Filterkondensatoren, Gleichtaktinduktivitäten und Magnetperlen sind gängige Elemente in EMV-Schaltkreisen und außerdem drei leistungsstarke Werkzeuge zur Beseitigung elektromagnetischer Störungen.
Ich glaube, dass viele Ingenieure die Rolle dieser drei in der Schaltung nicht verstehen. Der Artikel enthält eine detaillierte Analyse des Prinzips zur Beseitigung der drei EMV-Probleme aus dem Design.
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 eingestellt werden, dass der Resonanzpunkt gerade auf die Störfrequenz fällt.
In der Praxis liegt die Frequenz des zu filternden elektromagnetischen Rauschens oft bei mehreren hundert MHz oder sogar über 1 GHz. Um dieses hochfrequente elektromagnetische Rauschen effektiv herauszufiltern, ist die Verwendung eines Kernkondensators erforderlich.
Der Grund, warum herkömmliche Kondensatoren Hochfrequenzrauschen nicht wirksam herausfiltern können, hat zwei Gründe:
(1) Ein Grund besteht darin, 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 die parasitäre Kapazität zwischen den Drähten, die das Hochfrequenzsignal koppeln, wodurch die Filterwirkung verringert wird.
Der Grund, warum der Durchgangskernkondensator hochfrequentes Rauschen effektiv herausfiltern kann, liegt darin, dass der Durchgangskernkondensator nicht nur nicht das Problem aufweist, dass die Leitungsinduktivität dazu führt, dass die Resonanzfrequenz des Kondensators zu niedrig ist.
Und der Durchgangskernkondensator kann direkt auf der Metallplatte installiert werden, wobei die Metallplatte die Rolle der Hochfrequenzisolierung übernimmt. Bei der Verwendung des Durchgangskernkondensators ist jedoch das Installationsproblem zu beachten.
Die größte Schwäche des Durchkernkondensators ist die Angst vor hohen Temperaturen und Temperatureinwirkungen, die beim Verschweißen des Durchkernkondensators mit der Metallplatte große Schwierigkeiten verursachen.
Viele Kondensatoren werden beim Schweißen beschädigt. Insbesondere wenn eine große Anzahl von Kernkondensatoren auf dem Panel installiert werden muss, ist eine 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 meist um Gleichtaktstörungen handelt, gehören Gleichtaktinduktivitäten auch zu unseren häufig verwendeten leistungsstarken Komponenten.
Die Gleichtaktinduktivität ist ein Gerät zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen mit Ferrit als Kern. Es besteht aus zwei Spulen gleicher Größe und gleicher Windungszahl, die symmetrisch auf denselben Ferritringmagnetkern gewickelt sind, um ein Gerät mit vier Anschlüssen zu bilden, das eine große Induktivitätsunterdrückungswirkung für das Gleichtaktsignal und eine kleine Streuinduktivität für das Differenzmodussignal aufweist.
Das Prinzip besteht darin, dass sich beim Fließen des Gleichtaktstroms die magnetischen Flüsse im Magnetring überlagern und somit eine erhebliche Induktivität entsteht, die den Gleichtaktstrom hemmt. Wenn hingegen der Gegentaktstrom durch die beiden Spulen fließt, heben sich die magnetischen Flüsse im Magnetring gegenseitig auf und es entsteht nahezu keine Induktivität, sodass der Gegentaktstrom ungedämpft fließen kann.
Daher kann die Gleichtaktinduktivität das Gleichtaktstörsignal in der symmetrischen Leitung wirksam unterdrücken, hat jedoch keinen Einfluss auf die normale Übertragung des Differenzmodussignals.
Gleichtaktinduktivitäten sollten bei ihrer Herstellung die folgenden Anforderungen erfüllen:
(1) Die auf den Spulenkern gewickelten Drähte sollten isoliert sein, um sicherzustellen, dass es bei Einwirkung einer momentanen Überspannung nicht zu einem Kurzschluss zwischen den Windungen der Spule kommt.
(2) Wenn durch die Spule ein momentan hoher 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 bei 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 vorübergehender Überspannungen zu verbessern.
Unter normalen Umständen ist es bei der Auswahl des für die Filterung erforderlichen Frequenzbands umso besser, je größer die Gleichtaktimpedanz ist. Daher müssen wir bei der Auswahl der Gleichtaktinduktivität die Gerätedaten berücksichtigen, hauptsächlich entsprechend der Impedanzfrequenzkurve.
Achten Sie bei der Auswahl außerdem auf die Auswirkungen der Differenzialimpedanz auf das Signal. Konzentrieren Sie sich dabei vor allem auf die Differenzialimpedanz und achten Sie insbesondere auf Hochgeschwindigkeitsports.
3. Magnetische Perle
Im EMV-Designprozess für digitale Produktschaltkreise werden häufig magnetische Perlen verwendet. Ferritmaterial ist eine Eisen-Magnesium-Legierung oder eine Eisen-Nickel-Legierung. Dieses Material hat eine hohe magnetische Permeabilität und kann bei hohen Frequenzen und hohem Widerstand die zwischen den Spulenwicklungen erzeugte Kapazität minimieren.
Ferritmaterialien werden üblicherweise bei hohen Frequenzen eingesetzt, da ihre Hauptinduktivität bei niedrigen Frequenzen den Leitungsverlust sehr gering macht. Bei hohen Frequenzen sind es hauptsächlich Reaktanzkennwerte, die sich mit der Frequenz ändern. In der Praxis werden Ferritmaterialien als Hochfrequenzdämpfungsglieder für Hochfrequenzschaltungen eingesetzt.
Tatsächlich ist Ferrit ein besseres Äquivalent zur Parallelschaltung von Widerstand und Induktivität. Bei niedriger Frequenz wird der Widerstand durch die Induktivität kurzgeschlossen, und bei hoher Frequenz wird die Impedanz der Induktivität ziemlich hoch, sodass der gesamte Strom durch den Widerstand fließt.
Ferrit ist ein Verbraucher, der Hochfrequenzenergie in Wärmeenergie umwandelt. Die Umwandlung erfolgt über den elektrischen Widerstand. Ferrit-Magnetperlen verfügen über bessere Hochfrequenzfiltereigenschaften als herkömmliche Induktoren.
Ferrit ist bei hohen Frequenzen ohmsch, was einem Induktor mit sehr geringem Qualitätsfaktor entspricht. Daher kann es über einen weiten Frequenzbereich eine hohe Impedanz aufrechterhalten und so die Effizienz der Hochfrequenzfilterung verbessern.
Im Niederfrequenzbereich setzt sich die Impedanz aus der Induktivität zusammen. Bei niedrigen Frequenzen ist R sehr klein und die magnetische Permeabilität des Kerns hoch, sodass die Induktivität groß ist. L spielt eine wichtige Rolle, und elektromagnetische Störungen werden durch Reflexion unterdrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verlust des Magnetkerns gering, und das gesamte Gerät ist ein Induktor mit geringen Verlusten und hohem Q-Charakter. Dieser Induktor neigt leicht zu Resonanzen, sodass im Niederfrequenzbereich nach der Verwendung von Ferrit-Magnetperlen manchmal verstärkte Störungen auftreten können.
Im Hochfrequenzband besteht die Impedanz aus Widerstandskomponenten. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Permeabilität des Magnetkerns ab, was zu einer Verringerung der Induktivität der Induktivität 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 läuft, werden die elektromagnetischen Störungen absorbiert und in Form von Wärmeableitung umgewandelt.
Ferrit-Entstörkomponenten werden häufig in Leiterplatten, Stromleitungen und Datenleitungen verwendet. Beispielsweise wird am Eingangsende des Netzkabels der Leiterplatte ein Ferrit-Entstörelement hinzugefügt, um hochfrequente Störungen herauszufiltern.
Ferrit-Magnetringe oder -Magnetperlen werden speziell zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen und Spitzenstörungen auf Signal- und Stromleitungen eingesetzt und absorbieren zudem elektrostatische Entladungsimpulsstörungen. Die Verwendung von Chip-Magnetperlen oder Chip-Induktivitäten hängt hauptsächlich von der praktischen Anwendung ab.
Chip-Induktivitäten werden in Resonanzkreisen eingesetzt. Wenn unnötige elektromagnetische Störungen vermieden werden müssen, ist die Verwendung von Chip-Magnetperlen die beste Wahl.
Anwendung von Chip-Magnetperlen und Chip-Induktoren
Chip-Induktivitäten:Hochfrequenz- (RF) und drahtlose Kommunikation, Informationstechnologiegeräte, Radarwarner, Automobilelektronik, Mobiltelefone, Pager, Audiogeräte, Personal Digital Assistants (PDAs), drahtlose Fernbedienungssysteme und Niederspannungs-Stromversorgungsmodule.
Chip-Magnetperlen:Taktgenerierende Schaltkreise, Filterung zwischen analogen und digitalen Schaltkreisen, interne E/A-Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse (wie serielle Schnittstellen, parallele Schnittstellen, Tastaturen, Mäuse, Fernkommunikation, lokale Netzwerke), HF-Schaltkreise und logische Geräte, die anfällig für Störungen sind, Filterung von leitungsgebundenen Hochfrequenzstörungen in Stromversorgungsschaltkreisen, Computern, Druckern, Videorekordern (VCRS), Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen in Fernsehsystemen und Mobiltelefonen.
Die Einheit der Magnetperle ist Ohm, da die Einheit der Magnetperle entsprechend der Impedanz, die sie bei einer bestimmten Frequenz erzeugt, nominal ist und die Einheit der Impedanz ebenfalls Ohm ist.
Das DATENBLATT der Magnetperle enthält im Allgemeinen die Frequenz- und Impedanzkennlinie, wobei im Allgemeinen 100 MHz der Standard ist. Beispielsweise entspricht die Impedanz der Magnetperle bei einer Frequenz von 100 MHz 1000 Ohm.
Für das Frequenzband, das wir filtern möchten, müssen wir eine Impedanz der Magnetperle wählen, die umso besser ist, je größer sie ist. Normalerweise wählen wir 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. Außerdem muss bei der Verwendung in Stromkreisen der Einfluss der Gleichstromimpedanz auf den Spannungsabfall berücksichtigt werden.
Beitragszeit: 24. Juli 2023
