vijesti

Uobičajena situacija: Inženjer dizajna ubacuje feritnu kuglicu u kolo koje ima problema sa elektromagnetskom kompatibilnošću, samo da bi otkrilo da perla zapravo pogoršava neželjenu buku. Kako bi to moglo biti? Zar feritne perle ne bi trebale eliminirati energiju buke bez pogoršanja problema?
Odgovor na ovo pitanje je prilično jednostavan, ali možda neće biti široko razumljiv osim za one koji većinu vremena provode rješavajući EMI probleme. Jednostavno rečeno, feritne perle nisu feritne perle, nisu feritne perle, itd. Većina proizvođača feritnih perli nudi tabela koja navodi njihov kataloški broj, impedanciju na određenoj frekvenciji (obično 100 MHz), DC otpor (DCR), maksimalnu nazivnu struju i neke dimenzije Informacije (vidi tabelu 1). Sve je skoro standardno. Ono što nije prikazano u podacima list je informacija o materijalu i odgovarajuće karakteristike frekvencije.
Feritne perle su pasivni uređaj koji može ukloniti energiju buke iz kola u obliku topline. Magnetne perle generiraju impedanciju u širokom frekventnom rasponu, čime se eliminira cjelokupna ili dio neželjene energije buke u ovom frekvencijskom rasponu. Za primjene jednosmjernog napona ( kao što je Vcc linija IC-a), poželjno je imati nisku vrijednost DC otpora kako bi se izbjegli veliki gubici snage u traženom izvoru signala i/ili napona ili struje (I2 x DCR gubitak). Međutim, poželjno je imati visoka impedancija u određenim definisanim frekventnim opsezima. Prema tome, impedansa je povezana s upotrijebljenim materijalom (propusnost), veličinom feritne perle, brojem namotaja i strukturom namota. Očigledno, u datoj veličini kućišta i specifičnom materijalu koji se koristi , što je više namotaja, veća je impedansa, ali kako je fizička dužina unutrašnjeg namotaja duža, to će također proizvesti veći DC otpor. Nazivna struja ove komponente je obrnuto proporcionalna njenom DC otporu.
Jedan od osnovnih aspekata upotrebe feritnih perli u EMI aplikacijama je da komponenta mora biti u fazi otpora. Što to znači? Jednostavno rečeno, to znači da "R" (otpor naizmjenične struje) mora biti veći od "XL" (induktivni reaktansa).Na frekvencijama gdje je XL> R (niža frekvencija), komponenta je više kao induktor nego otpornik. Na frekvenciji R> XL, dio se ponaša kao otpornik, što je obavezna karakteristika feritnih perli. frekvencija na kojoj “R” postaje veći od “XL” naziva se “crossover” frekvencija. Ovo je prikazano na slici 1, gdje je frekvencija skretnice u ovom primjeru 30 MHz i označena je crvenom strelicom.
Drugi način da se ovo sagleda je u smislu onoga što komponenta zapravo radi tokom svojih faza induktivnosti i otpora. Kao i kod drugih aplikacija gdje impedancija induktora nije usklađena, dio dolaznog signala se reflektuje nazad ka izvoru. Ovo može pružaju određenu zaštitu za osjetljivu opremu na drugoj strani feritne perle, ali također uvodi "L" u kolo, što može uzrokovati rezonanciju i oscilaciju (zvonjenje). Stoga, kada su magnetne perle još uvijek induktivne po prirodi, dio energije buke će se reflektirati i dio energije buke će proći, ovisno o vrijednostima induktivnosti i impedanse.
Kada je feritna perla u otpornoj fazi, komponenta se ponaša kao otpornik, tako da blokira energiju buke i apsorbuje tu energiju iz kola, te je apsorbuje u obliku toplote. Iako je konstruisana na isti način kao i neki induktori, koristeći isti proces, proizvodna linija i tehnologija, mašinerija i neki od istih materijala komponenti, feritne perle koriste feritne materijale sa gubitkom, dok induktori koriste materijal sa malim gubitkom kiseonika od gvožđa. Ovo je prikazano na krivulji na slici 2.
Na slici je prikazano [μ''], što odražava ponašanje feritnog materijala perli sa gubicima.
Činjenica da je impedansa data na 100 MHz također je dio problema selekcije. U mnogim slučajevima EMI, impedansa na ovoj frekvenciji je irelevantna i pogrešna. Vrijednost ove "tačke" ne pokazuje da li se impedansa povećava, smanjuje , postaje ravna, a impedancija dostiže svoju vršnu vrijednost na ovoj frekvenciji, te da li je materijal još uvijek u fazi induktivnosti ili se transformirao u fazu otpora. Zapravo, mnogi dobavljači feritnih perli koriste više materijala za istu feritnu perlu, ili barem kao što je prikazano u tehničkom listu. Vidi sliku 3. Svih 5 krivulja na ovoj slici su za različite feritne perle od 120 oma.
Zatim, ono što korisnik mora dobiti je kriva impedanse koja pokazuje frekvencijske karakteristike feritne perle. Primjer tipične krive impedanse prikazan je na slici 4.
Slika 4 pokazuje veoma važnu činjenicu. Ovaj dio je označen kao feritna perla od 50 oma sa frekvencijom od 100 MHz, ali mu je frekvencija skretnice oko 500 MHz, a postiže više od 300 oma između 1 i 2,5 GHz. Opet, samo Gledanje u tablicu sa podacima neće obavijestiti korisnika o tome i može dovesti do zablude.
Kao što je prikazano na slici, svojstva materijala variraju. Postoji mnogo varijanti ferita koji se koristi za pravljenje feritnih perli. Neki materijali su veliki gubici, širokopojasni, visokofrekventni, mali gubici umetanja i tako dalje. Slika 5 prikazuje generalno grupiranje prema frekvencija primjene i impedansa.
Drugi uobičajeni problem je taj što su dizajneri pločica ponekad ograničeni na odabir feritnih perli u njihovoj bazi podataka o odobrenim komponentama. Ako kompanija ima samo nekoliko feritnih perli koje su odobrene za upotrebu u drugim proizvodima i koje se smatraju zadovoljavajućim, u mnogim slučajevima, nije potrebno procjenjivati ​​i odobravati druge materijale i brojeve dijelova. U nedavnoj prošlosti, ovo je više puta dovelo do nekih otežavajućih efekata originalnog problema EMI buke opisanog gore. Prethodno učinkovita metoda može biti primjenjiva na sljedeći projekat, ili možda neće biti efektivno. Ne možete jednostavno pratiti EMI rješenje prethodnog projekta, posebno kada se promijeni frekvencija potrebnog signala ili se promijeni frekvencija potencijalnih zračećih komponenti kao što je oprema za sat.
Ako pogledate dvije krive impedancije na slici 6, možete uporediti materijalne efekte dva slična označena dijela.
Za ove dvije komponente impedansa na 100 MHz je 120 ohma. Za dio lijevo, koristeći "B" materijal, maksimalna impedansa je oko 150 oma, a ostvarena je na 400 MHz. Za dio desno , koristeći "D" materijal, maksimalna impedancija je 700 oma, što se postiže na približno 700 MHz. Ali najveća razlika je frekvencija skretnice. Materijal "B" s ultra visokim gubicima prelazi na 6 MHz (R> XL) , dok vrlo visokofrekventni “D” materijal ostaje induktivan na oko 400 MHz. Koji dio je ispravan za korištenje? Zavisi od svake pojedinačne primjene.
Slika 7 prikazuje sve uobičajene probleme koji se javljaju kada se izaberu pogrešne feritne perle za suzbijanje EMI. Nefiltrirani signal pokazuje nedostatke od 474,5 mV na impulsu od 3,5 V, 1 uS.
Kao rezultat upotrebe materijala tipa visokog gubitka (centralna grafika), podnižak mjerenja se povećava zbog veće frekvencije skretnice dijela. Podnižak signala se povećao sa 474,5 mV na 749,8 mV. Materijal Super High Loss ima niske frekvencije skretnice i dobre performanse. To će biti pravi materijal za upotrebu u ovoj aplikaciji (slika desno). Podnižak koji koristi ovaj dio je smanjen na 156,3 mV.
Kako se jednosmjerna struja kroz perle povećava, materijal jezgre počinje da se zasićuje. Za induktore, to se naziva struja zasićenja i specificira se kao procentualni pad vrijednosti induktivnosti. Za feritne perle, kada je dio u fazi otpora, Efekat zasićenja se ogleda u smanjenju vrednosti impedanse sa frekvencijom. Ovaj pad impedanse smanjuje efikasnost feritnih perli i njihovu sposobnost da eliminišu EMI (AC) šum. Slika 8 prikazuje skup tipičnih krivulja DC pristranosti za feritne perle.
Na ovoj slici, feritna perla je ocijenjena na 100 oma na 100 MHz. Ovo je tipična izmjerena impedancija kada dio nema istosmjernu struju. Međutim, može se vidjeti da kada se primijeni jednosmjerna struja (na primjer, za IC VCC ulaz), efektivna impedansa naglo opada. Na gornjoj krivulji, za struju od 1,0 A, efektivna impedansa se mijenja od 100 ohma do 20 oma.100 MHz. Možda nije previše kritično, ali nešto na šta projektant mora obratiti pažnju. Slično, korištenjem samo podataka o električnim karakteristikama komponente u tehničkom listu dobavljača, korisnik neće biti svjestan ovog fenomena DC pristranosti.
Poput visokofrekventnih RF induktora, smjer namota unutrašnjeg namotaja u feritnoj perli ima veliki utjecaj na frekvencijske karakteristike perle. Smjer namotaja ne utiče samo na odnos između impedanse i nivoa frekvencije, već i mijenja frekvencijski odziv. Na slici 9 prikazane su dvije feritne perle od 1000 oma sa istom veličinom kućišta i istim materijalom, ali s dvije različite konfiguracije namotaja.
Zavojnice lijevog dijela su namotane u vertikalnoj ravni i naslagane u horizontalnom smjeru, što proizvodi veću impedanciju i veći frekventni odziv od dijela na desnoj strani namotanog u horizontalnoj ravni i naslaganog u vertikalnom smjeru. To je dijelom i zbog na nižu kapacitivnu reaktanciju (XC) povezanu sa smanjenom parazitskom kapacitivnošću između krajnjeg terminala i unutrašnjeg namotaja. Niži XC će proizvesti višu frekvenciju vlastite rezonancije, a zatim će omogućiti da impedansa feritne perle nastavi rasti sve dok ne dostiže višu frekvenciju samorezonancije, koja je viša od standardne strukture feritne perle. Vrijednost impedance. Krive gornje dvije feritne perle od 1000 oma su prikazane na slici 10.
Da bismo dodatno pokazali efekte ispravnog i pogrešnog odabira feritnih perli, koristili smo jednostavno testno kolo i testnu ploču kako bismo demonstrirali većinu sadržaja o kojima se raspravljalo. Na slici 11, testna ploča prikazuje položaje tri feritne perle i označene ispitne tačke “A”, “B” i “C”, koji se nalaze na udaljenosti od izlaznog (TX) uređaja predajnika.
Integritet signala se meri na izlaznoj strani feritnih perli u svakoj od tri pozicije i ponavlja se sa dve feritne perle napravljene od različitih materijala. “A”, “B” i “C”. Zatim je korišten materijal “D” više frekvencije. Rezultati od tačke do tačke korištenjem ova dva feritna zrna prikazani su na slici 12.
"Kroz" nefiltrirani signal je prikazan u srednjem redu, pokazujući neka prekoračenja i podnižavanja na uzlaznoj i opadajućoj ivici, respektivno. Može se vidjeti da korištenjem ispravnog materijala za gore navedene uslove ispitivanja, materijal s gubicima niže frekvencije pokazuje dobro prekoračenje i poboljšanje signala ispod nivoa na rastućim i opadajućim ivicama. Ovi rezultati su prikazani u gornjem redu slike 12. Rezultat upotrebe visokofrekventnih materijala može uzrokovati zvonjenje, koje pojačava svaki nivo i povećava period nestabilnosti. Ovi rezultati ispitivanja su prikazano u donjem redu.
Kada se posmatra poboljšanje EMI sa frekvencijom u preporučenom gornjem delu (slika 12) u horizontalnom skeniranju prikazanom na slici 13, može se videti da za sve frekvencije ovaj deo značajno smanjuje EMI skokove i smanjuje ukupni nivo buke na 30 do približno U opsegu od 350 MHz, prihvatljiv nivo je daleko ispod granice EMI označene crvenom linijom. Ovo je opći regulatorni standard za opremu klase B (FCC dio 15 u Sjedinjenim Državama). "S" materijal koji se koristi u feritnim perlama se posebno koristi za ove niže frekvencije. Može se vidjeti da kada frekvencija prijeđe 350 MHz, "S" materijal ima ograničen uticaj na originalni, nefiltrirani nivo EMI buke, ali smanjuje veliki skok na 750 MHz za oko 6 dB. Ako je glavni deo problema EMI buke viši od 350 MHz, morate razmotriti upotrebu feritnih materijala veće frekvencije čija je maksimalna impedancija veća u spektru.
Naravno, svako zvonjenje (kao što je prikazano na donjoj krivulji na slici 12) se obično može izbjeći stvarnim testiranjem performansi i/ili softverom za simulaciju, ali se nadamo da će ovaj članak omogućiti čitateljima da zaobiđu mnoge uobičajene greške i smanje potrebu za izaberite tačno vreme feritnih perli i obezbedite „obrazovanije“ početne tačke kada su feritne perle potrebne da pomognu u rešavanju problema EMI.
Konačno, najbolje je odobriti seriju ili seriju feritnih perli, a ne samo jedan broj dijela, za veći izbor i fleksibilnost dizajna. Treba napomenuti da različiti dobavljači koriste različite materijale, a performanse frekvencije svakog dobavljača moraju se pregledati , posebno kada se radi više kupovine za isti projekat. Pomalo je lako to učiniti prvi put, ali kada se dijelovi unesu u bazu podataka komponenti pod kontrolnim brojem, mogu se koristiti bilo gdje. Bitno je da su frekvencijske performanse dijelova različitih dobavljača vrlo slične kako bi se eliminirala mogućnost drugih primjena u budućnosti. Problem se pojavio. Najbolji način je da dobijete slične podatke od različitih dobavljača, i da barem imate krivu impedancije. Ovo će također osigurati da se ispravne feritne perle koriste za rješavanje vašeg EMI problema.
Chris Burket radi u TDK-u od 1995. godine i sada je viši inženjer aplikacija, podržavajući veliki broj pasivnih komponenti. Bio je uključen u dizajn proizvoda, tehničku prodaju i marketing. Mr. Burket je napisao i objavio tehničke radove na mnogim forumima. Burket je dobio tri američka patenta za optičke/mehaničke prekidače i kondenzatore.
In Compliance je glavni izvor vijesti, informacija, obrazovanja i inspiracije za profesionalce u oblasti elektrotehnike i elektronike.
Vazduhoplovstvo Automobilske komunikacije Potrošačka elektronika Obrazovanje Energetika i energetska industrija Informaciona tehnologija Medicina Vojska i nacionalna odbrana