Вести

Вообичаена ситуација: дизајнерски инженер вметнува зрно од ферит во коло кое има проблеми со ЕМС, само за да открие дека зрната всушност го влошува несаканиот шум.
Одговорот на ова прашање е прилично едноставен, но можеби нема да биде широко разбран, освен оние кои го поминуваат поголемиот дел од времето решавајќи ги проблемите со ЕМИ. Едноставно кажано, феритните зрна не се феритни зрна, не се феритни зрна итн. Повеќето производители на феритни зрнца обезбедуваат табела во која е наведен нивниот број на дел, импеданса на одредена фреквенција (обично 100 MHz), DC отпор (DCR), максимална номинална струја и некои димензии Информации (види Табела 1). Сè е речиси стандардно. Што не е прикажано во податоците листот е информација за материјалот и соодветните карактеристики на изведбата на фреквенцијата.
Феритните зрна се пасивен уред кој може да ја отстрани енергијата на бучавата од колото во форма на топлина. како што е линијата Vcc на IC), пожелно е да се има ниска вредност на отпорот DC за да се избегнат големи загуби на моќност во потребниот сигнал и/или извор на напон или струја (I2 x DCR загуба). Сепак, пожелно е да се има висока импеданса во одредени дефинирани опсези на фреквенции. Затоа, импедансата е поврзана со употребениот материјал (пропустливост), големината на феритното зрно, бројот на намотки и структурата на намотување. Очигледно, во дадена големина на куќиштето и специфичен материјал што се користи , колку повеќе намотки, толку е поголема импедансата, но бидејќи физичката должина на внатрешната намотка е подолга, тоа исто така ќе произведе поголем отпор на еднонасочна струја. Номиналната струја на оваа компонента е обратно пропорционална со нејзиниот DC отпор.
Еден од основните аспекти на користење на феритни зрна во EMI апликациите е дека компонентата мора да биде во фаза на отпор. Што значи тоа? Едноставно кажано, тоа значи дека „R“ (отпорност на наизменична струја) мора да биде поголема од „XL“ (индуктивна реактанса). На фреквенции каде што XL> R (пониска фреквенција), компонентата е повеќе како индуктор отколку отпорник. На фреквенција од R> XL, делот се однесува како отпорник, што е потребна карактеристика на феритни зрна. фреквенцијата на која „R“ станува поголема од „XL“ се нарекува „вкрстен“ фреквенција. Ова е прикажано на слика 1, каде што фреквенцијата на вкрстување е 30 MHz во овој пример и е означена со црвена стрелка.
Друг начин да се погледне ова е во однос на тоа што всушност компонентата врши за време на фазите на индуктивност и отпор. обезбедува одредена заштита за чувствителната опрема од другата страна на феритното зрно, но исто така внесува „L“ во колото, што може да предизвика резонанца и осцилации (ѕвонење). ќе се рефлектира енергијата на бучавата и ќе помине дел од енергијата на бучавата, во зависност од вредностите на индуктивноста и импедансата.
Кога зрното од феритот е во својата отпорна фаза, компонентата се однесува како отпорник, така што ја блокира енергијата на бучавата и ја апсорбира таа енергија од колото и ја апсорбира во форма на топлина. истиот процес, производствената линија и технологијата, машините и некои од истите составни материјали, феритните зрна користат феритни материјали со загуби, додека индукторите користат железен материјал со мала загуба на кислород. Ова е прикажано на кривата на слика 2.
Сликата покажува [μ''], што го одразува однесувањето на материјалот од феритни зрнца со загуби.
Фактот дека импедансата е дадена на 100 MHz е исто така дел од проблемот со изборот. Во многу случаи на EMI, импедансата на оваа фреквенција е ирелевантна и погрешно. Вредноста на оваа „точка“ не покажува дали импедансата се зголемува или намалува , станува рамна, а импедансата ја достигнува својата врвна вредност на оваа фреквенција, и дали материјалот е сè уште во фазата на индуктивност или се трансформирал во фазата на отпор. Всушност, многу добавувачи на феритни зрнца користат повеќе материјали за истото феритно зрно, или барем како што е прикажано во листот со податоци.Види ја сликата 3.Сите 5 криви на оваа слика се за различни феритни зрна од 120 оми.
Потоа, она што корисникот мора да го добие е кривата на импеданса која ги прикажува карактеристиките на фреквенцијата на феритното зрно. Пример за типична крива на импеданса е прикажан на слика 4.
Слика 4 покажува еден многу важен факт. Овој дел е означен како феритно зрно од 50 оми со фреквенција од 100 MHz, но неговата фреквенција на вкрстување е околу 500 MHz и постигнува повеќе од 300 оми помеѓу 1 и 2,5 GHz. Повторно, само гледањето на листот со податоци нема да му дозволи на корисникот да го знае ова и може да биде погрешно.
Како што е прикажано на сликата, својствата на материјалите варираат. Постојат многу варијанти на ферити кои се користат за производство на феритни зрна. Некои материјали се со голема загуба, широкопојасен интернет, висока фреквенција, мала загуба на вметнување и така натаму. Слика 5 го прикажува општото групирање според фреквенција на примена и импеданса.
Друг вообичаен проблем е тоа што дизајнерите на кола понекогаш се ограничени на изборот на феритни зрна во нивната одобрена база на податоци за компоненти. не е неопходно да се проценат и одобруваат други материјали и броеви на делови. Во неодамнешното минато, ова постојано доведе до некои отежнувачки ефекти од оригиналниот проблем со бучавата EMI опишан погоре. Претходно ефективниот метод може да биде применлив за следниот проект, или не може да биде ефективно. Не можете едноставно да го следите решението EMI од претходниот проект, особено кога се менува фреквенцијата на потребниот сигнал или фреквенцијата на потенцијалните компоненти што зрачат, како што е опремата на часовникот.
Ако ги погледнете двете криви на импеданса на Слика 6, можете да ги споредите материјалните ефекти на два слични назначени делови.
За овие две компоненти, импедансата на 100 MHz е 120 оми. За делот од левата страна, користејќи го материјалот „B“, максималната импеданса е околу 150 оми, а се реализира на 400 MHz. За делот од десната страна , користејќи го материјалот „D“, максималната импеданса е 700 оми, што се постигнува на приближно 700 MHz. Но, најголемата разлика е фреквенцијата на вкрстување. , додека материјалот „D“ со многу висока фреквенција останува индуктивен на околу 400 MHz. Кој дел е правилен за употреба? Зависи од секоја поединечна апликација.
Слика 7 ги прикажува сите вообичаени проблеми што се јавуваат кога се избираат погрешни феритни зрнца за да се потисне EMI. Нефилтрираниот сигнал покажува 474,5 mV помал пулс на 3,5 V, 1 US.
Како резултат на користење на материјал од типот на висока загуба (средишна графика), пониското мерење на мерењето се зголемува поради поголемата фреквенција на вкрстување на делот. Потпуштањето на сигналот се зголеми од 474,5 mV на 749,8 mV. Материјалот Super High Loss има ниска фреквенција на вкрстување и добри перформанси.Тоа ќе биде вистинскиот материјал за употреба во оваа апликација (слика на десната страна).
Како што се зголемува директната струја низ зрната, материјалот на јадрото почнува да се заситува. За индукторите, ова се нарекува струја на заситување и е наведено како процентуален пад на вредноста на индуктивноста. За феритни зрна, кога делот е во фаза на отпор, ефектот на заситеноста се рефлектира во намалувањето на вредноста на импедансата со фреквенцијата. Овој пад на импедансата ја намалува ефикасноста на феритните зрна и нивната способност да ја елиминираат бучавата EMI (AC).
На оваа слика, феритното зрно е оценето на 100 оми на 100 MHz. Ова е типична измерена импеданса кога делот нема DC струја. Сепак, може да се види дека штом ќе се примени DC струја (на пример, за IC VCC влез), ефективната импеданса нагло опаѓа.Во горната крива, за струја од 1,0 А, ефективната импеданса се менува од 100 оми на 20 оми. 100 MHz. Можеби не е премногу критично, но нешто на што инженерот за дизајн мора да обрне внимание. Слично, со користење само на податоците за електричните карактеристики на компонентата во листот со податоци на добавувачот, корисникот нема да биде свесен за овој феномен на пристрасност на DC.
Како и високофреквентните RF индуктори, насоката на намотување на внатрешната серпентина во феритното зрно има големо влијание врз карактеристиките на фреквенцијата на зрното. Насоката на намотување не само што влијае на односот помеѓу импедансата и нивото на фреквенцијата, туку и го менува одговорот на фреквенцијата. На слика 9, две феритни зрна од 1000 оми се прикажани со иста големина на куќиштето и ист материјал, но со две различни конфигурации на намотување.
Калемите од левиот дел се намотани на вертикалната рамнина и наредени во хоризонтална насока, што произведува поголема импеданса и поголем фреквентен одговор од делот на десната страна намотан во хоризонталната рамнина и наредени во вертикална насока. Ова делумно се должи до пониската капацитивна реактанса (XC) поврзана со намалената паразитска капацитивност помеѓу крајниот терминал и внатрешниот серпентина. Пониска XC ќе произведе поголема фреквенција на саморезонантна фреквенција, а потоа ќе дозволи импедансата на феритното зрно да продолжи да се зголемува додека не достигнува повисока саморезонантна фреквенција, која е повисока од стандардната структура на феритното зрно Вредноста на импедансата. Кривите на горенаведените две феритни зрна од 1000 оми се прикажани на слика 10.
За дополнително да ги прикажеме ефектите од правилниот и неточниот избор на феритни зрнца, користевме едноставно коло за тестирање и табла за тестирање за да го демонстрираме најголемиот дел од содржината дискутирана погоре. „A“, „B“ и „C“, кои се наоѓаат на растојание од уредот за излез на предавателот (TX).
Интегритетот на сигналот се мери на излезната страна на феритните зрна во секоја од трите позиции и се повторува со две феритни зрна направени од различни материјали. Првиот материјал, материјал „S“ со ниска фреквенција, беше тестиран на точки „А“, „Б“ и „Ц“. Следно, користен е материјал „Д“ со поголема фреквенција. Резултатите од точка до точка со користење на овие две феритни зрна се прикажани на Слика 12.
Сигналот „преку“ нефилтриран се прикажува во средниот ред, покажувајќи одредено пречекорување и пониско надминување на рабовите што се креваат и паѓаат, соодветно. Може да се види дека користејќи го правилниот материјал за горенаведените услови за тестирање, материјалот со загуби со пониска фреквенција покажува добро надминување и подобрување на сигналот за слабеење на рабовите што се креваат и паѓаат. Овие резултати се прикажани во горниот ред на Слика 12. Резултатот од употребата на високофреквентни материјали може да предизвика ѕвонење, што го засилува секое ниво и го зголемува периодот на нестабилност. Овие резултати од тестот се прикажан на долниот ред.
Кога се гледа подобрувањето на EMI со фреквенција во препорачаниот горен дел (слика 12) во хоризонталното скенирање прикажано на слика 13, може да се види дека за сите фреквенции, овој дел значително ги намалува скоковите на EMI и го намалува целокупното ниво на бучава на 30 до приближно Во опсегот од 350 MHz, прифатливото ниво е далеку под границата EMI означена со црвената линија.Ова е општ регулаторен стандард за опрема од класа Б (FCC Дел 15 во Соединетите Американски Држави). Материјалот „S“ што се користи во феритни зрнца е специјално користен за овие пониски фреквенции. Може да се види дека штом фреквенцијата ќе надмине 350 MHz, Материјалот „S“ има ограничено влијание на оригиналното, нефилтрирано ниво на бучава EMI, но го намалува големиот скок на 750 MHz за околу 6 dB. Ако главниот дел од проблемот со бучавата EMI е поголем од 350 MHz, треба да разгледајте ја употребата на феритни материјали со поголема фреквенција чија максимална импеданса е поголема во спектарот.
Се разбира, целото ѕвонење (како што е прикажано во долната крива на Слика 12) обично може да се избегне со вистинско тестирање на перформансите и/или софтвер за симулација, но се надеваме дека овој напис ќе им овозможи на читателите да заобиколат многу вообичаени грешки и да ја намалат потребата за изберете го точното време на феритни зрнца и обезбедете „пообразована“ почетна точка кога се потребни феритни зрна за да помогнат во решавањето на проблемите со ЕМИ.
Конечно, најдобро е да се одобри серија или серија феритни зрна, а не само еден број на дел, за повеќе избори и флексибилност на дизајнот. Треба да се забележи дека различни добавувачи користат различни материјали, а фреквентните перформанси на секој добавувач мора да се прегледаат , особено кога се направени повеќе купувања за ист проект. Малку е лесно да се направи ова за прв пат, но штом деловите ќе се внесат во базата на податоци на компоненти под контролен број, тие потоа може да се користат насекаде.Важно е дека фреквентните перформанси на делови од различни добавувачи се многу слични за да се елиминира можноста за други апликации во иднина. Ова исто така ќе осигури дека се користат точните феритни зрна за да се реши вашиот проблем со EMI.
Крис Буркет работи во TDK од 1995 година и сега е виш инженер за апликации, поддржувајќи голем број пасивни компоненти. Тој е вклучен во дизајн на производи, техничка продажба и маркетинг.Буркет напиша и објави технички трудови на многу форуми.Буркет има добиено три американски патенти за оптички/механички прекинувачи и кондензатори.
In Compliance е главниот извор на вести, информации, едукација и инспирација за професионалците од електротехниката и електронското инженерство.
Воздухопловни автомобилски комуникации Потрошувачка електроника Образование Енергија и енергетска индустрија Информатичка технологија Медицинска воена и национална одбрана