflexió. I en aquest moment, la pèrdua del nucli magnètic és petita, tot el dispositiu té unes característiques de baixa pèrdua i alta Q de l'inductor, que és fàcil que aquest inductor provoqui ressonància, de manera que a la banda de baixa freqüència, de vegades hi pot haver una interferència augmentada després de l'ús de perles magnètiques de ferrita.
A la banda d'alta freqüència, la impedància es compon de components de resistència. A mesura que augmenta la freqüència, la permeabilitat del nucli magnètic disminueix, cosa que provoca una disminució de la inductància de l'inductor i una disminució del component de reactància inductiva.
Tanmateix, en aquest moment, la pèrdua del nucli magnètic augmenta, el component de resistència augmenta, cosa que provoca un augment de la impedància total i, quan el senyal d'alta freqüència passa a través de la ferrita, la interferència electromagnètica s'absorbeix i es converteix en forma de dissipació de calor.
Els components de supressió de ferrita s'utilitzen àmpliament en plaques de circuits impresos, línies elèctriques i línies de dades. Per exemple, s'afegeix un element de supressió de ferrita a l'extrem d'entrada del cable d'alimentació de la placa impresa per filtrar les interferències d'alta freqüència.
L'anell magnètic de ferrita o la perla magnètica s'utilitza especialment per suprimir les interferències d'alta freqüència i les interferències de pic en línies de senyal i línies elèctriques, i també té la capacitat d'absorbir les interferències d'impulsos de descàrrega electrostàtica. L'ús de perles magnètiques de xip o inductors de xip depèn principalment de l'aplicació pràctica.
Els inductors de xip s'utilitzen en circuits ressonants. Quan cal eliminar el soroll EMI innecessari, l'ús de perles magnètiques de xip és la millor opció.
Aplicació de perles magnètiques de xip i inductors de xip
Inductors de xip:Comunicacions de radiofreqüència (RF) i sense fil, equips de tecnologia de la informació, detectors de radar, electrònica d'automoció, telèfons mòbils, cercapersones, equips d'àudio, assistents digitals personals (PDA), sistemes de control remot sense fil i mòduls d'alimentació de baixa tensió.
Perles magnètiques de xip:Circuits generadors de rellotge, filtratge entre circuits analògics i digitals, connectors interns d'entrada/sortida d'E/S (com ara ports sèrie, ports paral·lels, teclats, ratolins, telecomunicacions de llarga distància, xarxes d'àrea local), circuits de radiofreqüència i dispositius lògics susceptibles a interferències, filtratge d'interferències conduïdes d'alta freqüència en circuits d'alimentació, ordinadors, impressores, gravadors de vídeo (VCRS), supressió de soroll EMI en sistemes de televisió i telèfons mòbils.
La unitat de la perla magnètica són els ohms, perquè la unitat de la perla magnètica és nominal d'acord amb la impedància que produeix a una determinada freqüència, i la unitat d'impedància també són els ohms.
La FITXA TECÀNICA de la perla magnètica generalment proporcionarà les característiques de freqüència i impedància de la corba, generalment 100 MHz com a estàndard, per exemple, quan la freqüència és de 100 MHz quan la impedància de la perla magnètica és equivalent a 1000 ohms.
Per a la banda de freqüència que volem filtrar, hem de triar com més gran sigui la impedància de la perla magnètica, millor, normalment triem una impedància de 600 ohms o més.
A més, a l'hora de seleccionar perles magnètiques, cal parar atenció al flux de les perles magnètiques, que generalment s'ha de reduir en un 80%, i s'ha de tenir en compte la influència de la impedància de CC en la caiguda de tensió quan s'utilitzen en circuits d'alimentació.
Data de publicació: 24 de juliol de 2023
