Filtrikondensaatorid, ühisrežiimi induktiivpoolid ja magnethelmed on EMC-disainiahelates tavalised tegelased ning on ka kolm võimsat tööriista elektromagnetiliste häirete kõrvaldamiseks.
Usun, et paljud insenerid ei mõista nende kolme rolli vooluringis. Artiklis käsitletakse üksikasjalikult kolme kõige teravama EMC-i kõrvaldamise põhimõtet.
1.Filtrkondensaator
Kuigi kondensaatori resonants on kõrgsagedusliku müra filtreerimise seisukohast ebasoovitav, ei ole kondensaatori resonants alati kahjulik.
Kui filtreeritava müra sagedus on kindlaks määratud, saab kondensaatori mahtuvust reguleerida nii, et resonantspunkt langeks täpselt häiringu sagedusele.
Praktilises inseneritöös on filtreeritava elektromagnetilise müra sagedus sageli sadu megahertse või isegi üle 1 GHz. Sellise kõrgsagedusliku elektromagnetilise müra puhul on vaja kasutada läbiva südamikuga kondensaatorit, et see tõhusalt välja filtreeriks.
Põhjus, miks tavalised kondensaatorid ei suuda kõrgsageduslikku müra tõhusalt filtreerida, on kahel põhjusel:
(1) Üks põhjus on see, et kondensaatori juhtme induktiivsus põhjustab kondensaatori resonantsi, mis annab kõrgsagedussignaalile suure impedantsi ja nõrgestab kõrgsagedussignaali möödaviiguefekti;
(2) Teine põhjus on see, et parasiitne mahtuvus kõrgsagedussignaali ühendavate juhtmete vahel vähendab filtreerimisefekti.
Põhjus, miks läbiva südamikuga kondensaator suudab kõrgsageduslikku müra tõhusalt filtreerida, on see, et läbiva südamikuga kondensaatoril pole mitte ainult probleemi, et plii induktiivsus põhjustab kondensaatori resonantssageduse liiga madalaks muutumist.
Ja läbiva südamikuga kondensaatori saab otse metallpaneelile paigaldada, kasutades metallpaneeli kõrgsagedusliku isolatsiooni rolli täitmiseks. Läbiva südamikuga kondensaatori kasutamisel tuleb aga tähelepanu pöörata paigaldusprobleemile.
Läbiva südamikuga kondensaatori suurim nõrkus on hirm kõrge temperatuuri ja temperatuurimõjude ees, mis tekitab suuri raskusi läbiva südamikuga kondensaatori metallpaneelile keevitamisel.
Keevitamise käigus saab kahjustada palju kondensaatoreid. Eriti kui paneelile on vaja paigaldada suur hulk südamikkondensaatoreid, on kahjustusi raske parandada, sest kahjustatud kondensaatori eemaldamine kahjustab ka teisi lähedalasuvaid kondensaatoreid.
2. Ühisrežiimi induktiivsus
Kuna elektromagnetilise ühilduvuse probleemid on enamasti ühisrežiimi häired, on ühisrežiimi induktiivpoolid ka üks meie levinumaid võimsaid komponente.
Ühisrežiimi induktiivpool on ühisrežiimi häirete summutamise seade, mille südamikuks on ferriit. See koosneb kahest sama suurusega ja sama arvu keerdudega mähisest, mis on sümmeetriliselt keritud samale ferriitrõnga magnetilisele südamikule, moodustades neljaklemmilise seadme. Ühisrežiimi signaalil on suur induktiivsuse summutamise efekt ja diferentsiaalrežiimi signaalil väike lekkeinduktiivsus.
Põhimõte on selles, et kui ühisrežiimi vool voolab, siis magnetrõnga magnetvoog kattub üksteisega, omades seega märkimisväärset induktiivsust, mis pärsib ühisrežiimi voolu, ja kui kaks mähist voolavad läbi diferentsiaalrežiimi voolu, siis magnetrõnga magnetvoog tühistab teineteise ja induktiivsust peaaegu pole, nii et diferentsiaalrežiimi vool saab läbida ilma sumbumiseta.
Seega suudab ühisrežiimi induktiivpool tõhusalt summutada tasakaalustatud liini ühisrežiimi interferentsisignaali, kuid ei mõjuta diferentsiaalrežiimi signaali normaalset edastust.
Ühisrežiimi induktiivpoolid peaksid nende tootmisel vastama järgmistele nõuetele:
(1) Mähise südamikule keritud juhtmed tuleks isoleerida, et hetkelise ülepinge mõjul ei tekiks mähise keerdude vahel lühiühendust;
(2) Kui mähis voolab läbi hetkelise suure voolu, ei tohiks magnetiline südamik olla küllastunud;
(3) Mähise magnetiline südamik peaks olema mähisest isoleeritud, et vältida kahe südamiku vahelist läbilööki hetkelise ülepinge mõjul;
(4) Mähis tuleks võimalikult ühe kihina kerida, et vähendada mähise parasiitset mahtuvust ja parandada mähise võimet edastada mööduvat ülepinget.
Tavapärastes tingimustes, pöörates tähelepanu filtreerimiseks vajaliku sagedusriba valikule, on ühisrežiimi impedantsi suurem väärtus parem, seega peame ühisrežiimi induktiivpooli valimisel vaatama seadme andmeid, peamiselt impedantsi sageduskõvera järgi.
Lisaks pöörake valimisel tähelepanu diferentsiaalrežiimi impedantsi mõjule signaalile, keskendudes peamiselt diferentsiaalrežiimi impedantsile, pöörates erilist tähelepanu kiiretele portidele.
3.Magnetiline rant
Digitaalse vooluahela EMC-projekteerimisprotsessis kasutame sageli magnetilisi helmeid. Ferriitmaterjal on raua-magneesiumisulam või raua-nikli sulam. Sellel materjalil on kõrge magnetiline läbitavus ja see võib olla induktiivpool mähise vahel, kui sagedus on kõrge ja takistus on minimaalne.
Ferriitmaterjale kasutatakse tavaliselt kõrgetel sagedustel, kuna madalatel sagedustel muudavad nende peamised induktiivsuse karakteristikud liini kadu väga väikeseks. Kõrgetel sagedustel on need peamiselt reaktantsi karakteristikute suhted ja muutuvad sagedusega. Praktikas kasutatakse ferriitmaterjale raadiosagedusahelate kõrgsagedusnõrutitena.
Tegelikult on ferriit paremini samaväärne takistuse ja induktiivsuse paralleeliga, madalal sagedusel lühistab induktiivpool takistuse ja kõrgel sagedusel muutub induktiivpooli impedants üsna kõrgeks, nii et kogu vool läbib takistust.
Ferriit on tarbiv seade, millel kõrgsageduslik energia muundatakse soojusenergiaks, mille määravad selle elektritakistuse omadused. Ferriidist magnethelmestel on paremad kõrgsageduslikud filtreerimisomadused kui tavalistel induktiivpoolidel.
Ferriit on kõrgetel sagedustel takistuslik, mis on samaväärne väga madala kvaliteediteguriga induktiivpooliga, seega suudab see säilitada kõrge impedantsi laias sagedusvahemikus, parandades seeläbi kõrgsagedusliku filtreerimise efektiivsust.
Madalsagedusalas koosneb impedants induktiivsusest. Madalsagedusel on R väga väike ja südamiku magnetiline läbitavus on kõrge, seega on induktiivsus suur. L mängib olulist rolli ja elektromagnetilised häired summutatakse peegelduse abil. Samal ajal on magnetilise südamiku kadu väike, kogu seadme kadu on väike ja induktiivpoolil on kõrge Q-karakteristik. See induktiivpool tekitab kergesti resonantsi. Seetõttu võib madalsagedusalas mõnikord ferriitmagnethelmeste kasutamise järel esineda suurenenud häireid.
Kõrgsagedusalas koosneb impedants takistuskomponentidest. Sageduse suurenedes väheneb magnetilise südamiku läbitavus, mille tulemuseks on induktiivsuse ja induktiivse reaktantsi komponendi vähenemine.
Kuid sel ajal suureneb magnetilise südamiku kadu, takistuskomponent suureneb, mille tulemuseks on kogutakistuse suurenemine ja kui kõrgsagedussignaal läbib ferriiti, neeldub elektromagnetiline interferents ja muundub soojuse hajumise vormiks.
Ferriidist summutuskomponente kasutatakse laialdaselt trükkplaatides, elektri- ja andmesideliinides. Näiteks trükiplaadi toitejuhtme sisendotsa lisatakse ferriidist summutuselement, et filtreerida välja kõrgsageduslikke häireid.
Ferriitmagnetrõngast või magnethelmest kasutatakse spetsiaalselt kõrgsageduslike ja tipp-häirete summutamiseks signaali- ja elektriliinidel ning sellel on ka võime neelata elektrostaatilise tühjenemise impulsside häireid. Kiibimagnethelmeste või kiibinduktorite kasutamine sõltub peamiselt praktilisest rakendusest.
Resonantsahelates kasutatakse kiibinduktoreid. Kui on vaja kõrvaldada ebavajalik elektromagnetiline müra, on parim valik kiibi magnethelmeste kasutamine.
Kiibi magnethelmeste ja kiibinduktorite kasutamine
Kiibi induktiivpoolid:Raadiosageduslik (RF) ja traadita side, infotehnoloogiaseadmed, radaridetektorid, autoelektroonika, mobiiltelefonid, piiparid, heliseadmed, pihuarvutid (PDA-d), traadita kaugjuhtimissüsteemid ja madalpinge toitemoodulid.
Kiibi magnethelmed:Kella genereerivad vooluringid, analoog- ja digitaalvooluringide vaheline filtreerimine, sisend-/väljundühendused (nt jadapordid, paralleelpordid, klaviatuurid, hiired, pikamaa telekommunikatsiooniseadmed, kohtvõrgud), häiretele vastuvõtlikud raadiosageduslikud vooluringid ja loogikaseadmed, kõrgsageduslike juhtivuslike häirete filtreerimine toiteahelates, arvutites, printerites, videomagnetofonides (VCRS), elektromagnetiliste häirete summutamine televisioonisüsteemides ja mobiiltelefonides.
Magnetilise helme ühik on oom, kuna magnetilise helme ühik on nominaalne vastavalt impedantsile, mida see teatud sagedusel tekitab, ja impedantsi ühik on samuti oom.
Magnetilise helme andmeleht annab üldiselt kõvera sageduse ja impedantsi karakteristikud, üldiselt 100 MHz standardina, näiteks kui sagedus on 100 MHz, kui magnetilise helme impedants on võrdne 1000 oomiga.
Filtreeritava sagedusriba jaoks peame valima magnetilise helme impedantsi, mida suurem on see, seda parem, tavaliselt valitakse impedants 600 oomi või rohkem.
Lisaks tuleb magnethelmeste valimisel pöörata tähelepanu magnethelmeste voogule, mida tuleb üldiselt 80% võrra vähendada, ning toiteahelates kasutamisel tuleks arvestada alalisvoolu impedantsi mõjuga pingelangusele.
Postituse aeg: 24. juuli 2023
