Suodatinkondensaattorit, yhteismuotoiset induktorit ja magneettiset helmet ovat yleisiä hahmoja EMC-suunnittelupiireissä, ja ne ovat myös kolme tehokasta työkalua sähkömagneettisten häiriöiden poistamiseksi.
Näiden kolmen roolin osalta piirissä uskon, että monet insinöörit eivät ymmärrä, artikkeli suunnittelusta, jossa analysoidaan yksityiskohtaisesti periaatetta, jolla eliminoidaan kolme EMC-terävintä tekijää.
1. Suodatinkondensaattori
Vaikka kondensaattorin resonanssi on ei-toivottavaa korkeataajuisen kohinan suodattamisen kannalta, kondensaattorin resonanssi ei ole aina haitallista.
Kun suodatettavan kohinan taajuus on määritetty, kondensaattorin kapasiteettia voidaan säätää siten, että resonanssipiste osuu juuri häiriötaajuudelle.
Käytännön suunnittelussa suodatettavan sähkömagneettisen kohinan taajuus on usein jopa satoja megahertsejä tai jopa yli 1 GHz. Tällaisen korkeataajuisen sähkömagneettisen kohinan suodattamiseksi on välttämätöntä käyttää läpivirtauskondensaattoria tehokkaaseen suodatukseen.
Syy siihen, miksi tavalliset kondensaattorit eivät pysty tehokkaasti suodattamaan korkeataajuista kohinaa, on kaksi:
(1) Yksi syy on se, että kondensaattorijohtimen induktanssi aiheuttaa kondensaattoriresonanssia, joka aiheuttaa suuren impedanssin suurtaajuussignaalille ja heikentää suurtaajuussignaalin ohitusvaikutusta;
(2) Toinen syy on suurtaajuussignaalin kytkevien johtimien välinen loiskapasitanssi, joka vähentää suodatusvaikutusta.
Syy siihen, miksi läpivientikondensaattori voi tehokkaasti suodattaa korkeataajuista kohinaa, on se, että läpivientikondensaattorilla ei ole ongelmaa, että lyijyn induktanssi aiheuttaa kondensaattorin resonanssitaajuuden liian alhaiseksi.
Ja läpivientikondensaattori voidaan asentaa suoraan metallilevyyn, jolloin metallilevy toimii korkeataajuisena eristyksenä. Läpivientikondensaattoria käytettäessä on kuitenkin kiinnitettävä huomiota asennukseen.
Läpivirtauskondensaattorin suurin heikkous on korkean lämpötilan ja lämpötilavaikutusten pelko, mikä aiheuttaa suuria vaikeuksia hitsattaessa läpivirtauskondensaattoria metallilevyyn.
Monet kondensaattorit vaurioituvat hitsauksen aikana. Erityisesti silloin, kun paneeliin on asennettava suuri määrä ydinkondensaattoreita, niin kauan kuin vaurioita on, niitä on vaikea korjata, koska vaurioituneen kondensaattorin poistaminen vahingoittaa muita lähellä olevia kondensaattoreita.
2. Yhteismuotoinen induktanssi
Koska EMC-ongelmat ovat enimmäkseen yhteismuotoisia häiriöitä, yhteismuotoiset induktorit ovat myös yksi yleisesti käyttämistämme tehokkaista komponenteista.
Yhteismuotoinen induktori on yhteismuotoinen häiriöiden vaimennuslaite, jonka ydin on ferriitti. Se koostuu kahdesta samankokoisesta ja saman kierroksen määrästä kelasta, jotka on kierretty symmetrisesti samalle ferriittirengasmagneettiselle ytimelle muodostaen nelinapaisen laitteen, jolla on suuri induktanssin vaimennusvaikutus yhteismuotoiselle signaalille ja pieni vuotoinduktanssi differentiaalimuotoiselle signaalille.
Periaatteena on, että kun yhteismuotoinen virta virtaa, magneettirenkaan magneettivuo peittää toisensa, jolloin niillä on huomattava induktanssi, joka estää yhteismuotoisen virran. Kun kaksi kelaa virtaa differentiaalimuotoisen virran läpi, magneettirenkaan magneettivuo kumoaa toisensa, eikä induktanssia ole juurikaan, joten differentiaalimuotoinen virta voi kulkea vaimenematta.
Siksi yhteismuotoinen induktori voi tehokkaasti vaimentaa yhteismuotoisen häiriösignaalin tasapainotetussa linjassa, mutta sillä ei ole vaikutusta differentiaalimuotoisen signaalin normaaliin siirtoon.
Yhteismuotoisten induktorien on täytettävä seuraavat vaatimukset valmistusvaiheessa:
(1) Käämin ytimeen kierretyt johdot tulee eristää sen varmistamiseksi, ettei käämin kierrosten välille synny oikosulkua hetkellisen ylijännitteen vaikutuksesta;
(2) Kun kelan läpi kulkee hetkellinen suuri virta, magneettisydämen ei tulisi olla kyllästynyt;
(3) Käämin magneettinen ydin tulee eristää käämistä, jotta estetään kahden välinen läpilyönti hetkellisen ylijännitteen vaikutuksesta;
(4) Käämi tulisi käämittää mahdollisimman pitkälle yhteen kerrokseen, jotta käämin loiskapasitanssi pienenee ja käämin kyky siirtää ohimenevää ylijännitettä paranee.
Normaalioloissa, kun kiinnitämme huomiota suodatukseen tarvittavan taajuuskaistan valintaan, mitä suurempi yhteismuotoinen impedanssi on, sitä parempi, joten meidän on tarkasteltava laitteen tietoja valittaessa yhteismuotoista induktoria, pääasiassa impedanssitaajuuskäyrän mukaan.
Lisäksi valittaessa on kiinnitettävä huomiota differentiaalitilan impedanssin vaikutukseen signaaliin, keskittyen pääasiassa differentiaalitilan impedanssiin ja erityisesti suurnopeusportteihin.
3. Magneettinen helmi
Digitaalipiirien EMC-suunnitteluprosessissa käytämme usein magneettisia helmiä. Ferriittimateriaali on rauta-magnesiumseos tai rauta-nikkeliseos. Tällä materiaalilla on korkea magneettinen permeabiliteetti. Se voi toimia induktorina kelojen välillä, kun taajuus on korkea ja vastus on pieni.
Ferriittimateriaaleja käytetään yleensä korkeilla taajuuksilla, koska matalilla taajuuksilla niiden pääinduktanssiominaisuudet tekevät linjan häviöistä hyvin pieniä. Korkeilla taajuuksilla ne ovat pääasiassa reaktanssiominaisuuksien suhteita ja muuttuvat taajuuden mukaan. Käytännön sovelluksissa ferriittimateriaaleja käytetään korkeataajuusvaimentimina radiotaajuuspiireissä.
Itse asiassa ferriitti vastaa paremmin resistanssin ja induktanssin rinnakkaiskytkentää, induktori oikosulkee resistanssin matalalla taajuudella ja induktorin impedanssi nousee melko korkeaksi korkealla taajuudella, joten kaikki virta kulkee resistanssin läpi.
Ferriitti on kuluttava laite, jossa korkeataajuinen energia muunnetaan lämpöenergiaksi, joka määräytyy sen sähköisen resistanssin ominaisuuksien perusteella. Ferriittimagneettihelmillä on paremmat korkeataajuisten signaalien suodatusominaisuudet kuin tavallisilla induktoreilla.
Ferriitti on resistiivinen korkeilla taajuuksilla, mikä vastaa erittäin alhaisen laatukertoimen omaavaa induktoria, joten se voi ylläpitää suurta impedanssia laajalla taajuusalueella, mikä parantaa korkeataajuisen suodatuksen tehokkuutta.
Matalataajuisella kaistalla impedanssi koostuu induktanssista. Matalataajuisella kaistalla R on hyvin pieni ja sydämen magneettinen permeabiliteetti on korkea, joten induktanssi on suuri. L:llä on suuri rooli, ja sähkömagneettiset häiriöt vaimenevat heijastuksen avulla. Ja tällä hetkellä magneettisen sydämen häviöt ovat pieniä, koko laite on pienihäviöinen ja induktorin Q-ominaisuudet ovat korkeat, ja tämä induktori aiheuttaa helposti resonanssia, joten matalataajuisella kaistalla ferriittimagneettihelmien käyttö voi joskus lisätä häiriöitä.
Korkealla taajuusalueella impedanssi koostuu resistanssikomponenteista. Taajuuden kasvaessa magneettisydämen permeabiliteetti pienenee, mikä johtaa induktorin induktanssin pienenemiseen ja induktiivisen reaktanssikomponentin pienenemiseen.
Kuitenkin tällä hetkellä magneettisydämen häviö kasvaa, vastuskomponentti kasvaa, mikä johtaa kokonaisimpedanssin kasvuun, ja kun korkeataajuinen signaali kulkee ferriitin läpi, sähkömagneettinen häiriö absorboituu ja muuttuu lämmönhukkaksi.
Ferriittihäiriöitä vaimentavat komponentit ovat laajalti käytössä piirilevyissä, voimajohdoissa ja datalinjoissa. Esimerkiksi piirilevyn virtajohdon tulopäähän lisätään ferriittihäiriöitä suodattava elementti.
Ferriittimagneettirengasta tai -helmeä käytetään erityisesti suurtaajuisten häiriöiden ja huippuhäiriöiden vaimentamiseen signaali- ja sähkölinjoissa, ja sillä on myös kyky absorboida staattisen sähkön purkauspulssien aiheuttamia häiriöitä. Sirumagneettihelmien tai siruinduktorien käyttö riippuu pääasiassa käytännön sovelluksesta.
Resonanssipiireissä käytetään siruinduktoreita. Kun tarpeeton sähkömagneettinen kohina on poistettava, sirumagneettihelmien käyttö on paras valinta.
Sirumagneettihelmien ja siruinduktorien käyttö
Siruinduktorit:Radiotaajuus- (RF) ja langaton viestintä, tietotekniikkalaitteet, tutkanilmaisimet, autoelektroniikka, matkapuhelimet, hakulaitteet, äänentoistolaitteet, kämmentietokoneet (PDA), langattomat kaukosäädinjärjestelmät ja pienjännitevirtalähdemoduulit.
Sirumagneettiset helmet:Kellosignaalin generointipiirit, suodatus analogisten ja digitaalisten piirien välillä, sisäiset I/O-tulo-/lähtöliittimet (kuten sarjaportit, rinnakkaisportit, näppäimistöt, hiiret, kaukoviestintä, lähiverkot), häiriöille alttiit RF-piirit ja logiikkalaitteet, korkeataajuisten johtuvien häiriöiden suodatus virtalähdepiireissä, tietokoneissa, tulostimissa, videonauhureissa (VCRS), EMI-kohinanvaimennus televisiojärjestelmissä ja matkapuhelimissa.
Magneettisen helmen yksikkö on ohmia, koska magneettisen helmen yksikkö on nimellinen sen tietyllä taajuudella tuottaman impedanssin mukaan, ja impedanssin yksikkö on myös ohmia.
Magneettihelmen TIETOLOMAKE antaa yleensä käyrän taajuus- ja impedanssiominaisuudet, yleensä 100 MHz standardina, esimerkiksi kun taajuus on 100 MHz, kun magneettihelmen impedanssi vastaa 1000 ohmia.
Suodatettavan taajuuskaistan osalta meidän on valittava magneettihelmen impedanssi, mitä suurempi se on, sitä parempi. Yleensä impedanssi on 600 ohmia tai enemmän.
Lisäksi magneettisia helmiä valittaessa on kiinnitettävä huomiota niiden virtausvirtaan, jota on yleensä alennettava 80 %, ja tasavirtaimpedanssin vaikutus jännitehäviöön on otettava huomioon, kun niitä käytetään virtapiireissä.
Julkaisun aika: 24.7.2023
