Фильтрующие конденсаторы, синфазные индукторы и магнитные бусины широко используются в схемах ЭМС и представляют собой три мощных инструмента для устранения электромагнитных помех.
Что касается роли этих трех в схеме, я полагаю, что многие инженеры не понимают, статья из проекта подробного анализа принципа устранения трех ЭМС острейшая.
1. Фильтрующий конденсатор
Хотя резонанс конденсатора нежелателен с точки зрения фильтрации высокочастотных помех, резонанс конденсатора не всегда вреден.
Определив частоту шума, подлежащего фильтрации, можно отрегулировать емкость конденсатора таким образом, чтобы резонансная точка попадала как раз на частоту помехи.
В практической инженерии частота электромагнитных помех, подлежащих фильтрации, часто достигает сотен МГц и даже более 1 ГГц. Для эффективной фильтрации столь высокочастотных электромагнитных помех необходимо использовать сквозной конденсатор.
Причина, по которой обычные конденсаторы не могут эффективно отфильтровывать высокочастотные шумы, заключается в двух факторах:
(1) Одна из причин заключается в том, что индуктивность выводов конденсатора вызывает резонанс конденсатора, который представляет большое сопротивление высокочастотному сигналу и ослабляет эффект шунтирования высокочастотного сигнала;
(2) Другая причина заключается в том, что паразитная емкость между проводами, связывающими высокочастотный сигнал, снижает эффект фильтрации.
Причина, по которой сквозной конденсатор может эффективно отфильтровывать высокочастотные помехи, заключается в том, что у сквозного конденсатора не только нет проблемы, связанной с тем, что индуктивность выводов приводит к тому, что резонансная частота конденсатора становится слишком низкой.
Конденсатор с сердечником можно установить непосредственно на металлическую панель, используя её в качестве высокочастотной изоляции. Однако при использовании конденсатора с сердечником следует обратить внимание на сложность монтажа.
Самым большим недостатком проходного конденсатора является боязнь высоких температур и температурных воздействий, что вызывает большие трудности при приварке проходного конденсатора к металлической панели.
Многие конденсаторы повреждаются при сварке. Особенно, когда требуется установить большое количество конденсаторов с сердечником на панели, при наличии повреждения ремонт затруднен, поскольку при снятии повреждённого конденсатора повреждаются другие, расположенные рядом конденсаторы.
2. Синфазная индуктивность
Поскольку проблемы ЭМС в основном связаны с синфазными помехами, синфазные индукторы также являются одними из наших наиболее часто используемых мощных компонентов.
Синфазный дроссель представляет собой устройство подавления синфазных помех с ферритовым сердечником, состоящее из двух катушек одинакового размера и с одинаковым числом витков, симметрично намотанных на один и тот же ферритовый кольцевой магнитный сердечник для образования четырехвыводного устройства, обладающего большим эффектом подавления индуктивности для синфазного сигнала и малой индуктивностью рассеяния для дифференциального сигнала.
Принцип действия заключается в том, что при протекании синфазного тока магнитные потоки в магнитном кольце накладываются друг на друга, создавая значительную индуктивность, которая подавляет синфазный ток, а когда через две катушки протекает дифференциальный ток, магнитные потоки в магнитном кольце компенсируют друг друга, и индуктивность практически отсутствует, поэтому дифференциальный ток может проходить без затухания.
Таким образом, синфазный дроссель может эффективно подавлять синфазный сигнал помех в симметричной линии, но не оказывает влияния на нормальную передачу дифференциального сигнала.
При изготовлении синфазных индукторов необходимо соблюдать следующие требования:
(1) Провода, намотанные на сердечник катушки, должны быть изолированы, чтобы исключить пробой или короткое замыкание между витками катушки при действии мгновенного перенапряжения;
(2) Когда через катушку протекает мгновенный большой ток, магнитный сердечник не должен насыщаться;
(3) Магнитный сердечник в катушке должен быть изолирован от катушки, чтобы предотвратить пробой между ними под действием мгновенного перенапряжения;
(4) Катушка должна быть намотана по возможности в один слой, чтобы уменьшить паразитную емкость катушки и повысить ее способность передавать переходные перенапряжения.
В обычных условиях, если уделять внимание выбору полосы частот, необходимой для фильтрации, чем больше синфазное сопротивление, тем лучше, поэтому при выборе синфазного индуктора необходимо учитывать данные устройства, в основном в соответствии с частотной характеристикой импеданса.
Кроме того, при выборе обратите внимание на влияние дифференциального сопротивления на сигнал, уделяя особое внимание дифференциальному сопротивлению, особенно высокоскоростным портам.
3.Магнитная бусина
В процессе проектирования ЭМС цифровых схем мы часто используем магнитные шарики, ферритовый материал - это сплав железа и магния или сплав железа и никеля, этот материал имеет высокую магнитную проницаемость, он может быть индуктором между обмотками катушки в случае высокой частоты и высокого сопротивления, генерирующего минимальную емкость.
Ферритовые материалы обычно используются на высоких частотах, поскольку на низких частотах их основные индуктивные характеристики делают потери в линии очень малыми. На высоких частотах они представляют собой, главным образом, реактивные характеристики и изменяются с частотой. На практике ферритовые материалы используются в качестве высокочастотных аттенюаторов в радиочастотных цепях.
На самом деле, феррит лучше эквивалентен параллельному соединению сопротивления и индуктивности, сопротивление закорачивается катушкой индуктивности на низкой частоте, а полное сопротивление катушки индуктивности становится довольно высоким на высокой частоте, так что весь ток проходит через сопротивление.
Феррит – это потребляющее устройство, в котором высокочастотная энергия преобразуется в тепловую, что определяется его электрическим сопротивлением. Ферритовые магнитные бусины обладают лучшими характеристиками фильтрации высокочастотных сигналов, чем обычные катушки индуктивности.
Феррит обладает сопротивлением на высоких частотах, что эквивалентно катушке индуктивности с очень низкой добротностью, поэтому он может поддерживать высокое сопротивление в широком диапазоне частот, тем самым повышая эффективность фильтрации высоких частот.
В диапазоне низких частот импеданс определяется индуктивностью. На низких частотах сопротивление R очень мало, а магнитная проницаемость сердечника высока, поэтому индуктивность велика. Сопротивление L играет важную роль, и электромагнитные помехи подавляются отражением. В то же время, потери в магнитном сердечнике малы, всё устройство представляет собой малопотерьный сердечник с высокой добротностью, что позволяет индуктору легко вызывать резонанс, поэтому в диапазоне низких частот иногда может наблюдаться усиление помех после использования ферритовых магнитных бусин.
В диапазоне высоких частот импеданс складывается из резистивных составляющих. С ростом частоты проницаемость магнитопровода уменьшается, что приводит к уменьшению индуктивности катушки индуктивности и уменьшению индуктивной составляющей сопротивления.
Однако в это время увеличиваются потери магнитного сердечника, увеличивается активная составляющая, что приводит к увеличению общего импеданса, а при прохождении высокочастотного сигнала через феррит электромагнитные помехи поглощаются и преобразуются в форму рассеивания тепла.
Ферритовые помехоподавляющие элементы широко используются в печатных платах, линиях электропитания и линиях передачи данных. Например, ферритовый помехоподавляющий элемент добавляется к входному концу кабеля питания печатной платы для фильтрации высокочастотных помех.
Ферритовое магнитное кольцо или магнитная бусина специально используются для подавления высокочастотных и пиковых помех в сигнальных линиях и линиях электропередачи, а также обладают способностью поглощать импульсные помехи от электростатических разрядов. Применение чип-магнитных бусин или чип-индукторов в основном зависит от практического применения.
Чип-индукторы используются в резонансных контурах. Если необходимо устранить нежелательные электромагнитные помехи, наилучшим выбором являются чип-магнитные бусины.
Применение чип-магнитных шариков и чип-индукторов
Чип-индукторы:Радиочастотная (РЧ) и беспроводная связь, оборудование информационных технологий, радар-детекторы, автомобильная электроника, сотовые телефоны, пейджеры, аудиооборудование, карманные персональные компьютеры (КПК), беспроводные системы дистанционного управления и низковольтные модули питания.
Чиповые магнитные шарики:Схемы генерации тактовых импульсов, фильтрация между аналоговыми и цифровыми схемами, внутренние разъемы ввода-вывода (такие как последовательные порты, параллельные порты, клавиатуры, мыши, междугородная связь, локальные вычислительные сети), ВЧ-схемы и логические устройства, восприимчивые к помехам, фильтрация высокочастотных кондуктивных помех в цепях электропитания, компьютерах, принтерах, видеомагнитофонах (ВМЗ), подавление электромагнитных помех в телевизионных системах и мобильных телефонах.
Единицей измерения магнитной бусины является Ом, поскольку единица измерения магнитной бусины является номинальной в соответствии с импедансом, который она создает на определенной частоте, а единицей измерения импеданса также является Ом.
В техническом описании магнитной бусины обычно приводятся характеристики частоты и импеданса кривой, обычно в качестве стандарта принимается 100 МГц, например, когда частота составляет 100 МГц, импеданс магнитной бусины эквивалентен 1000 Ом.
Для полосы частот, которую мы хотим отфильтровать, нам нужно выбрать, чем больше сопротивление магнитной бусины, тем лучше; обычно выбирают сопротивление 600 Ом или более.
Кроме того, при выборе магнитных бусин необходимо обращать внимание на поток магнитных бусин, который, как правило, необходимо снизить на 80%, а также следует учитывать влияние сопротивления постоянному току на падение напряжения при использовании в силовых цепях.
Время публикации: 24 июля 2023 г.
