Filtercondensatoren, common-mode-inductoren en magnetische kralen zijn veelvoorkomende figuren in EMC-ontwerpcircuits en zijn ook drie krachtige hulpmiddelen om elektromagnetische interferentie te elimineren.
Ik geloof dat veel ingenieurs de rol van deze drie in het circuit niet begrijpen, het artikel uit het ontwerp van een gedetailleerde analyse van het principe van het elimineren van de drie EMC-scherpste.
1.Filtercondensator
Hoewel de resonantie van de condensator ongewenst is vanuit het oogpunt van het wegfilteren van hoogfrequente ruis, is de resonantie van de condensator niet altijd schadelijk.
Wanneer de frequentie van de te filteren ruis is bepaald, kan de capaciteit van de condensator zo worden aangepast dat het resonantiepunt net op de stoorfrequentie valt.
In de praktijk is de frequentie van de te filteren elektromagnetische ruis vaak zo hoog als honderden MHz, of zelfs meer dan 1 GHz. Voor dergelijke hoogfrequente elektromagnetische ruis is het noodzakelijk een doorlopende condensator te gebruiken om deze effectief weg te filteren.
De reden waarom gewone condensatoren hoogfrequente ruis niet effectief kunnen filteren, is om twee redenen:
(1) Eén reden is dat de inductantie van de condensatorleiding condensatorresonantie veroorzaakt, die een grote impedantie voor het hoogfrequente signaal oplevert, en het bypass-effect van het hoogfrequente signaal verzwakt;
(2) Een andere reden is dat de parasitaire capaciteit tussen de draden die het hoogfrequente signaal koppelen, het filtereffect vermindert.
De reden waarom de through-core condensator hoogfrequente ruis effectief kan wegfilteren, is dat de through-core condensator niet alleen niet het probleem heeft dat de leadinductantie ervoor zorgt dat de resonantiefrequentie van de condensator te laag is.
En de through-core condensator kan direct op het metalen paneel worden geïnstalleerd, waarbij het metalen paneel de rol van hoogfrequente isolatie speelt. Bij gebruik van de through-core condensator is het probleem waar u op moet letten echter het installatieprobleem.
De grootste zwakte van de through-core condensator is de angst voor hoge temperaturen en temperatuurinvloeden, die grote problemen veroorzaken bij het lassen van de through-core condensator aan het metalen paneel.
Veel condensatoren raken beschadigd tijdens het lassen. Vooral wanneer een groot aantal kerncondensatoren op het paneel moet worden geïnstalleerd, is het, zolang er schade is, moeilijk te repareren, omdat wanneer de beschadigde condensator wordt verwijderd, deze schade zal veroorzaken aan andere nabijgelegen condensatoren.
2. Inductantie in de gemeenschappelijke modus
Omdat de problemen waarmee EMC wordt geconfronteerd meestal common-mode-interferentie zijn, zijn common-mode-inductoren ook een van onze veelgebruikte krachtige componenten.
De common-mode-inductor is een common-mode-interferentieonderdrukkingsapparaat met ferriet als kern, dat bestaat uit twee spoelen van dezelfde grootte en hetzelfde aantal windingen, symmetrisch gewikkeld op dezelfde magnetische ferrietringkern om een apparaat met vier aansluitingen te vormen, dat heeft een groot inductantie-onderdrukkingseffect voor het common-mode-signaal, en een kleine lekinductantie voor het differentiële-mode-signaal.
Het principe is dat wanneer de common-mode-stroom vloeit, de magnetische flux in de magnetische ring elkaar over elkaar heen legt, waardoor er een aanzienlijke inductantie ontstaat, die de common-mode-stroom verhindert, en wanneer de twee spoelen door de differentiële mode-stroom stromen, de magnetische flux in de magnetische ring heffen elkaar op, en er is bijna geen inductie, zodat de differentiële modusstroom zonder verzwakking kan passeren.
Daarom kan de common-mode-inductor het common-mode-interferentiesignaal in de gebalanceerde lijn effectief onderdrukken, maar heeft geen effect op de normale transmissie van het differentiële-mode-signaal.
Common-mode-inductoren moeten bij de vervaardiging aan de volgende eisen voldoen:
(1) De op de spoelkern gewikkelde draden moeten worden geïsoleerd om te garanderen dat er geen doorslagkortsluiting ontstaat tussen de windingen van de spoel onder invloed van onmiddellijke overspanning;
(2) Wanneer de spoel door de onmiddellijke grote stroom stroomt, mag de magnetische kern niet verzadigd zijn;
(3) De magnetische kern in de spoel moet worden geïsoleerd van de spoel om doorslag tussen de twee onder invloed van onmiddellijke overspanning te voorkomen;
(4) De spoel moet zoveel mogelijk in een enkele laag worden gewikkeld, om de parasitaire capaciteit van de spoel te verminderen en het vermogen van de spoel om voorbijgaande overspanning over te brengen te vergroten.
Onder normale omstandigheden, waarbij we aandacht besteden aan de selectie van de frequentieband die nodig is om te filteren, geldt: hoe groter de common-mode-impedantie, hoe beter. We moeten dus naar de apparaatgegevens kijken bij het selecteren van de common-mode-inductor, voornamelijk op basis van de impedantie frequentiecurve.
Let bovendien bij het selecteren op de impact van de differentiële modusimpedantie op het signaal, waarbij u zich vooral richt op de differentiële modusimpedantie, waarbij u vooral aandacht besteedt aan hogesnelheidspoorten.
3. Magnetische kraal
In het EMC-ontwerpproces van het digitale circuit van het product gebruiken we vaak magnetische kralen, het ferrietmateriaal is een ijzer-magnesiumlegering of een ijzer-nikkellegering, dit materiaal heeft een hoge magnetische permeabiliteit, hij kan de inductor zijn tussen de spoelwikkeling in het geval van hoge frequentie en hoge weerstand gegenereerde capaciteit minimaal.
Ferrietmaterialen worden meestal gebruikt bij hoge frequenties, omdat bij lage frequenties hun belangrijkste inductiekarakteristieken het verlies op de lijn erg klein maken. Bij hoge frequenties zijn het voornamelijk reactantie-karakteristieke verhoudingen en veranderen met de frequentie. In praktische toepassingen worden ferrietmaterialen gebruikt als hoogfrequente verzwakkers voor radiofrequentiecircuits.
In feite is ferriet beter equivalent aan de parallel van weerstand en inductantie; de weerstand wordt bij lage frequentie kortgesloten door de inductor en de impedantie van de inductor wordt behoorlijk hoog bij hoge frequentie, zodat de stroom helemaal door de weerstand gaat.
Ferriet is een verbruiksapparaat waarop hoogfrequente energie wordt omgezet in warmte-energie, die wordt bepaald door de elektrische weerstandskarakteristieken ervan. Magnetische ferrietkralen hebben betere hoogfrequente filtereigenschappen dan gewone inductoren.
Ferriet is resistief bij hoge frequenties, wat overeenkomt met een inductor met een zeer lage kwaliteitsfactor, zodat het een hoge impedantie over een breed frequentiebereik kan behouden, waardoor de efficiëntie van hoogfrequente filtering wordt verbeterd.
In de lage frequentieband bestaat de impedantie uit inductie. Bij lage frequentie is R erg klein en is de magnetische permeabiliteit van de kern hoog, dus de inductantie is groot. L speelt een grote rol en elektromagnetische interferentie wordt onderdrukt door reflectie. En op dit moment is het verlies van de magnetische kern klein, het hele apparaat heeft een laag verlies, hoge Q-karakteristieken van de inductor, deze inductor veroorzaakt gemakkelijk resonantie, dus in de lage frequentieband kan er soms sprake zijn van verhoogde interferentie na het gebruik van ferriet magnetische kralen.
In de hoge frequentieband bestaat de impedantie uit weerstandscomponenten. Naarmate de frequentie toeneemt, neemt de permeabiliteit van de magnetische kern af, wat resulteert in een afname van de inductie van de inductor en een afname van de inductieve reactantiecomponent.
Op dit moment neemt het verlies van de magnetische kern echter toe, neemt de weerstandscomponent toe, wat resulteert in een toename van de totale impedantie, en wanneer het hoogfrequente signaal door het ferriet gaat, wordt de elektromagnetische interferentie geabsorbeerd en omgezet in de vorm van warmteafvoer.
Ferrietonderdrukkingscomponenten worden veel gebruikt in printplaten, hoogspanningslijnen en datalijnen. Aan het inlaatuiteinde van het netsnoer van de printplaat wordt bijvoorbeeld een ferrietonderdrukkingselement toegevoegd om hoogfrequente interferentie uit te filteren.
Ferriet magnetische ring of magnetische kraal wordt speciaal gebruikt om hoogfrequente interferentie en piekinterferentie op signaallijnen en hoogspanningslijnen te onderdrukken, en het heeft ook het vermogen om elektrostatische ontladingspulsinterferentie te absorberen. Het gebruik van chipmagnetische kralen of chipinductoren hangt vooral af van de praktische toepassing.
Chip-inductoren worden gebruikt in resonantiecircuits. Wanneer onnodige EMI-ruis moet worden geëlimineerd, is het gebruik van magnetische chipkralen de beste keuze.
Toepassing van chip-magnetische kralen en chip-inductoren
Chip-inductoren:Radiofrequentie (RF) en draadloze communicatie, informatietechnologieapparatuur, radardetectoren, auto-elektronica, mobiele telefoons, semafoons, audioapparatuur, persoonlijke digitale assistenten (PDA's), draadloze afstandsbedieningssystemen en laagspanningsvoedingsmodules.
Chip magnetische kralen:Klokgenererende circuits, filtering tussen analoge en digitale circuits, I/O-invoer/uitvoer interne connectoren (zoals seriële poorten, parallelle poorten, toetsenborden, muizen, langeafstandstelecommunicatie, lokale netwerken), RF-circuits en logische apparaten die gevoelig zijn voor interferentie, filtering van hoogfrequente geleide interferentie in voedingscircuits, computers, printers, videorecorders (VCRS), EMI-ruisonderdrukking in televisiesystemen en mobiele telefoons.
De eenheid van de magnetische kraal is ohm, omdat de eenheid van de magnetische kraal nominaal is in overeenstemming met de impedantie die deze bij een bepaalde frequentie produceert, en de eenheid van impedantie is ook ohm.
Het DATASHEET van de magnetische kraal zal over het algemeen de frequentie- en impedantiekarakteristieken van de curve weergeven, doorgaans 100 MHz als standaard, bijvoorbeeld wanneer de frequentie van 100 MHz wanneer de impedantie van de magnetische kraal equivalent is aan 1000 ohm.
Voor de frequentieband die we willen filteren, moeten we kiezen hoe groter de impedantie van de magnetische kraal, hoe beter, meestal kiezen we een impedantie van 600 ohm of meer.
Bovendien is het bij het selecteren van magnetische kralen noodzakelijk om aandacht te besteden aan de flux van magnetische kralen, die over het algemeen met 80% moet worden verminderd, en er moet rekening worden gehouden met de invloed van DC-impedantie op spanningsval bij gebruik in stroomcircuits.
Posttijd: 24 juli 2023
