hír

Gyakori helyzet: A tervezőmérnök ferritgyöngyöt helyez be az elektromágneses összeférhetőségi problémákkal küzdő áramkörbe, de azt tapasztalja, hogy a gyöngy valójában súlyosbítja a nemkívánatos zajt. Hogyan lehet ez? Nem kellene a ferritgyöngyöknek megszüntetni a zajenergiát anélkül, hogy súlyosbítaná a problémát?
A válasz erre a kérdésre meglehetősen egyszerű, de nem biztos, hogy széles körben érthető, kivéve azokat, akik az idő nagy részét az EMI-problémák megoldásával töltik. Egyszerűen fogalmazva, a ferritgyöngyök nem ferritgyöngyök, nem ferritgyöngyök stb. A legtöbb ferritgyöngy-gyártó egy táblázat, amely felsorolja a cikkszámukat, az impedanciát egy adott frekvencián (általában 100 MHz), az egyenáramú ellenállást (DCR), a maximális névleges áramot és néhány méretet Információk (lásd 1. táblázat).Minden szinte szabványos.Amit az adatok nem tartalmaznak lapon található az anyaginformáció és a megfelelő frekvenciateljesítmény-jellemzők.
A ferrit gyöngyök egy passzív eszköz, amely hő formájában képes eltávolítani a zajenergiát az áramkörből. A mágneses gyöngyök széles frekvenciatartományban generálnak impedanciát, ezáltal teljesen vagy részben kiküszöbölik a nem kívánt zajenergiát ebben a frekvenciatartományban. Egyenfeszültségű alkalmazásokhoz ( mint például egy IC Vcc vonala), kívánatos az alacsony egyenáramú ellenállás értéke, hogy elkerüljük a szükséges jel- és/vagy feszültség- vagy áramforrás nagy teljesítményveszteségét (I2 x DCR veszteség). Kívánatos azonban, hogy nagy impedancia bizonyos meghatározott frekvenciatartományokban.Ezért az impedancia a felhasznált anyagtól (permeabilitás), a ferritgyöngy méretétől, a tekercsek számától és a tekercsszerkezettől függ. Nyilvánvalóan adott házméretben és adott anyagban , minél több tekercs van, annál nagyobb az impedancia, de mivel a belső tekercs fizikai hossza hosszabb, ez nagyobb egyenáramú ellenállást is eredményez. Ennek az alkatrésznek a névleges árama fordítottan arányos a DC ellenállásával.
A ferritgyöngyök EMI alkalmazásokban való használatának egyik alapvető szempontja, hogy az alkatrésznek ellenállási fázisban kell lennie. Mit jelent ez? Egyszerűen fogalmazva, ez azt jelenti, hogy az „R” (AC ellenállás) nagyobbnak kell lennie, mint az „XL” (induktív). reaktancia).Azokon a frekvenciákon, ahol XL> R (alacsonyabb frekvencia), az alkatrész inkább induktorhoz, mint ellenálláshoz hasonlít.R> XL frekvencián az alkatrész ellenállásként viselkedik, ami a ferritgyöngyök szükséges jellemzője. A frekvenciát, amelynél az „R” nagyobb lesz, mint az „XL”, „keresztezési” frekvenciának nevezzük. Ez látható az 1. ábrán, ahol a keresztezési frekvencia ebben a példában 30 MHz, és egy piros nyíl jelöli.
Ennek egy másik módja az, hogy az alkatrész valójában mit teljesít az induktivitás és az ellenállás fázisaiban. Más alkalmazásokhoz hasonlóan, ahol az induktor impedanciája nem illeszkedik, a bejövő jel egy része visszaverődik a forrásba. némi védelmet nyújt a ferritgyöngy másik oldalán lévő érzékeny berendezéseknek, de az „L” betűt is bevezeti az áramkörbe, ami rezonanciát és oszcillációt (csengetést) okozhat. Ezért amikor a mágneses gyöngyök még induktív jellegűek, rész a zajenergia visszaverődik, és a zajenergia egy része áthalad az induktivitás és impedancia értékektől függően.
Amikor a ferritgyöngy az ellenállási fázisában van, az alkatrész ellenállásként viselkedik, így blokkolja a zajenergiát, és ezt az energiát elnyeli az áramkörből, és hő formájában elnyeli. Bár a konstrukciója megegyezik néhány induktorral, Ugyanaz a folyamat, a gyártósor és a technológia, a gépek és néhány azonos összetevőanyag, a ferritgyöngyök veszteséges ferrit anyagokat, míg az induktorok alacsony veszteségű vas-oxigén anyagot használnak. Ez a 2. ábrán látható görbén látható.
Az ábrán [μ''] látható, ami a veszteséges ferritgyöngy anyagának viselkedését tükrözi.
Az a tény, hogy az impedancia 100 MHz-en van megadva, szintén a kiválasztási probléma része. Az EMI sok esetben az impedancia ezen a frekvencián irreleváns és félrevezető. Ennek a „pontnak” az értéke nem jelzi, hogy az impedancia nő-e vagy csökken-e , lapossá válik, és az impedancia ezen a frekvencián éri el a csúcsértékét, és hogy az anyag még az induktivitás fázisában van-e, vagy átalakult-e az ellenállási fázisba. Valójában sok ferritgyöngy beszállító több anyagot használ ugyanahhoz a ferritgyöngyhöz, ill. legalábbis az adatlapon látható módon.Lásd a 3. ábrát. Ezen az ábrán mind az 5 görbe különböző 120 ohmos ferritgyöngyökre vonatkozik.
Ezután a felhasználónak meg kell szereznie a ferritgyöngy frekvenciakarakterisztikáját mutató impedanciagörbét. A 4. ábrán egy tipikus impedanciagörbe látható.
A 4. ábra egy nagyon fontos tényt mutat. Ezt a részt 50 ohmos ferritgyöngynek jelölik, 100 MHz frekvenciával, de a keresztezési frekvenciája körülbelül 500 MHz, és 1 és 2,5 GHz között több mint 300 ohmot ér el. az adatlap megtekintése ezt nem tudatja a felhasználóval, és félrevezető lehet.
Amint az ábrán látható, az anyagok tulajdonságai változnak.A ferritnek számos változata létezik ferritgyöngyök készítéséhez.Egyes anyagok nagy veszteségűek, szélessávúak, nagyfrekvenciás, alacsony beillesztési veszteségűek és így tovább. Az 5. ábra az általános csoportosítást mutatja alkalmazási frekvencia és impedancia.
Egy másik gyakori probléma az, hogy az áramköri lapok tervezői időnként csak a ferritgyöngyök kiválasztására korlátozódnak jóváhagyott alkatrész-adatbázisukban. Ha a vállalatnak csak néhány olyan ferritgyöngye van, amelyet más termékekben való használatra jóváhagytak, és amelyeket kielégítőnek ítélnek, sok esetben, nem szükséges más anyagokat és cikkszámokat értékelni és jóváhagyni. Ez az elmúlt időszakban többször is a fent leírt eredeti EMI zajprobléma súlyosbító hatásához vezetett. A korábban hatékony módszer alkalmazható lehet a következő projektre, ill. Nem lehet egyszerűen követni az előző projekt EMI-megoldását, különösen akkor, ha megváltozik a szükséges jel frekvenciája, vagy megváltozik a potenciálisan sugárzó alkatrészek, például az óraberendezés frekvenciája.
Ha megnézzük a 6. ábra két impedanciagörbéjét, összehasonlíthatjuk két hasonló kijelölt rész anyaghatásait.
Ennél a két komponensnél az impedancia 100 MHz-en 120 ohm. A bal oldali résznél a „B” anyag felhasználásával a maximális impedancia körülbelül 150 ohm, és 400 MHz-en valósul meg. A jobb oldali alkatrésznél , a „D” anyag felhasználásával a maximális impedancia 700 ohm, ami megközelítőleg 700 MHz-en érhető el. A legnagyobb különbség azonban a keresztezési frekvenciában van. Az ultra-nagy veszteségű „B” anyag 6 MHz-en megy át (R> XL) , míg a nagyon magas frekvenciájú „D” anyag 400 MHz körül induktív marad. Melyik alkatrész a megfelelő? Ez az egyes alkalmazásoktól függ.
A 7. ábra bemutatja azokat a gyakori problémákat, amelyek akkor fordulnak elő, ha rossz ferritgyöngyöt választanak ki az EMI elnyomására. A szűretlen jel 474,5 mV-os alulmaradást mutat egy 3,5 V-os, 1 uS impulzuson.
A nagy veszteségű anyag (center plot) alkalmazása következtében a mérés alullövése megnő az alkatrész magasabb keresztezési frekvenciája miatt. A jel alullövés 474,5 mV-ról 749,8 mV-ra nőtt. A Super High Loss anyagnak van egy alacsony keresztezési frekvencia és jó teljesítmény. Ez lesz a megfelelő anyag ebben az alkalmazásban (jobb oldali kép). Az ennek az alkatrésznek a használata 156,3 mV-ra csökkent.
A gyöngyökön áthaladó egyenáram növekedésével a mag anyaga telítődni kezd. Az induktorok esetében ezt telítési áramnak nevezik, és az induktivitás értékének százalékos csökkenéseként van megadva. Ferritgyöngyök esetében, amikor az alkatrész ellenállási fázisban van, a A telítés hatása az impedancia értékének frekvenciával való csökkenésében tükröződik. Az impedancia csökkenése csökkenti a ferritgyöngyök hatékonyságát és az EMI (AC) zaj kiküszöbölésére való képességüket. A 8. ábra a ferritgyöngyök tipikus DC előfeszítési görbéit mutatja.
Ezen az ábrán a ferritgyöngy névleges feszültsége 100 ohm 100 MHz-en. Ez a tipikus mért impedancia, amikor az alkatrésznek nincs egyenáram. Mindazonáltal látható, hogy ha egyenáramot alkalmaznak (például IC VCC-hez). bemenet), az effektív impedancia meredeken csökken. A fenti görbén 1,0 A-es áram esetén az effektív impedancia 100 ohmról 20 ohmra változik.100 MHz. Talán nem túl kritikus, de amire a tervező mérnöknek figyelnie kell. Hasonlóképpen, csak az elektromos jellemző adatok felhasználásával A beszállító adatlapján szereplő alkatrészről a felhasználó nem lesz tudatában ennek a DC torzítási jelenségnek.
A nagyfrekvenciás RF induktorokhoz hasonlóan a ferritgyöngyben lévő belső tekercs tekercselési iránya nagyban befolyásolja a gyöngy frekvenciakarakterisztikáját. A tekercselés iránya nemcsak az impedancia és a frekvenciaszint közötti kapcsolatot befolyásolja, hanem megváltoztatja a frekvenciamenetet is. A 9. ábrán két 1000 ohmos ferritgyöngy látható azonos házmérettel és azonos anyaggal, de két különböző tekercselési konfigurációval.
A bal oldali rész tekercsei a függőleges síkra vannak feltekerve és vízszintes irányban egymásra vannak rakva, ami nagyobb impedanciát és nagyobb frekvenciaátvitelt eredményez, mint a vízszintes síkban tekercselt és függőleges irányban halmozott jobb oldali rész. Ennek részben az az oka, hogy az alacsonyabb kapacitív reaktanciához (XC), amely a végkivezetés és a belső tekercs közötti csökkent parazita kapacitáshoz kapcsolódik. Az alacsonyabb XC magasabb önrezonancia frekvenciát hoz létre, majd lehetővé teszi a ferritgyöngy impedanciájának növekedését, amíg meg nem magasabb önrezonancia frekvenciát ér el, ami magasabb, mint a ferritgyöngy szabványos szerkezete Az impedancia érték.A fenti két 1000 ohmos ferritgyöngy görbéit a 10. ábra mutatja.
A helyes és helytelen ferritgyöngy kiválasztásának hatásainak további bemutatása érdekében egy egyszerű tesztáramkört és tesztlapot használtunk a fent tárgyalt tartalom nagy részének bemutatására. A 11. ábrán a teszttábla három ferritgyöngy helyzetét és a megjelölt vizsgálati pontokat mutatja. „A”, „B” és „C”, amelyek a jeladó kimeneti (TX) eszközétől távol helyezkednek el.
A jel integritását a ferritgyöngyök kimeneti oldalán mérjük mindhárom pozícióban, és megismételjük két különböző anyagból készült ferritgyöngyön. Az első anyagot, egy kisfrekvenciás veszteséges „S” anyagot tesztelték a pontokon. „A”, „B” és „C”. Ezt követően magasabb frekvenciájú „D” anyagot használtunk. A két ferritgyöngy használatával kapott pont-pont eredmények a 12. ábrán láthatók.
Az „átmenő” szűretlen jel a középső sorban jelenik meg, némi túllövést és alullövést mutatva a felfutó, illetve a lefutó éleken. Látható, hogy a fenti vizsgálati körülményeknek megfelelő anyagot használva az alacsonyabb frekvenciájú veszteséges anyag jó túllövést mutat. valamint az alullövés jelének javulása a felfutó és lefutó éleken.Ezek az eredmények a 12. ábra felső sorában láthatók.A nagyfrekvenciás anyagok használatának eredménye csengetést okozhat, ami felerősíti az egyes szinteket és növeli az instabilitási időszakot.Ezek a vizsgálati eredmények az alsó sorban látható.
Ha megnézzük az EMI javulását a javasolt felső részben (12. ábra) a 13. ábrán látható vízszintes letapogatás során, akkor látható, hogy ez a rész minden frekvencia esetén jelentősen csökkenti az EMI-csúcsokat és csökkenti az általános zajszintet 30 fokon. hozzávetőlegesen A 350 MHz-es tartományban az elfogadható szint messze a piros vonallal kiemelt EMI határérték alatt van. Ez a B osztályú berendezések általános szabályozási szabványa (FCC Part 15 az Egyesült Államokban). A ferritgyöngyökben használt „S” anyagot kifejezetten ezekre az alacsonyabb frekvenciákra használják. Látható, hogy ha a frekvencia meghaladja a 350 MHz-et, a Az „S” anyag korlátozott hatással van az eredeti, szűretlen EMI-zajszintre, de körülbelül 6 dB-lel csökkenti a 750 MHz-es nagy kiugrást. Ha az EMI-zajprobléma fő része meghaladja a 350 MHz-et, akkor fontolja meg a magasabb frekvenciájú ferrit anyagok használatát, amelyek maximális impedanciája nagyobb a spektrumban.
Természetesen minden csengetés (ahogy a 12. ábra alsó görbéjén látható) általában elkerülhető tényleges teljesítménytesztelő és/vagy szimulációs szoftverrel, de reméljük, hogy ez a cikk lehetővé teszi az olvasók számára, hogy megkerüljék sok gyakori hibát, és csökkentsék a válassza ki a megfelelő ferritgyöngy időt, és biztosítson egy „oktatottabb” kiindulási pontot, amikor ferritgyöngyökre van szükség az EMI problémák megoldásához.
Végül, a jobb választási lehetőség és a tervezési rugalmasság érdekében a legjobb egy ferritgyöngy sorozatot vagy sorozatot jóváhagyni, nem csak egyetlen cikkszámot. Megjegyzendő, hogy a különböző szállítók különböző anyagokat használnak, és minden szállító frekvenciateljesítményét felül kell vizsgálni. , különösen akkor, ha több vásárlás is történik ugyanahhoz a projekthez. Ezt az első alkalommal kissé egyszerű megtenni, de miután az alkatrészeket egy vezérlőszám alatt bevitték az összetevő adatbázisba, akkor bárhol felhasználhatók. Az a fontos, hogy a különböző beszállítóktól származó alkatrészek frekvenciateljesítménye nagyon hasonló legyen, hogy kiküszöböljük a jövőbeni más alkalmazások lehetőségét. A probléma felmerült. A legjobb módja annak, hogy hasonló adatokat szerezzünk be különböző beszállítóktól, és legalább impedanciagörbéjük legyen. Ez azt is biztosítja, hogy a megfelelő ferritgyöngyöket használja az EMI probléma megoldására.
Chris Burket 1995 óta dolgozik a TDK-nál, és jelenleg vezető alkalmazásmérnök, aki számos passzív komponenst támogat. Terméktervezésben, műszaki értékesítésben és marketingben vett részt.Mr. Burket számos fórumon írt és publikált műszaki cikkeket.Mr. Burket három amerikai szabadalmat szerzett az optikai/mechanikus kapcsolókra és kondenzátorokra vonatkozóan.
Az In Compliance a hírek, információk, oktatás és inspiráció fő forrása az elektromos és elektronikai mérnökök számára.
Repülőgépjárművek Kommunikáció Szórakoztató elektronika Oktatás Energetika és áramipar Információs technológia Orvosi Katonai és Honvédelmi