A szűrőkondenzátorok, a közös módusú induktorok és a mágneses gyöngyök gyakori alakzatok az EMC-tervező áramkörökben, és három hatékony eszközt jelentenek az elektromágneses interferencia kiküszöbölésére.
Úgy vélem, hogy e három áramkörben betöltött szerepét sok mérnök nem érti, a cikk a három EMC legélesebb kiküszöbölésének elvének részletes elemzését tartalmazza.
1. Szűrőkondenzátor
Bár a kondenzátor rezonanciája a nagyfrekvenciás zaj kiszűrése szempontjából nemkívánatos, a kondenzátor rezonanciája nem mindig káros.
Amikor a szűrendő zaj frekvenciáját meghatároztuk, a kondenzátor kapacitása úgy állítható be, hogy a rezonanciapont éppen a zavarfrekvenciára essen.
A gyakorlati mérnöki munkában a szűrendő elektromágneses zaj frekvenciája gyakran eléri a több száz MHz-et, vagy akár az 1 GHz-et is. Az ilyen nagyfrekvenciás elektromágneses zajok hatékony szűréséhez átmenőmagos kondenzátorra van szükség.
A hagyományos kondenzátorok két okból nem képesek hatékonyan kiszűrni a nagyfrekvenciás zajokat:
(1) Az egyik ok az, hogy a kondenzátorvezeték induktivitása kondenzátorrezonanciát okoz, ami nagy impedanciát jelent a nagyfrekvenciás jel számára, és gyengíti a nagyfrekvenciás jel bypass hatását;
(2) Egy másik ok a nagyfrekvenciás jelet csatoló vezetékek közötti parazita kapacitás, ami csökkenti a szűrési hatást.
Az átmenőmagos kondenzátor azért képes hatékonyan kiszűrni a nagyfrekvenciás zajt, mert az átmenőmagos kondenzátor nemcsak hogy nem küzd azzal a problémával, hogy a vezeték induktivitása miatt a kondenzátor rezonanciafrekvenciája túl alacsony legyen.
Az átmenőmagos kondenzátor közvetlenül a fémlapra szerelhető, így a fémlap nagyfrekvenciás leválasztást biztosít. Az átmenőmagos kondenzátor használatakor azonban a telepítéssel kell foglalkozni.
Az átmenőmagos kondenzátor legnagyobb gyengesége a magas hőmérséklettől és a hőmérsékleti hatásoktól való félelem, ami nagy nehézségeket okoz az átmenőmagos kondenzátor fémlemezhez hegesztésekor.
Sok kondenzátor megsérül hegesztés közben. Különösen akkor, ha nagyszámú magkondenzátort kell a panelre telepíteni, amíg sérülés van, nehéz javítani, mert a sérült kondenzátor eltávolításakor a közeli többi kondenzátor is károsodhat.
2. Közös módusú induktivitás
Mivel az EMC-vel kapcsolatos problémák többnyire a közös módusú interferencia, a közös módusú induktorok a leggyakrabban használt nagy teljesítményű alkatrészeink közé tartoznak.
A közös módusú induktor egy ferritmaggal ellátott közös módusú interferencia-elnyomó eszköz, amely két azonos méretű és menetszámú tekercsből áll, amelyek szimmetrikusan tekercselnek ugyanazon a ferritgyűrűs mágneses magra, így egy négypólusú eszközt alkotnak, amely nagy induktivitás-elnyomási hatással rendelkezik a közös módusú jelre, és kis szivárgási induktivitással a differenciálmódusú jelre.
Az elv az, hogy amikor a közös módusú áram folyik, a mágneses gyűrűben lévő mágneses fluxus egymásra rakódik, így jelentős induktivitással rendelkezik, ami gátolja a közös módusú áramot, és amikor a két tekercsben differenciálmódusú áram folyik át, a mágneses gyűrűben lévő mágneses fluxus kioltja egymást, és szinte nincs induktivitás, így a differenciálmódusú áram csillapítás nélkül áthaladhat.
Ezért a közös módú induktor hatékonyan elnyomhatja a közös módú interferenciajelet a kiegyensúlyozott vonalon, de nincs hatással a differenciálmódú jel normál átvitelére.
A közös módusú induktoroknak a gyártásuk során a következő követelményeknek kell megfelelniük:
(1) A tekercsmagra tekercselt vezetékeket szigetelni kell, hogy a pillanatnyi túlfeszültség hatására ne legyen rövidzárlat a tekercs menetei között;
(2) Amikor a tekercs átfolyik a pillanatnyi nagy áramon, a mágneses magnak nem szabad telítődnie;
(3) A tekercsben lévő mágneses magot el kell szigetelni a tekercstől, hogy megakadályozzuk a kettő közötti átütést a pillanatnyi túlfeszültség hatására;
(4) A tekercset amennyire csak lehetséges egyetlen rétegben kell feltekerni, hogy csökkentsük a tekercs parazita kapacitását és javítsuk a tekercs átmeneti túlfeszültség-átviteli képességét.
Normál körülmények között, miközben odafigyelünk a szűréshez szükséges frekvenciasáv kiválasztására, minél nagyobb a közös módú impedancia, annál jobb, ezért a közös módú induktor kiválasztásakor az eszköz adatait kell figyelembe vennünk, főként az impedancia-frekvenciagörbe szerint.
Ezenkívül a kiválasztás során figyeljen a differenciálmód impedanciájának a jelre gyakorolt hatására, főként a differenciálmód impedanciára összpontosítva, különös tekintettel a nagysebességű portokra.
3. Mágneses gyöngy
A digitális áramkörök EMC-tervezési folyamatában gyakran használunk mágneses gyöngyöket. A ferrit anyag vas-magnézium ötvözet vagy vas-nikkel ötvözet. Ez az anyag nagy mágneses permeabilitással rendelkezik, és nagy frekvencia és nagy ellenállás esetén a tekercs tekercselése között induktorként működhet, minimális kapacitást generálva.
A ferrit anyagokat általában magas frekvenciákon használják, mivel alacsony frekvenciákon fő induktivitási jellemzőik miatt a vezetéken fellépő veszteség nagyon kicsi. Magas frekvenciákon főként reaktancia-karakterisztikai arányok, és a frekvenciával változnak. A gyakorlati alkalmazásokban a ferrit anyagokat nagyfrekvenciás csillapítóként használják rádiófrekvenciás áramkörökben.
Valójában a ferrit jobban egyenértékű az ellenállás és az induktivitás párhuzamos kapcsolásával, az ellenállást alacsony frekvencián az induktor rövidre zárja, és az induktor impedanciája magas frekvencián meglehetősen magas lesz, így az áram teljes egészében az ellenálláson halad át.
A ferrit egy energiafogyasztó eszköz, amelyen a nagyfrekvenciás energia hőenergiává alakul, amit az elektromos ellenállási jellemzői határoznak meg. A ferrit mágneses gyöngyök jobb nagyfrekvenciás szűrési jellemzőkkel rendelkeznek, mint a hagyományos induktorok.
A ferrit magas frekvenciákon ellenállást mutat, ami egy nagyon alacsony minőségi tényezőjű induktornak felel meg, így széles frekvenciatartományban képes nagy impedanciát fenntartani, ezáltal javítva a nagyfrekvenciás szűrés hatékonyságát.
Az alacsony frekvenciasávban az impedancia az induktivitásból tevődik össze. Alacsony frekvencián az R nagyon kicsi, és a mag mágneses permeabilitása magas, ezért az induktivitás nagy. Az L fontos szerepet játszik, és az elektromágneses interferenciát a visszaverődés csillapítja. Ebben az esetben a mágneses mag vesztesége kicsi, az egész eszköz alacsony veszteségű, az induktor magas Q-karakterisztikával rendelkezik, és az induktor könnyen rezonanciát okozhat, így az alacsony frekvenciasávban néha fokozott interferencia léphet fel ferrit mágnesgyöngyök használata után.
A nagyfrekvenciás sávban az impedancia ellenálláskomponensekből tevődik össze. A frekvencia növekedésével a mágneses mag permeabilitása csökken, ami az induktor induktivitásának és az induktív reaktanciakomponens csökkenéséhez vezet.
Ekkor azonban a mágneses mag vesztesége megnő, az ellenálláskomponens megnő, ami a teljes impedancia növekedését eredményezi, és amikor a nagyfrekvenciás jel áthalad a ferriten, az elektromágneses interferencia elnyelődik és hőelvezetés formájában alakul át.
A ferrit zavarszűrő alkatrészeket széles körben használják nyomtatott áramköri lapokban, tápvezetékekben és adatvezetékekben. Például egy ferrit zavarszűrő elemet helyeznek a nyomtatott áramköri lap tápkábelének bemeneti végéhez a nagyfrekvenciás interferencia kiszűrésére.
A ferrit mágneses gyűrűt vagy mágneses gyöngyöt kifejezetten a nagyfrekvenciás interferencia és a csúcsinterferencia elnyomására használják jelvezetékeken és tápvezetékeken, valamint képesek elnyelni az elektrosztatikus kisülés impulzus interferenciáját. A chip mágneses gyöngyök vagy chip induktorok használata elsősorban a gyakorlati alkalmazástól függ.
A chip induktorokat rezonáns áramkörökben használják. Amikor a felesleges EMI zajt ki kell küszöbölni, a chip mágneses gyöngyök használata a legjobb választás.
Chip mágneses gyöngyök és chip induktorok alkalmazása
Chip induktorok:Rádiófrekvenciás (RF) és vezeték nélküli kommunikáció, informatikai berendezések, radardetektorok, autóipari elektronikai cikkek, mobiltelefonok, személyhívók, audioberendezések, személyi digitális asszisztensek (PDA-k), vezeték nélküli távirányító rendszerek és kisfeszültségű tápegység modulok.
Chip mágneses gyöngyök:Órajel-generáló áramkörök, analóg és digitális áramkörök közötti szűrés, belső I/O bemeneti/kimeneti csatlakozók (például soros portok, párhuzamos portok, billentyűzetek, egerek, távolsági telekommunikáció, helyi hálózatok), interferenciára érzékeny RF áramkörök és logikai eszközök, nagyfrekvenciás vezetett interferencia szűrése tápegységi áramkörökben, számítógépekben, nyomtatókban, videorögzítőkben (VCRS), EMI zajszűrés televíziós rendszerekben és mobiltelefonokban.
A mágneses gyöngy mértékegysége ohm, mivel a mágneses gyöngy mértékegysége névleges az adott frekvencián előállított impedanciának megfelelően, és az impedancia mértékegysége is ohm.
A mágneses gyöngy ADATLAPJA általában a görbe frekvencia- és impedanciajellemzőit tartalmazza, általában 100 MHz-et szabványként, például 100 MHz frekvencián a mágneses gyöngy impedanciája 1000 ohmnak felel meg.
A szűrni kívánt frekvenciasávhoz minél nagyobb a mágneses gyöngy impedanciája, annál jobb, általában 600 ohmos vagy nagyobb impedanciát választunk.
Ezenkívül a mágneses gyöngyök kiválasztásakor figyelni kell a mágneses gyöngyök fluxusára, amelyet általában 80%-kal kell csökkenteni, és az egyenáramú impedancia feszültségesésre gyakorolt hatását is figyelembe kell venni, ha azokat áramkörökben használják.
Közzététel ideje: 2023. július 24.
