Filterkondensatorer, common-mode-induktorer og magnetiske perler er almindelige figurer i EMC-designkredsløb og er også tre effektive værktøjer til at eliminere elektromagnetisk interferens.
Jeg tror, at mange ingeniører ikke forstår disse tre kredsløbs roller. Artiklen har lavet en detaljeret analyse af designet af princippet om at eliminere de tre skarpeste EMC-principper.
1. Filterkondensator
Selvom kondensatorens resonans er uønsket med hensyn til at filtrere højfrekvent støj fra, er kondensatorens resonans ikke altid skadelig.
Når frekvensen af den støj, der skal filtreres, er bestemt, kan kondensatorens kapacitet justeres, så resonanspunktet netop falder på forstyrrelsesfrekvensen.
I praktisk ingeniørkunst er frekvensen af elektromagnetisk støj, der skal filtreres, ofte så høj som hundredvis af MHz eller endda mere end 1 GHz. Til sådan højfrekvent elektromagnetisk støj er det nødvendigt at bruge en gennemgående kondensator for effektivt at filtrere den fra.
Grunden til, at almindelige kondensatorer ikke effektivt kan filtrere højfrekvent støj fra, er to årsager:
(1) En årsag er, at induktansen af kondensatorledningen forårsager kondensatorresonans, hvilket giver en stor impedans for højfrekvenssignalet og svækker bypass-effekten af højfrekvenssignalet;
(2) En anden årsag er, at den parasitiske kapacitans mellem ledningerne forbinder højfrekvenssignalet, hvilket reducerer filtreringseffekten.
Grunden til, at en gennemgående kernekondensator effektivt kan filtrere højfrekvent støj fra, er, at den gennemgående kernekondensator ikke blot ikke har problemet med, at blykondaktansen forårsager, at kondensatorens resonansfrekvens er for lav.
Og gennemgangskondensatoren kan installeres direkte på metalpanelet, hvor metalpanelet fungerer som højfrekvent isolering. Når man bruger gennemgangskondensatoren, er det dog installationsproblemet, man skal være opmærksom på.
Den største svaghed ved en gennemgående kernekondensator er frygten for høj temperatur og temperaturpåvirkning, hvilket forårsager store vanskeligheder ved svejsning af gennemgående kernekondensatoren til metalpanelet.
Mange kondensatorer bliver beskadiget under svejsning. Især når et stort antal kernekondensatorer skal installeres på panelet, er det vanskeligt at reparere skaden, så længe den er beskadiget, fordi den beskadigede kondensator, når den fjernes, vil forårsage skade på andre kondensatorer i nærheden.
2. Fælles mode induktans
Da de problemer, EMC står over for, primært er common mode-interferens, er common mode-induktorer også en af vores almindeligt anvendte kraftfulde komponenter.
Common mode-induktoren er en common mode-interferensundertrykkelsesenhed med ferrit som kerne, der består af to spoler af samme størrelse og samme antal vindinger, der er symmetrisk viklet på den samme ferritringmagnetiske kerne for at danne en fireterminalenhed, der har en stor induktansundertrykkelseseffekt for common mode-signalet og en lille lækageinduktans for differential mode-signalet.
Princippet er, at når common mode-strømmen flyder, overlapper den magnetiske flux i den magnetiske ring hinanden og har dermed en betydelig induktans, som hæmmer common mode-strømmen. Når de to spoler flyder gennem differential mode-strømmen, udligner den magnetiske flux i den magnetiske ring hinanden, og der er næsten ingen induktans, så differential mode-strømmen kan passere uden dæmpning.
Derfor kan common mode-induktoren effektivt undertrykke common mode-interferenssignalet i den balancerede linje, men har ingen effekt på den normale transmission af differential mode-signalet.
Common mode-induktorer skal opfylde følgende krav, når de fremstilles:
(1) Ledningerne, der er viklet på spolens kerne, skal isoleres for at sikre, at der ikke opstår en kortslutning mellem spolens vindinger under påvirkning af øjeblikkelig overspænding;
(2) Når spolen flyder gennem den øjeblikkelige store strøm, bør den magnetiske kerne ikke være mættet;
(3) Den magnetiske kerne i spolen skal isoleres fra spolen for at forhindre gennembrud mellem de to under påvirkning af øjeblikkelig overspænding;
(4) Spolen bør vikles i et enkelt lag så vidt muligt for at reducere spolens parasitiske kapacitans og forbedre spolens evne til at overføre transient overspænding.
Under normale omstændigheder, mens man er opmærksom på valget af det frekvensbånd, der kræves til filtrering, jo større common-mode-impedansen er, desto bedre. Derfor skal vi se på enhedens data, når vi vælger common-mode-induktoren, primært i henhold til impedansfrekvenskurven.
Derudover skal du ved valg være opmærksom på virkningen af differentialmodeimpedans på signalet, primært med fokus på differentialmodeimpedans, især med fokus på højhastighedsporte.
3. Magnetisk perle
I EMC-designprocessen for digitale produktkredsløb bruger vi ofte magnetiske perler. Ferritmaterialet er en jern-magnesiumlegering eller jern-nikkellegering. Dette materiale har en høj magnetisk permeabilitet, og det kan fungere som induktoren mellem spoleviklingen i tilfælde af høj frekvens og høj modstand, hvilket genererer minimal kapacitans.
Ferritmaterialer anvendes normalt ved høje frekvenser, fordi deres primære induktansegenskaber ved lave frekvenser gør tabet på linjen meget lille. Ved høje frekvenser er de primært reaktanskarakteristikforhold og ændrer sig med frekvensen. I praktiske anvendelser anvendes ferritmaterialer som højfrekvente dæmpere til radiofrekvenskredsløb.
Faktisk er ferrit bedre ækvivalent med paralleliteten af modstand og induktans, modstanden kortsluttes af induktoren ved lav frekvens, og induktorens impedans bliver ret høj ved høj frekvens, så al strømmen passerer gennem modstanden.
Ferrit er en forbruger, hvor højfrekvent energi omdannes til varmeenergi, hvilket bestemmes af dens elektriske modstandsegenskaber. Ferritmagnetiske perler har bedre højfrekvente filtreringsegenskaber end almindelige induktorer.
Ferrit er resistiv ved høje frekvenser, svarende til en induktor med en meget lav kvalitetsfaktor, så den kan opretholde en høj impedans over et bredt frekvensområde og derved forbedre effektiviteten af højfrekvensfiltrering.
I lavfrekvensbåndet består impedansen af induktans. Ved lav frekvens er R meget lille, og kernens magnetiske permeabilitet er høj, så induktansen er stor. L spiller en vigtig rolle, og elektromagnetisk interferens undertrykkes af refleksion. Og på dette tidspunkt er tabet i den magnetiske kerne lille, hele enheden har lavt tab og høje Q-karakteristika for induktoren, hvilket let forårsager resonans i denne induktor, så der i lavfrekvensbåndet kan være forøget interferens efter brug af ferritmagnetiske perler.
I højfrekvensbåndet er impedansen sammensat af modstandskomponenter. Når frekvensen stiger, falder den magnetiske kernes permeabilitet, hvilket resulterer i et fald i induktansen af induktansen og et fald i den induktive reaktanskomponent.
På dette tidspunkt øges tabet af den magnetiske kerne imidlertid, modstandskomponenten øges, hvilket resulterer i en stigning i den samlede impedans, og når højfrekvenssignalet passerer gennem ferritten, absorberes den elektromagnetiske interferens og omdannes til form af varmeafledning.
Ferritdæmpningskomponenter anvendes i vid udstrækning i printkort, strømledninger og dataledninger. For eksempel tilføjes et ferritdæmpningselement til indgangsenden af netledningen på printkortet for at filtrere højfrekvent interferens fra.
Ferritmagnetiske ringe eller magnetiske perler bruges specielt til at undertrykke højfrekvent interferens og spidsinterferens på signalledninger og strømledninger, og de har også evnen til at absorbere elektrostatisk udladningspulsinterferens. Brugen af chipmagnetiske perler eller chipinduktorer afhænger hovedsageligt af den praktiske anvendelse.
Chipinduktorer bruges i resonanskredsløb. Når unødvendig EMI-støj skal elimineres, er brugen af chipmagnetiske perler det bedste valg.
Anvendelse af chipmagnetiske perler og chipinduktorer
Chipinduktorer:Radiofrekvens (RF) og trådløs kommunikation, informationsteknologisk udstyr, radardetektorer, bilelektronik, mobiltelefoner, personsøgere, lydudstyr, personlige digitale assistenter (PDA'er), trådløse fjernbetjeningssystemer og lavspændingsstrømforsyningsmoduler.
Chip magnetiske perler:Urgenererende kredsløb, filtrering mellem analoge og digitale kredsløb, interne I/O input/output-stik (såsom serielle porte, parallelle porte, tastaturer, mus, langdistancetelekommunikation, lokale netværk), RF-kredsløb og logiske enheder, der er modtagelige for interferens, filtrering af højfrekvent ledningsbåret interferens i strømforsyningskredsløb, computere, printere, videooptagere (VCRS), EMI-støjreduktion i tv-systemer og mobiltelefoner.
Enheden for den magnetiske perle er ohm, fordi enheden for den magnetiske perle er nominel i overensstemmelse med den impedans, den producerer ved en bestemt frekvens, og enheden for impedans også er ohm.
Databladet for den magnetiske perle vil generelt angive frekvens- og impedanskarakteristika for kurven, generelt 100 MHz som standard, for eksempel når frekvensen er 100 MHz, når impedansen af den magnetiske perle svarer til 1000 ohm.
For det frekvensbånd, vi ønsker at filtrere, skal vi vælge, jo større impedansen på den magnetiske perle er, desto bedre. Normalt skal vi vælge en impedans på 600 ohm eller mere.
Derudover er det nødvendigt at være opmærksom på fluxen af magnetiske perler, når man vælger dem, da disse generelt skal reduceres med 80%, og man bør overveje DC-impedansens indflydelse på spændingsfaldet, når de anvendes i strømkredsløb.
Opslagstidspunkt: 24. juli 2023
