حذف دقیق سه سلاح EMC: خازن / سلف / مهره های مغناطیسی

خازن‌های فیلتر، سلف‌های حالت مشترک و مهره‌های مغناطیسی ارقام رایج در مدارهای طراحی EMC هستند و همچنین سه ابزار قدرتمند برای حذف تداخل الکترومغناطیسی هستند.

برای نقش این سه در مدار، من معتقدم که بسیاری از مهندسان را درک نمی کنند، مقاله از طراحی تجزیه و تحلیل دقیق از اصل از بین بردن سه EMC واضح ترین.

1. خازن فیلتر

اگرچه تشدید خازن از نقطه نظر فیلتر کردن نویز با فرکانس بالا نامطلوب است، رزونانس خازن همیشه مضر نیست.

هنگامی که فرکانس نویز فیلتر شده تعیین می شود، ظرفیت خازن را می توان طوری تنظیم کرد که نقطه تشدید فقط روی فرکانس اختلال بیفتد.

در مهندسی عملی، فرکانس نویز الکترومغناطیسی که باید فیلتر شود اغلب به صدها مگاهرتز یا حتی بیشتر از 1 گیگاهرتز است. برای چنین نویز الکترومغناطیسی با فرکانس بالا، لازم است از یک خازن هسته ای برای فیلتر کردن موثر استفاده شود.

دلیل اینکه خازن های معمولی نمی توانند به طور موثر نویز فرکانس بالا را فیلتر کنند به دو دلیل است:

(1) یک دلیل این است که اندوکتانس سرب خازن باعث تشدید خازن می شود که امپدانس زیادی به سیگنال فرکانس بالا ارائه می دهد و اثر بای پس سیگنال فرکانس بالا را ضعیف می کند.

(2) دلیل دیگر این است که ظرفیت انگلی بین سیم‌ها که سیگنال فرکانس بالا را جفت می‌کند و اثر فیلتر را کاهش می‌دهد.

دلیل اینکه خازن از طریق هسته می تواند به طور موثر نویز فرکانس بالا را فیلتر کند این است که خازن از طریق هسته نه تنها این مشکل را ندارد که اندوکتانس سرب باعث می شود فرکانس تشدید خازن بسیار پایین باشد.

و خازن از طریق هسته را می توان به طور مستقیم بر روی پانل فلزی نصب کرد و از پانل فلزی برای ایفای نقش عایق فرکانس بالا استفاده کرد. با این حال، هنگام استفاده از خازن از طریق هسته، مشکلی که باید به آن توجه کرد مشکل نصب است.

بزرگترین نقطه ضعف خازن از طریق هسته ترس از تاثیر دما و دمای بالا است که باعث ایجاد مشکلات زیادی در هنگام جوش دادن خازن از طریق هسته به پانل فلزی می شود.

بسیاری از خازن ها در حین جوشکاری آسیب می بینند. مخصوصاً زمانی که نیاز به نصب تعداد زیادی خازن هسته روی پنل باشد، تا زمانی که خرابی وجود داشته باشد، تعمیر آن مشکل است، زیرا زمانی که خازن آسیب دیده خارج شود، باعث آسیب به دیگر خازن های مجاور می شود.

2. اندوکتانس حالت مشترک

از آنجایی که مشکلاتی که EMC با آن مواجه است عمدتاً تداخل حالت رایج است، سلف های حالت مشترک نیز یکی از اجزای قدرتمند رایج ما هستند.

سلف حالت مشترک یک دستگاه سرکوب کننده تداخل حالت معمولی با فریت به عنوان هسته است که از دو سیم پیچ با اندازه یکسان و تعداد چرخش های مشابه به طور متقارن روی هسته مغناطیسی حلقه فریت پیچیده می شود تا یک دستگاه چهار پایانی را تشکیل دهد. دارای یک اثر سرکوب اندوکتانس بزرگ برای سیگنال حالت مشترک، و اندوکتانس نشتی کوچک برای سیگنال حالت دیفرانسیل است.

اصل این است که وقتی جریان حالت مشترک جریان دارد، شار مغناطیسی در حلقه مغناطیسی روی یکدیگر قرار می گیرد، بنابراین یک اندوکتانس قابل توجهی دارد که جریان حالت مشترک را مهار می کند، و هنگامی که دو سیم پیچ از طریق جریان حالت دیفرانسیل جریان می یابند، شار مغناطیسی در حلقه مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند و تقریباً هیچ اندوکتانسی وجود ندارد، بنابراین جریان حالت دیفرانسیل می تواند بدون تضعیف عبور کند.

بنابراین، سلف حالت مشترک می تواند به طور موثر سیگنال تداخل حالت مشترک را در خط متعادل سرکوب کند، اما هیچ تاثیری بر انتقال عادی سیگنال حالت دیفرانسیل ندارد.

سلف های حالت معمولی هنگام تولید باید شرایط زیر را برآورده کنند:

(1) سیم های پیچ خورده روی هسته سیم پیچ باید عایق بندی شوند تا اطمینان حاصل شود که هیچ اتصال کوتاه خرابی بین چرخش سیم پیچ تحت اثر اضافه ولتاژ آنی وجود ندارد.

(2) هنگامی که سیم پیچ از طریق جریان بزرگ آنی جریان می یابد، هسته مغناطیسی نباید اشباع شود.

(3) هسته مغناطیسی در سیم پیچ باید از سیم پیچ عایق بندی شود تا از خرابی بین این دو تحت اثر اضافه ولتاژ آنی جلوگیری شود.

(4) سیم پیچ باید تا آنجا که ممکن است در یک لایه پیچیده شود تا ظرفیت انگلی سیم پیچ کاهش یابد و توانایی سیم پیچ برای انتقال اضافه ولتاژ گذرا افزایش یابد.

در شرایط عادی، ضمن توجه به انتخاب باند فرکانسی مورد نیاز برای فیلتر، هرچه امپدانس حالت مشترک بزرگتر باشد، بهتر است، بنابراین هنگام انتخاب سلف حالت مشترک، عمدتاً با توجه به منحنی فرکانس امپدانس

علاوه بر این، هنگام انتخاب، به تأثیر امپدانس حالت دیفرانسیل روی سیگنال توجه کنید، که عمدتاً روی امپدانس حالت دیفرانسیل تمرکز می کند، به ویژه توجه به پورت های پرسرعت.

3. مهره مغناطیسی

در فرآیند طراحی EMC مدار دیجیتال محصول، ما اغلب از مهره های مغناطیسی استفاده می کنیم، مواد فریت آلیاژ آهن-منیزیم یا آلیاژ آهن-نیکل است، این ماده دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالایی است، او می تواند القاگر بین سیم پیچ سیم پیچ در مورد بالا باشد. فرکانس و مقاومت بالا حداقل ظرفیت خازنی ایجاد شده است.

مواد فریت معمولاً در فرکانس‌های بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا در فرکانس‌های پایین ویژگی‌های اندوکتانس اصلی آنها باعث می‌شود تلفات روی خط بسیار کم شود. در فرکانس‌های بالا، آنها عمدتاً نسبت‌های مشخصه راکتانس هستند و با فرکانس تغییر می‌کنند. در کاربردهای عملی، از مواد فریت به عنوان تضعیف کننده فرکانس بالا برای مدارهای فرکانس رادیویی استفاده می شود.

در واقع، فریت بهتر معادل موازی مقاومت و اندوکتانس است، مقاومت در فرکانس پایین توسط سلف اتصال کوتاه می‌شود و امپدانس سلف در فرکانس بالا بسیار زیاد می‌شود، به طوری که جریان تماماً از مقاومت عبور می‌کند.

فریت یک دستگاه مصرف کننده است که انرژی فرکانس بالا به انرژی گرمایی تبدیل می شود که با ویژگی های مقاومت الکتریکی آن تعیین می شود. دانه های مغناطیسی فریت نسبت به سلف های معمولی ویژگی های فیلترینگ با فرکانس بالا بهتری دارند.

فریت در فرکانس‌های بالا مقاومت می‌کند، معادل یک سلف با ضریب کیفیت بسیار پایین، بنابراین می‌تواند امپدانس بالا را در یک محدوده فرکانس وسیع حفظ کند، در نتیجه کارایی فیلتر فرکانس بالا را بهبود می‌بخشد.

در باند فرکانس پایین امپدانس از اندوکتانس تشکیل شده است. در فرکانس پایین، R بسیار کوچک است، و نفوذپذیری مغناطیسی هسته بالا است، بنابراین اندوکتانس بزرگ است. L نقش اصلی را بازی می کند و تداخل الکترومغناطیسی توسط بازتاب سرکوب می شود. و در این زمان، از دست دادن هسته مغناطیسی کوچک است، کل دستگاه تلفات کم است، ویژگی های Q بالا سلف است، این سلف به راحتی باعث تشدید می شود، بنابراین در باند فرکانس پایین، گاهی اوقات ممکن است تداخل افزایش یابد. پس از استفاده از دانه های مغناطیسی فریت.

در باند فرکانس بالا، امپدانس از اجزای مقاومت تشکیل شده است. با افزایش فرکانس، نفوذپذیری هسته مغناطیسی کاهش می یابد و در نتیجه اندوکتانس سلف کاهش می یابد و جزء راکتانس القایی کاهش می یابد.

با این حال، در این زمان، از دست دادن هسته مغناطیسی افزایش می‌یابد، مؤلفه مقاومت افزایش می‌یابد و در نتیجه امپدانس کل افزایش می‌یابد و هنگامی که سیگنال فرکانس بالا از فریت عبور می‌کند، تداخل الکترومغناطیسی جذب شده و به شکل تبدیل می‌شود. از اتلاف گرما

قطعات سرکوب کننده فریت به طور گسترده در بردهای مدار چاپی، خطوط برق و خطوط داده استفاده می شود. به عنوان مثال، یک عنصر سرکوب کننده فریت به انتهای ورودی سیم برق برد چاپ شده اضافه می شود تا تداخل فرکانس بالا را فیلتر کند.

حلقه مغناطیسی فریت یا مهره مغناطیسی به طور ویژه برای سرکوب تداخل فرکانس بالا و تداخل پیک در خطوط سیگنال و خطوط برق استفاده می شود و همچنین توانایی جذب تداخل پالس تخلیه الکترواستاتیک را دارد. استفاده از مهره های مغناطیسی تراشه یا سلف های تراشه عمدتاً به کاربرد عملی بستگی دارد.

سلف تراشه در مدارهای تشدید استفاده می شود. هنگامی که نویز غیرضروری EMI نیاز به حذف دارد، استفاده از مهره های مغناطیسی تراشه بهترین انتخاب است.

کاربرد مهره های مغناطیسی تراشه و سلف های تراشه

سلف های تراشه:فرکانس رادیویی (RF) و ارتباطات بی‌سیم، تجهیزات فناوری اطلاعات، آشکارسازهای رادار، الکترونیک خودرو، تلفن‌های همراه، پیجر، تجهیزات صوتی، دستیارهای دیجیتال شخصی (PDA)، سیستم‌های کنترل از راه دور بی‌سیم، و ماژول‌های منبع تغذیه ولتاژ پایین.

دانه های مغناطیسی تراشه:مدارهای تولید کننده ساعت، فیلتر کردن بین مدارهای آنالوگ و دیجیتال، کانکتورهای داخلی ورودی/خروجی ورودی/خروجی (مانند پورت های سریال، پورت های موازی، صفحه کلید، ماوس ها، مخابرات از راه دور، شبکه های محلی)، مدارهای RF و دستگاه های منطقی حساس به تداخل، فیلتر کردن تداخل انجام شده با فرکانس بالا در مدارهای منبع تغذیه، رایانه ها، چاپگرها، ضبط کننده های ویدئویی (VCRS)، سرکوب نویز EMI در سیستم های تلویزیون و تلفن های همراه.

واحد مهره مغناطیسی اهم است، زیرا واحد مهره مغناطیسی مطابق با امپدانسی که در فرکانس معین تولید می کند، اسمی است و واحد امپدانس نیز اهم است.

DATASHEET مهره مغناطیسی به طور کلی ویژگی های فرکانس و امپدانس منحنی را ارائه می دهد، به طور کلی 100 مگاهرتز به عنوان استاندارد، به عنوان مثال، زمانی که فرکانس 100 مگاهرتز زمانی که امپدانس مهره مغناطیسی معادل 1000 اهم باشد.

برای باند فرکانسی که می خواهیم فیلتر کنیم، باید هرچه امپدانس مهره مغناطیسی بزرگتر باشد، بهتر است، معمولاً امپدانس 600 اهم یا بیشتر را انتخاب کنیم.

علاوه بر این، هنگام انتخاب مهره های مغناطیسی، توجه به شار مهره های مغناطیسی ضروری است که معمولاً باید 80 درصد کاهش یابد و تأثیر امپدانس DC بر افت ولتاژ هنگام استفاده در مدارهای قدرت باید در نظر گرفته شود.