Filterkondensatorer, common-mode-induktorer och magnetiska pärlor är vanliga figurer i EMC-designkretsar, och är också tre kraftfulla verktyg för att eliminera elektromagnetisk störning.
Jag tror att många ingenjörer inte förstår vilken roll dessa tre spelar i kretsen. Artikeln har gjort en detaljerad analys av principen för att eliminera de tre skarpaste EMC-utsläppen.
1. Filterkondensator
Även om kondensatorns resonans är oönskad ur synvinkeln att filtrera bort högfrekvent brus, är kondensatorns resonans inte alltid skadlig.
När frekvensen för det brus som ska filtreras är bestämd kan kondensatorns kapacitet justeras så att resonanspunkten precis faller på störningsfrekvensen.
Inom praktisk ingenjörskonst är frekvensen för elektromagnetiskt brus som ska filtreras ofta så hög som hundratals MHz, eller till och med mer än 1 GHz. För sådant högfrekvent elektromagnetiskt brus är det nödvändigt att använda en genomgående kondensator för att effektivt filtrera bort det.
Anledningen till att vanliga kondensatorer inte effektivt kan filtrera bort högfrekvent brus är på grund av två skäl:
(1) En anledning är att induktansen hos kondensatorledningen orsakar kondensatorresonans, vilket ger en stor impedans för högfrekvenssignalen och försvagar bypasseffekten av högfrekvenssignalen;
(2) En annan anledning är att den parasitiska kapacitansen mellan ledningarna kopplar högfrekvenssignalen, vilket minskar filtreringseffekten.
Anledningen till att en genomgående kondensator effektivt kan filtrera bort högfrekvent brus är att den genomgående kondensatorn inte bara inte har problemet att blyinduktansen orsakar att kondensatorns resonansfrekvens är för låg.
Och genomgående kondensatorer kan installeras direkt på metallpanelen, med hjälp av metallpanelen för att fungera som högfrekvensisolering. Men när man använder genomgående kondensatorer är problemet att vara uppmärksam på installationsproblemet.
Den största svagheten hos genomgående kondensatorer är rädslan för hög temperatur och temperaturpåverkan, vilket orsakar stora svårigheter vid svetsning av genomgående kondensatorer till metallpanelen.
Många kondensatorer skadas under svetsning. Speciellt när ett stort antal kärnkondensatorer behöver installeras på panelen, så länge det finns en skada, är det svårt att reparera, eftersom när den skadade kondensatorn tas bort kommer det att orsaka skador på andra närliggande kondensatorer.
2. Vanlig induktans
Eftersom de problem som EMC står inför främst är common mode-störningar, är common mode-induktorer också en av våra vanligt förekommande kraftfulla komponenter.
Common mode-induktorn är en common mode-störningsdämpningsanordning med ferrit som kärna, som består av två spolar av samma storlek och samma antal varv symmetriskt lindade på samma ferritringmagnetkärna för att bilda en fyrterminalsanordning, som har en stor induktansdämpningseffekt för common mode-signalen och en liten läckinduktans för differential mode-signalen.
Principen är att när common mode-strömmen flyter, överlagras magnetflödet i magnetringen av varandra, vilket ger en avsevärd induktans, vilket hämmar common mode-strömmen. När de två spolarna flyter genom differential mode-strömmen, utjämnar magnetflödet i magnetringen varandra, och det finns nästan ingen induktans, så differential mode-strömmen kan passera utan dämpning.
Därför kan common mode-induktorn effektivt undertrycka common mode-interferenssignalen i den balanserade linjen, men har ingen effekt på den normala överföringen av differentialmodesignalen.
Common mode-induktorer bör uppfylla följande krav när de tillverkas:
(1) Ledningarna som är lindade på spolkärnan bör isoleras för att säkerställa att det inte uppstår någon kortslutning mellan spolens varv vid inverkan av omedelbar överspänning;
(2) När spolen flyter genom den momentana stora strömmen, bör den magnetiska kärnan inte vara mättad;
(3) Magnetkärnan i spolen bör isoleras från spolen för att förhindra genombrott mellan de två vid inverkan av momentan överspänning;
(4) Spolen bör lindas i ett enda lager så långt som möjligt för att minska spolens parasitiska kapacitans och förbättra spolens förmåga att överföra transienta överspänningar.
Under normala omständigheter, samtidigt som man är uppmärksam på valet av frekvensband som krävs för filtrering, ju större common-mode-impedansen är, desto bättre. Därför måste vi titta på enhetsdata när vi väljer common-mode-induktorn, huvudsakligen enligt impedansfrekvenskurvan.
Dessutom, när du väljer, var uppmärksam på effekten av differentialmodimpedans på signalen, främst med fokus på differentialmodimpedans, särskilt med uppmärksamhet på höghastighetsportar.
3. Magnetisk pärla
I EMC-designprocessen för digitala produktkretsar använder vi ofta magnetiska pärlor. Ferritmaterialet är en järn-magnesiumlegering eller järn-nickellegering. Detta material har hög magnetisk permeabilitet och kan användas som induktor mellan spolarnas lindningar vid hög frekvens och hög resistans, vilket genererar minimal kapacitans.
Ferritmaterial används vanligtvis vid höga frekvenser, eftersom deras huvudsakliga induktansegenskaper vid låga frekvenser gör att förlusten på linjen är mycket liten. Vid höga frekvenser är de huvudsakligen reaktanskarakteristikförhållandena och ändras med frekvensen. I praktiska tillämpningar används ferritmaterial som högfrekventa dämpare för radiofrekvenskretsar.
Faktum är att ferrit bättre motsvarar parallellen mellan resistans och induktans, resistansen kortsluts av induktorn vid låg frekvens, och induktorimpedansen blir ganska hög vid hög frekvens, så att all ström passerar genom resistansen.
Ferrit är en förbrukande anordning där högfrekvent energi omvandlas till värmeenergi, vilket bestäms av dess elektriska resistansegenskaper. Ferritmagnetiska pärlor har bättre högfrekventa filtreringsegenskaper än vanliga induktorer.
Ferrit är resistiv vid höga frekvenser, motsvarande en induktor med en mycket låg kvalitetsfaktor, så den kan bibehålla en hög impedans över ett brett frekvensområde, vilket förbättrar effektiviteten hos högfrekvensfiltrering.
I lågfrekvensbandet består impedansen av induktans. Vid låg frekvens är R mycket liten, och kärnans magnetiska permeabilitet är hög, så induktansen är stor. L spelar en viktig roll, och elektromagnetisk störning undertrycks genom reflektion. Och vid denna tidpunkt är förlusten i den magnetiska kärnan liten, hela enheten har låg förlust, höga Q-egenskaper hos induktorn, denna induktor är lätt att orsaka resonans, så i lågfrekvensbandet kan det ibland uppstå förstärkt störning efter användning av ferritmagnetiska pärlor.
I högfrekvensbandet består impedansen av resistanskomponenter. När frekvensen ökar minskar den magnetiska kärnans permeabilitet, vilket resulterar i en minskning av induktorns induktans och en minskning av den induktiva reaktanskomponenten.
Emellertid ökar förlusten av den magnetiska kärnan vid denna tidpunkt, resistanskomponenten ökar, vilket resulterar i en ökning av den totala impedansen, och när högfrekvenssignalen passerar genom ferriten absorberas den elektromagnetiska störningen och omvandlas till form av värmeavledning.
Ferritdämpningskomponenter används ofta i kretskort, kraftledningar och dataledningar. Till exempel läggs ett ferritdämpningselement till ingångsänden på nätsladden till kretskortet för att filtrera bort högfrekventa störningar.
Ferritmagnetiska ringar eller magnetiska pärlor används speciellt för att undertrycka högfrekventa störningar och toppstörningar på signalledningar och kraftledningar, och de har också förmågan att absorbera elektrostatiska urladdningspulsstörningar. Användningen av chipmagnetiska pärlor eller chipinduktorer beror huvudsakligen på den praktiska tillämpningen.
Chipinduktorer används i resonanskretsar. När onödigt EMI-brus behöver elimineras är användningen av chipmagnetiska pärlor det bästa valet.
Tillämpning av chipmagnetiska pärlor och chipinduktorer
Chipinduktorer:Radiofrekvens (RF) och trådlös kommunikation, informationsteknologisk utrustning, radardetektorer, fordonselektronik, mobiltelefoner, personsökare, ljudutrustning, personliga digitala assistenter (PDA), trådlösa fjärrkontrollsystem och lågspänningsströmförsörjningsmoduler.
Magnetiska pärlor med chip:Klockgenererande kretsar, filtrering mellan analoga och digitala kretsar, interna I/O-ingångar/utgångar (såsom seriella portar, parallella portar, tangentbord, möss, långdistanskommunikation, lokala nätverk), RF-kretsar och logikkomponenter som är känsliga för störningar, filtrering av högfrekventa ledningsbundna störningar i strömförsörjningskretsar, datorer, skrivare, videoinspelare (VCRS), EMI-brusdämpning i TV-system och mobiltelefoner.
Enheten för den magnetiska pärlan är ohm, eftersom enheten för den magnetiska pärlan är nominell i enlighet med impedansen den producerar vid en viss frekvens, och enheten för impedans är också ohm.
DATABLADET för den magnetiska pärlan anger generellt frekvens- och impedansegenskaperna för kurvan, vanligtvis 100 MHz som standard, till exempel när frekvensen är 100 MHz när impedansen hos den magnetiska pärlan motsvarar 1000 ohm.
För det frekvensband vi vill filtrera måste vi välja att ju större impedansen på den magnetiska pärlan är, desto bättre, vanligtvis väljer vi 600 ohms impedans eller mer.
Dessutom, när man väljer magnetiska pärlor, är det nödvändigt att vara uppmärksam på flödet av magnetiska pärlor, vilket generellt behöver nedgraderas med 80%, och DC-impedansens inverkan på spänningsfallet bör beaktas vid användning i kraftkretsar.
Publiceringstid: 24 juli 2023
