Filterkondensatoren, Gleichtaktinduktivitäten und Magnetkügelchen sind gängige Elemente in EMV-Designschaltungen und außerdem drei leistungsstarke Werkzeuge zur Beseitigung elektromagnetischer Störungen.
Für die Rolle dieser drei in der Schaltung glaube ich, dass es viele Ingenieure gibt, die nicht verstehen, dass der Artikel aus dem Entwurf eine detaillierte Analyse des Prinzips der Eliminierung der drei EMV-Schärfsten enthält.
1.Filterkondensator
Obwohl die Resonanz des Kondensators im Hinblick auf das Herausfiltern hochfrequenter Störungen unerwünscht ist, ist die Resonanz des Kondensators nicht immer schädlich.
Wenn die Frequenz des zu filternden Rauschens bestimmt ist, kann die Kapazität des Kondensators so angepasst werden, dass der Resonanzpunkt gerade auf der Störfrequenz liegt.
In der praktischen Technik beträgt die Frequenz des zu filternden elektromagnetischen Rauschens häufig Hunderte von MHz oder sogar mehr als 1 GHz. Für solch hochfrequentes elektromagnetisches Rauschen ist es notwendig, einen Durchgangskondensator zu verwenden, um es effektiv herauszufiltern.
Der Grund, warum gewöhnliche Kondensatoren hochfrequentes Rauschen nicht effektiv herausfiltern können, hat zwei Gründe:
(1) Ein Grund dafür ist, dass die Induktivität der Kondensatorleitung eine Kondensatorresonanz verursacht, die eine große Impedanz für das Hochfrequenzsignal darstellt und den Bypass-Effekt des Hochfrequenzsignals schwächt;
(2) Ein weiterer Grund ist, dass die parasitäre Kapazität zwischen den Drähten das Hochfrequenzsignal koppelt und so den Filtereffekt verringert.
Der Grund dafür, dass der Durchgangskondensator hochfrequentes Rauschen effektiv herausfiltern kann, liegt darin, dass der Durchgangskondensator nicht nur nicht das Problem hat, dass die Leitungsinduktivität dazu führt, dass die Resonanzfrequenz des Kondensators zu niedrig ist.
Und der Durchgangskondensator kann direkt auf der Metallplatte installiert werden, wobei die Metallplatte die Rolle der Hochfrequenzisolierung übernimmt. Bei Verwendung des Durchgangskondensators ist jedoch das Installationsproblem zu beachten.
Die größte Schwäche des Durchgangskondensators ist die Angst vor hohen Temperaturen und Temperatureinflüssen, die beim Schweißen des Durchgangskondensators an die Metallplatte große Schwierigkeiten bereiten.
Viele Kondensatoren werden beim Schweißen beschädigt. Insbesondere wenn eine große Anzahl von Kernkondensatoren auf dem Panel installiert werden muss, ist die Reparatur schwierig, solange ein Schaden vorliegt, da beim Entfernen des beschädigten Kondensators andere Kondensatoren in der Nähe beschädigt werden.
2. Gleichtaktinduktivität
Da es sich bei den EMV-Problemen hauptsächlich um Gleichtaktstörungen handelt, gehören Gleichtaktinduktivitäten auch zu unseren am häufigsten verwendeten leistungsstarken Komponenten.
Der Gleichtaktinduktor ist ein Gleichtakt-Interferenzunterdrückungsgerät mit Ferrit als Kern, das aus zwei Spulen gleicher Größe und gleicher Windungszahl besteht, die symmetrisch auf denselben Ferritring-Magnetkern gewickelt sind, um ein Gerät mit vier Anschlüssen zu bilden hat einen großen Induktivitätsunterdrückungseffekt für das Gleichtaktsignal und eine kleine Streuinduktivität für das Differenzmodussignal.
Das Prinzip besteht darin, dass, wenn der Gleichtaktstrom fließt, sich der Magnetfluss im Magnetring überlagert und somit eine erhebliche Induktivität entsteht, die den Gleichtaktstrom hemmt, und wenn die beiden Spulen durch den Gegentaktstrom fließen, der Magnetfluss im Magnetring heben sich gegenseitig auf und es gibt fast keine Induktivität, sodass der Gegentaktstrom ohne Dämpfung fließen kann.
Daher kann die Gleichtaktinduktivität das Gleichtaktinterferenzsignal in der symmetrischen Leitung effektiv unterdrücken, hat jedoch keinen Einfluss auf die normale Übertragung des Differenzmodussignals.
Gleichtaktinduktoren sollten bei ihrer Herstellung die folgenden Anforderungen erfüllen:
(1) Die um den Spulenkern gewickelten Drähte sollten isoliert sein, um sicherzustellen, dass es unter der Einwirkung einer momentanen Überspannung nicht zu einem Kurzschluss zwischen den Windungen der Spule kommt.
(2) Wenn die Spule durch den momentan großen Strom fließt, sollte der Magnetkern nicht gesättigt sein;
(3) Der Magnetkern in der Spule sollte von der Spule isoliert sein, um einen Durchschlag zwischen den beiden unter Einwirkung einer momentanen Überspannung zu verhindern;
(4) Die Spule sollte möglichst einlagig gewickelt sein, um die parasitäre Kapazität der Spule zu verringern und die Fähigkeit der Spule zur Übertragung transienter Überspannungen zu verbessern.
Unter normalen Umständen ist es bei der Auswahl des zum Filtern erforderlichen Frequenzbands umso besser, je größer die Gleichtaktimpedanz ist. Daher müssen wir bei der Auswahl des Gleichtaktinduktors die Gerätedaten berücksichtigen, hauptsächlich nach Impedanzfrequenzkurve.
Achten Sie bei der Auswahl außerdem auf die Auswirkungen der Differenzmodusimpedanz auf das Signal, wobei Sie sich hauptsächlich auf die Differenzmodusimpedanz konzentrieren und insbesondere auf Hochgeschwindigkeitsanschlüsse achten.
3. Magnetische Perle
Im EMV-Designprozess für digitale Produktschaltungen verwenden wir häufig magnetische Perlen. Ferritmaterial ist eine Eisen-Magnesium-Legierung oder eine Eisen-Nickel-Legierung Frequenz und hoher Widerstand erzeugen minimale Kapazität.
Ferritmaterialien werden normalerweise bei hohen Frequenzen verwendet, da ihre Hauptinduktivitätseigenschaften bei niedrigen Frequenzen die Verluste auf der Leitung sehr gering machen. Bei hohen Frequenzen handelt es sich hauptsächlich um charakteristische Reaktanzverhältnisse, die sich mit der Frequenz ändern. In praktischen Anwendungen werden Ferritmaterialien als Hochfrequenzdämpfer für Hochfrequenzschaltungen verwendet.
Tatsächlich entspricht Ferrit besser der Parallelschaltung von Widerstand und Induktivität, da der Widerstand bei niedriger Frequenz durch die Induktivität kurzgeschlossen wird und die Impedanz der Induktivität bei hoher Frequenz ziemlich hoch wird, sodass der Strom vollständig durch den Widerstand fließt.
Ferrit ist ein Verbraucher, der hochfrequente Energie in Wärmeenergie umwandelt, die durch seine elektrischen Widerstandseigenschaften bestimmt wird. Ferrit-Magnetkügelchen haben bessere Hochfrequenzfiltereigenschaften als gewöhnliche Induktoren.
Ferrit ist bei hohen Frequenzen ohmsch, was einem Induktor mit einem sehr niedrigen Qualitätsfaktor entspricht, sodass es über einen weiten Frequenzbereich eine hohe Impedanz aufrechterhalten kann, wodurch die Effizienz der Hochfrequenzfilterung verbessert wird.
Im Niederfrequenzband besteht die Impedanz aus Induktivität. Bei niedriger Frequenz ist R sehr klein und die magnetische Permeabilität des Kerns ist hoch, sodass die Induktivität groß ist. L spielt eine große Rolle und elektromagnetische Störungen werden durch Reflexion unterdrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verlust des Magnetkerns gering, das gesamte Gerät weist einen geringen Verlust und eine hohe Güte des Induktors auf. Dieser Induktor kann leicht Resonanz verursachen, sodass es im Niederfrequenzband manchmal zu verstärkten Interferenzen kommen kann nach der Verwendung von Ferrit-Magnetperlen.
Im Hochfrequenzband setzt sich die Impedanz aus Widerstandskomponenten zusammen. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Permeabilität des Magnetkerns ab, was zu einer Verringerung der Induktivität des Induktors und einer Verringerung der induktiven Reaktanzkomponente führt.
Zu diesem Zeitpunkt nimmt jedoch der Verlust des Magnetkerns zu, die Widerstandskomponente nimmt zu, was zu einer Erhöhung der Gesamtimpedanz führt, und wenn das Hochfrequenzsignal durch den Ferrit gelangt, werden die elektromagnetischen Störungen absorbiert und in die Form umgewandelt der Wärmeableitung.
Ferrit-Unterdrückungskomponenten werden häufig in Leiterplatten, Stromleitungen und Datenleitungen eingesetzt. Beispielsweise wird am Eingangsende des Netzkabels der Leiterplatte ein Ferrit-Unterdrückungselement angebracht, um hochfrequente Störungen herauszufiltern.
Ferrit-Magnetringe oder Magnetkügelchen werden speziell zur Unterdrückung hochfrequenter Störungen und Spitzenstörungen auf Signalleitungen und Stromleitungen verwendet und haben außerdem die Fähigkeit, Störungen durch elektrostatische Entladungsimpulse zu absorbieren. Der Einsatz von Chip-Magnetkügelchen oder Chip-Induktoren hängt hauptsächlich von der praktischen Anwendung ab.
Chip-Induktivitäten werden in Schwingkreisen eingesetzt. Wenn unnötiges EMI-Rauschen eliminiert werden muss, ist die Verwendung von Chip-Magnetkügelchen die beste Wahl.
Anwendung von Chip-Magnetkügelchen und Chip-Induktoren
Chip-Induktoren:Hochfrequenz (RF) und drahtlose Kommunikation, Informationstechnologiegeräte, Radardetektoren, Automobilelektronik, Mobiltelefone, Pager, Audiogeräte, persönliche digitale Assistenten (PDAs), drahtlose Fernbedienungssysteme und Niederspannungs-Stromversorgungsmodule.
Chip-Magnetperlen:Taktgenerierende Schaltkreise, Filterung zwischen analogen und digitalen Schaltkreisen, interne E/A-Ein-/Ausgangsanschlüsse (z. B. serielle Anschlüsse, parallele Anschlüsse, Tastaturen, Mäuse, Ferntelekommunikation, lokale Netzwerke), HF-Schaltkreise und Logikgeräte sind anfällig für Interferenzen, Filterung hochfrequenter leitungsgebundener Störungen in Stromversorgungskreisen, Computern, Druckern, Videorecordern (VCRS), EMI-Rauschunterdrückung in Fernsehsystemen und Mobiltelefonen.
Die Einheit der Magnetperle ist Ohm, da die Einheit der Magnetperle nominell entsprechend der Impedanz ist, die sie bei einer bestimmten Frequenz erzeugt, und die Einheit der Impedanz ebenfalls Ohm ist.
Das DATENBLATT der Magnetperle liefert im Allgemeinen die Frequenz- und Impedanzeigenschaften der Kurve, im Allgemeinen 100 MHz als Standard, beispielsweise wenn die Frequenz 100 MHz beträgt, wenn die Impedanz der Magnetperle 1000 Ohm entspricht.
Für das Frequenzband, das wir filtern möchten, müssen wir wählen, je größer die Impedanz der Magnetperle ist, desto besser. Wählen Sie normalerweise eine Impedanz von 600 Ohm oder mehr.
Darüber hinaus muss bei der Auswahl der Magnetperlen auf den Fluss der Magnetperlen geachtet werden, der im Allgemeinen um 80 % reduziert werden muss, und der Einfluss der Gleichstromimpedanz auf den Spannungsabfall sollte bei der Verwendung in Stromkreisen berücksichtigt werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Juli 2023
