Los condensadores de filtro, los inductores de modo común y los microesferas magnéticas son figuras comunes en los circuitos de diseño EMC y también son tres herramientas poderosas para eliminar la interferencia electromagnética.
Para el papel de estos tres en el circuito, creo que hay muchos ingenieros que no entienden, el artículo del diseño de un análisis detallado del principio de eliminación de los tres EMC más agudos.
1. Condensador de filtro
Aunque la resonancia del condensador es indeseable desde el punto de vista del filtrado de ruido de alta frecuencia, la resonancia del condensador no siempre es dañina.
Cuando se determina la frecuencia del ruido que se va a filtrar, se puede ajustar la capacidad del capacitor de manera que el punto de resonancia caiga justo en la frecuencia de perturbación.
En la ingeniería práctica, la frecuencia del ruido electromagnético que se debe filtrar suele ser de cientos de MHz, o incluso más de 1 GHz. Para un ruido electromagnético de tan alta frecuencia, es necesario utilizar un condensador de núcleo pasante para filtrarlo eficazmente.
La razón por la que los condensadores ordinarios no pueden filtrar eficazmente el ruido de alta frecuencia se debe a dos razones:
(1) Una razón es que la inductancia del cable del capacitor provoca resonancia del capacitor, lo que presenta una gran impedancia a la señal de alta frecuencia y debilita el efecto de derivación de la señal de alta frecuencia;
(2) Otra razón es que la capacitancia parásita entre los cables que acoplan la señal de alta frecuencia, reduce el efecto de filtrado.
La razón por la cual el capacitor de núcleo pasante puede filtrar eficazmente el ruido de alta frecuencia es que el capacitor de núcleo pasante no solo no tiene el problema de que la inductancia del cable hace que la frecuencia de resonancia del capacitor sea demasiado baja.
El condensador de núcleo pasante puede instalarse directamente en el panel metálico, lo que permite el aislamiento de alta frecuencia. Sin embargo, al utilizarlo, es importante tener en cuenta el problema de instalación.
La mayor debilidad del condensador de núcleo pasante es el temor a las altas temperaturas y al impacto de la temperatura, lo que provoca grandes dificultades al soldar el condensador de núcleo pasante al panel metálico.
Muchos condensadores se dañan durante la soldadura. Especialmente cuando se deben instalar muchos condensadores de núcleo en el panel, si hay daños, es difícil repararlos, ya que al retirarlos, se dañan otros condensadores cercanos.
2. Inductancia de modo común
Dado que los problemas que enfrenta EMC son en su mayoría interferencias de modo común, los inductores de modo común también son uno de nuestros componentes potentes de uso común.
El inductor de modo común es un dispositivo de supresión de interferencias de modo común con ferrita como núcleo, que consta de dos bobinas del mismo tamaño y el mismo número de vueltas enrolladas simétricamente en el mismo núcleo magnético de anillo de ferrita para formar un dispositivo de cuatro terminales, que tiene un gran efecto de supresión de inductancia para la señal de modo común y una pequeña inductancia de fuga para la señal de modo diferencial.
El principio es que cuando fluye la corriente de modo común, el flujo magnético en el anillo magnético se superpone, teniendo así una inductancia considerable, que inhibe la corriente de modo común, y cuando las dos bobinas fluyen a través de la corriente de modo diferencial, el flujo magnético en el anillo magnético se cancela entre sí, y casi no hay inductancia, por lo que la corriente de modo diferencial puede pasar sin atenuación.
Por lo tanto, el inductor de modo común puede suprimir eficazmente la señal de interferencia de modo común en la línea balanceada, pero no tiene efecto en la transmisión normal de la señal de modo diferencial.
Los inductores de modo común deben cumplir los siguientes requisitos cuando se fabrican:
(1) Los cables enrollados en el núcleo de la bobina deben estar aislados para garantizar que no se produzca ninguna ruptura o cortocircuito entre las espiras de la bobina bajo la acción de una sobretensión instantánea;
(2) Cuando la bobina fluye a través de la gran corriente instantánea, el núcleo magnético no debe saturarse;
(3) El núcleo magnético de la bobina debe estar aislado de la bobina para evitar la ruptura entre los dos bajo la acción de una sobretensión instantánea;
(4) La bobina debe estar enrollada en una sola capa en la medida que sea posible, a fin de reducir la capacitancia parásita de la bobina y mejorar la capacidad de la bobina para transmitir sobretensión transitoria.
En circunstancias normales, al prestar atención a la selección de la banda de frecuencia requerida para filtrar, cuanto mayor sea la impedancia de modo común, mejor, por lo que debemos observar los datos del dispositivo al seleccionar el inductor de modo común, principalmente de acuerdo con la curva de frecuencia de impedancia.
Además, al seleccionar, preste atención al impacto de la impedancia del modo diferencial en la señal, centrándose principalmente en la impedancia del modo diferencial, prestando especial atención a los puertos de alta velocidad.
3. Perla magnética
En el proceso de diseño EMC del circuito digital del producto, a menudo utilizamos perlas magnéticas, el material de ferrita es aleación de hierro y magnesio o aleación de hierro y níquel, este material tiene una alta permeabilidad magnética, puede ser el inductor entre el devanado de la bobina en el caso de alta frecuencia y alta resistencia generada capacitancia mínima.
Los materiales de ferrita se suelen utilizar a altas frecuencias, ya que a bajas frecuencias sus principales características de inductancia hacen que la pérdida en la línea sea muy pequeña. A altas frecuencias, se trata principalmente de relaciones características de reactancia y varían con la frecuencia. En aplicaciones prácticas, los materiales de ferrita se utilizan como atenuadores de alta frecuencia para circuitos de radiofrecuencia.
De hecho, la ferrita es un mejor equivalente al paralelo de la resistencia y la inductancia, la resistencia es cortocircuitada por el inductor a baja frecuencia y la impedancia del inductor se vuelve bastante alta a alta frecuencia, de modo que toda la corriente pasa a través de la resistencia.
La ferrita es un dispositivo de consumo en el que la energía de alta frecuencia se convierte en energía térmica, determinada por sus características de resistencia eléctrica. Las perlas magnéticas de ferrita ofrecen mejores características de filtrado de alta frecuencia que los inductores convencionales.
La ferrita es resistiva a altas frecuencias, equivalente a un inductor con un factor de calidad muy bajo, por lo que puede mantener una alta impedancia en un amplio rango de frecuencias, mejorando así la eficiencia del filtrado de alta frecuencia.
En la banda de baja frecuencia, la impedancia se compone de inductancia. A baja frecuencia, R es muy pequeño y la permeabilidad magnética del núcleo es alta, por lo que la inductancia es alta. L juega un papel importante, y la interferencia electromagnética se suprime por reflexión. En este caso, la pérdida del núcleo magnético es pequeña, y todo el dispositivo presenta características de baja pérdida y alta Q del inductor, lo que facilita la resonancia. Por lo tanto, en la banda de baja frecuencia, a veces puede haber mayor interferencia tras el uso de perlas magnéticas de ferrita.
En la banda de alta frecuencia, la impedancia se compone de componentes de resistencia. A medida que aumenta la frecuencia, disminuye la permeabilidad del núcleo magnético, lo que resulta en una disminución de la inductancia del inductor y de la reactancia inductiva.
Sin embargo, en este momento, la pérdida del núcleo magnético aumenta, el componente de resistencia aumenta, lo que resulta en un aumento en la impedancia total y cuando la señal de alta frecuencia pasa a través de la ferrita, la interferencia electromagnética se absorbe y se convierte en forma de disipación de calor.
Los componentes de supresión de ferrita se utilizan ampliamente en placas de circuito impreso, líneas eléctricas y líneas de datos. Por ejemplo, se añade un elemento de supresión de ferrita al extremo de entrada del cable de alimentación de la placa para filtrar las interferencias de alta frecuencia.
El anillo magnético de ferrita o perla magnética se utiliza especialmente para suprimir interferencias de alta frecuencia e interferencias de pico en líneas de señal y líneas eléctricas, y también tiene la capacidad de absorber interferencias de pulsos de descarga electrostática. El uso de perlas magnéticas o inductores de chip depende principalmente de la aplicación práctica.
Los inductores de chip se utilizan en circuitos resonantes. Cuando es necesario eliminar el ruido EMI innecesario, el uso de microesferas magnéticas de chip es la mejor opción.
Aplicación de perlas magnéticas de chip e inductores de chip
Inductores de chip:Comunicaciones por radiofrecuencia (RF) e inalámbricas, equipos de tecnología de la información, detectores de radar, electrónica automotriz, teléfonos celulares, buscapersonas, equipos de audio, asistentes digitales personales (PDA), sistemas de control remoto inalámbrico y módulos de suministro de energía de bajo voltaje.
Perlas magnéticas con chip:Circuitos generadores de reloj, filtrado entre circuitos analógicos y digitales, conectores internos de entrada/salida E/S (como puertos serie, puertos paralelos, teclados, ratones, telecomunicaciones de larga distancia, redes de área local), circuitos de RF y dispositivos lógicos susceptibles a interferencias, filtrado de interferencias conducidas de alta frecuencia en circuitos de alimentación, ordenadores, impresoras, grabadoras de vídeo (VCRS), supresión de ruido EMI en sistemas de televisión y teléfonos móviles.
La unidad de la perla magnética es el ohm, porque la unidad de la perla magnética es nominal de acuerdo con la impedancia que produce a una determinada frecuencia, y la unidad de impedancia también es el ohm.
La HOJA DE DATOS de la perla magnética generalmente proporcionará las características de frecuencia e impedancia de la curva, generalmente 100 MHz como estándar, por ejemplo, cuando la frecuencia de 100 MHz cuando la impedancia de la perla magnética es equivalente a 1000 ohmios.
Para la banda de frecuencia que queremos filtrar, debemos elegir cuanto mayor sea la impedancia del cordón magnético, mejor, generalmente elegimos una impedancia de 600 ohmios o más.
Además, al seleccionar perlas magnéticas, es necesario prestar atención al flujo de las perlas magnéticas, que generalmente debe reducirse en un 80%, y se debe considerar la influencia de la impedancia de CC en la caída de voltaje cuando se utilizan en circuitos de potencia.
Hora de publicación: 24 de julio de 2023
