Filtrų kondensatoriai, bendrojo režimo induktoriai ir magnetiniai karoliukai yra įprasti EMC projektavimo grandinių elementai ir taip pat yra trys galingi įrankiai elektromagnetiniams trukdžiams pašalinti.
Manau, kad daugelis inžinierių nesupranta šių trijų vaidmens grandinėje, todėl straipsnyje pateikiama išsami trijų EMC aštriausių elementų pašalinimo principo analizė.
1.Filtro kondensatorius
Nors kondensatoriaus rezonansas yra nepageidaujamas aukšto dažnio triukšmo filtravimo požiūriu, kondensatoriaus rezonansas ne visada yra žalingas.
Kai nustatomas filtruojamo triukšmo dažnis, kondensatoriaus talpa gali būti reguliuojama taip, kad rezonansinis taškas kaip tik kristų ant trikdžių dažnio.
Praktinėje inžinerijoje filtruojamo elektromagnetinio triukšmo dažnis dažnai siekia šimtus MHz ar net daugiau nei 1 GHz. Norint efektyviai išfiltruoti tokį aukšto dažnio elektromagnetinį triukšmą, būtina naudoti per šerdį esantį kondensatorių.
Įprasti kondensatoriai negali efektyviai filtruoti aukšto dažnio triukšmo dėl dviejų priežasčių:
(1) Viena iš priežasčių yra ta, kad kondensatoriaus laido induktyvumas sukelia kondensatoriaus rezonansą, kuris sukuria didelę aukšto dažnio signalo varžą ir silpnina aukšto dažnio signalo apėjimo efektą;
(2) Kita priežastis yra parazitinė talpa tarp laidų, sujungiančių aukšto dažnio signalą, sumažinanti filtravimo efektą.
Priežastis, kodėl per šerdį esantis kondensatorius gali efektyviai filtruoti aukšto dažnio triukšmą, yra ta, kad per šerdį esantis kondensatorius ne tik neturi problemos, kad dėl švino induktyvumo kondensatoriaus rezonansinis dažnis yra per mažas.
Be to, per šerdį esantis kondensatorius gali būti tiesiogiai sumontuotas ant metalinio skydelio, naudojant metalinį skydelį aukšto dažnio izoliacijai. Tačiau naudojant per šerdį esantį kondensatorių, problema, į kurią reikia atkreipti dėmesį, yra montavimo problema.
Didžiausias kiauryminio kondensatoriaus trūkumas yra aukštos temperatūros ir temperatūros poveikio baimė, dėl kurios kyla didelių sunkumų suvirinant kiauryminį kondensatorių prie metalinės plokštės.
Suvirinimo metu pažeidžiama daug kondensatorių. Ypač kai ant skydelio reikia sumontuoti daug pagrindinių kondensatorių, jei yra pažeidimas, jį sunku pataisyti, nes nuėmus pažeistą kondensatorių, bus pažeisti ir kiti netoliese esantys kondensatoriai.
2. Bendrojo režimo induktyvumas
Kadangi EMC problemos dažniausiai kyla dėl bendrojo režimo trukdžių, bendrojo režimo induktoriai taip pat yra vienas iš dažniausiai naudojamų galingų komponentų.
Bendrojo režimo induktorius yra bendrojo režimo trukdžių slopinimo įtaisas su feritu kaip šerdimi, kurį sudaro dvi vienodo dydžio ir tokio paties skaičiaus vijų ritės, simetriškai suvyniotos ant tos pačios ferito žiedo magnetinės šerdies, kad sudarytų keturių terminalų įtaisą, kuris turi didelį induktyvumo slopinimo efektą bendrojo režimo signalui ir mažą nuotėkio induktyvumą diferencinio režimo signalui.
Principas yra tas, kad tekant bendrojo režimo srovei, magnetinio žiedo magnetinis srautas vienas kitą uždengia, todėl susidaro didelis induktyvumas, kuris slopina bendrojo režimo srovę, o kai tarp dviejų ritinių teka diferencinio režimo srovė, magnetinis srautas magnetiniame žiede vienas kitą panaikina, ir induktyvumo beveik nėra, todėl diferencinio režimo srovė gali praeiti be slopinimo.
Todėl bendrojo režimo induktorius gali efektyviai slopinti bendrojo režimo trukdžių signalą subalansuotoje linijoje, tačiau neturi jokios įtakos įprastam diferencinio režimo signalo perdavimui.
Bendrojo režimo induktoriai, gaminami, turi atitikti šiuos reikalavimus:
(1) Ant ritės šerdies suvynioti laidai turi būti izoliuoti, kad būtų užtikrinta, jog dėl momentinės viršįtampio įtakos tarp ritės vijų neatsirastų trumpojo jungimo;
(2) Kai ritė teka per didelę momentinę srovę, magnetinė šerdis neturėtų būti prisotinta;
(3) Ritės magnetinė šerdis turi būti izoliuota nuo ritės, kad būtų išvengta gedimo tarp jų dėl momentinio viršįtampio;
(4) Ritė turėtų būti apvyniota kuo vienu sluoksniu, kad sumažėtų parazitinė ritės talpa ir padidėtų ritės gebėjimas perduoti trumpalaikį viršįtampio krūvį.
Įprastomis aplinkybėmis, atkreipiant dėmesį į dažnių juostos, reikalingos filtravimui, pasirinkimą, kuo didesnė bendrojo režimo varža, tuo geriau, todėl renkantis bendrojo režimo induktorių, daugiausia pagal varžos dažnio kreivę, turime atsižvelgti į įrenginio duomenis.
Be to, renkantis atkreipkite dėmesį į diferencinio režimo varžos poveikį signalui, daugiausia dėmesio skirdami diferencinio režimo varžai, ypač atkreipdami dėmesį į didelės spartos prievadus.
3.Magnetinis karoliukas
Skaitmeninių grandinių EMC projektavimo procese dažnai naudojame magnetinius karoliukus, ferito medžiaga yra geležies ir magnio lydinys arba geležies ir nikelio lydinys. Ši medžiaga pasižymi dideliu magnetiniu pralaidumu ir gali būti induktorius tarp ritės apvijų, kai dažnis yra aukštas, o varža didelė, o generuojama talpa yra minimali.
Feritinės medžiagos dažniausiai naudojamos aukštuose dažniuose, nes esant žemiems dažniams dėl jų pagrindinių induktyvumo charakteristikų nuostoliai linijoje yra labai maži. Esant aukštiems dažniams, jos daugiausia yra reaktyvumo charakteristikų santykiai ir kinta priklausomai nuo dažnio. Praktiškai feritinės medžiagos naudojamos kaip aukšto dažnio slopintuvai radijo dažnių grandinėse.
Iš tiesų, feritas geriau atitinka varžos ir induktyvumo lygiagretų jungimą, žemu dažniu induktorius trumpai sujungia varžą, o esant aukštam dažniui induktoriaus varža tampa gana didelė, todėl visa srovė praeina per varžą.
Feritas yra energiją vartojantis prietaisas, kuriame aukšto dažnio energija paverčiama šilumos energija, kurią lemia jo elektrinės varžos charakteristikos. Ferito magnetiniai karoliukai turi geresnes aukšto dažnio filtravimo charakteristikas nei įprasti induktoriai.
Feritas pasižymi varža aukštais dažniais, prilygstančiu labai mažo kokybės koeficiento induktoriui, todėl gali išlaikyti didelę varžą plačiame dažnių diapazone, taip pagerindamas aukšto dažnio filtravimo efektyvumą.
Žemo dažnio diapazone varža sudaryta iš induktyvumo. Esant žemam dažniui, R yra labai mažas, o šerdies magnetinis pralaidumas yra didelis, todėl induktyvumas yra didelis. L vaidina svarbų vaidmenį, o elektromagnetiniai trukdžiai slopinami atspindžiais. Šiuo metu magnetinės šerdies nuostoliai yra maži, visas įrenginys turi mažus nuostolius, aukštą induktoriaus Q charakteristiką, todėl šis induktorius lengvai sukelia rezonansą, todėl žemo dažnio diapazone kartais gali padidėti trukdžiai, panaudojus ferito magnetinius karoliukus.
Aukšto dažnio juostoje varža sudaryta iš varžos dedamųjų. Didėjant dažniui, magnetinės šerdies pralaidumas mažėja, todėl sumažėja induktoriaus induktyvumas ir indukcinės reaktyviosios varžos dedamoji.
Tačiau šiuo metu padidėja magnetinės šerdies nuostoliai, padidėja varžos komponentas, todėl padidėja bendra varža, o kai aukšto dažnio signalas praeina per feritą, elektromagnetiniai trukdžiai sugeriami ir paverčiami šilumos išsklaidymo forma.
Ferito slopinimo komponentai plačiai naudojami spausdintinėse plokštėse, elektros linijose ir duomenų perdavimo linijose. Pavyzdžiui, ferito slopinimo elementas pridedamas prie spausdintinės plokštės maitinimo laido įvado galo, kad būtų filtruojami aukšto dažnio trukdžiai.
Ferito magnetinis žiedas arba magnetinis karoliukas yra specialiai naudojamas aukšto dažnio ir piko trukdžiams slopinti signalų linijose ir elektros linijose, taip pat jis gali sugerti elektrostatinių iškrovų impulsų trukdžius. Lustinių magnetinių karoliukų arba lustinių induktorių naudojimas daugiausia priklauso nuo praktinio pritaikymo.
Lustiniai induktoriai naudojami rezonansinėse grandinėse. Kai reikia pašalinti nereikalingą elektromagnetinį triukšmą, geriausias pasirinkimas yra naudoti lustinius magnetinius karoliukus.
Lustų magnetinių karoliukų ir lustų induktorių taikymas
Lustų induktoriai:Radijo dažnių (RF) ir belaidis ryšys, informacinių technologijų įranga, radarų detektoriai, automobilių elektronika, mobilieji telefonai, pranešimų gavikliai, garso įranga, asmeniniai skaitmeniniai asistentai (PDA), belaidės nuotolinio valdymo sistemos ir žemos įtampos maitinimo moduliai.
Lustinės magnetinės karoliukai:Laikrodžio signalą generuojančios grandinės, filtravimas tarp analoginių ir skaitmeninių grandinių, įvesties/išvesties vidinės jungtys (pvz., nuoseklieji prievadai, lygiagretieji prievadai, klaviatūros, pelės, tolimojo ryšio įrenginiai, vietiniai tinklai), radijo dažnių grandinės ir loginiai įrenginiai, jautrūs trukdžiams, aukšto dažnio laidinių trukdžių filtravimas maitinimo grandinėse, kompiuteriuose, spausdintuvuose, vaizdo įrašymo įrenginiuose (VCRS), elektromagnetinių trikdžių slopinimas televizijos sistemose ir mobiliuosiuose telefonuose.
Magnetinio karoliuko matavimo vienetas yra omas, nes magnetinio karoliuko vardinis vienetas yra pagal varžą, kurią jis sukuria tam tikru dažniu, o varžos vienetas taip pat yra omas.
Magnetinio karoliuko DUOMENŲ LAPAS paprastai pateikia kreivės dažnio ir varžos charakteristikas, paprastai 100 MHz kaip standartą, pavyzdžiui, kai dažnis yra 100 MHz, kai magnetinio karoliuko varža yra lygi 1000 omų.
Dažnių juostai, kurią norime filtruoti, turime pasirinkti didesnę magnetinio karoliuko varžą, tuo geriau, paprastai rinkitės 600 omų ar didesnę varžą.
Be to, renkantis magnetinius karoliukus, būtina atkreipti dėmesį į jų srautą, kurį paprastai reikia sumažinti 80 %, o naudojant maitinimo grandinėse, reikėtų atsižvelgti į nuolatinės srovės varžos įtaką įtampos kritimui.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 24 d.
