nuus

'n Algemene situasie: 'n Ontwerpingenieur plaas 'n ferrietkraal in 'n stroombaan wat EMC-probleme ondervind, net om te vind dat die kraal eintlik ongewenste geraas erger maak. Hoe kan dit wees?Moet ferrietkrale nie geraasenergie uitskakel sonder om die probleem te vererger nie?
Die antwoord op hierdie vraag is redelik eenvoudig, maar dit word dalk nie algemeen verstaan ​​nie, behalwe vir diegene wat die meeste van die tyd spandeer om EMI-probleme op te los. Eenvoudig gestel, ferrietkrale is nie ferrietkrale nie, nie ferrietkrale, ens. Die meeste ferrietkralevervaardigers verskaf 'n tabel wat hul onderdeelnommer, impedansie by 'n gegewe frekwensie (gewoonlik 100 MHz), GS-weerstand (DCR), maksimum aangeslane stroom en 'n paar afmetings lys, lys. Inligting (sien Tabel 1). Alles is amper standaard. Wat nie in die data getoon word nie. blad is die materiaal inligting en die ooreenstemmende frekwensie prestasie eienskappe.
Ferrietkrale is 'n passiewe toestel wat geraasenergie uit die stroombaan kan verwyder in die vorm van hitte. Magnetiese krale genereer impedansie in 'n wye frekwensiereeks en elimineer daardeur die hele of 'n deel van die ongewenste geraasenergie in hierdie frekwensiereeks. Vir GS-spanningtoepassings ( soos die Vcc-lyn van 'n IC), is dit wenslik om 'n lae GS-weerstandwaarde te hê om groot kragverliese in die vereiste sein en/of spanning of stroombron (I2 x DCR verlies) te vermy. Dit is egter wenslik om te hê hoë impedansie in sekere gedefinieerde frekwensiegebiede.Daarom is die impedansie verwant aan die materiaal wat gebruik word (permeabiliteit), die grootte van die ferrietkraal, die aantal windings, en die wikkelstruktuur.Natuurlik, in 'n gegewe behuisingsgrootte en spesifieke materiaal wat gebruik word , hoe meer windings, hoe hoër is die impedansie, maar aangesien die fisiese lengte van die interne spoel langer is, sal dit ook 'n hoër GS-weerstand produseer. Die nominale stroom van hierdie komponent is omgekeerd eweredig aan sy GS-weerstand.
Een van die basiese aspekte van die gebruik van ferrietkrale in EMI-toepassings is dat die komponent in die weerstandsfase moet wees. Wat beteken dit? Eenvoudig gestel, beteken dit dat "R" (AC weerstand) groter moet wees as "XL" (induktief) reaktansie). By frekwensies waar XL> R (laer frekwensie), is die komponent meer soos 'n induktor as 'n weerstand. By die frekwensie van R> XL tree die onderdeel op as 'n weerstand, wat 'n vereiste eienskap van ferrietkrale is. frekwensie waarteen "R" groter word as "XL" word die "oorkruis"-frekwensie genoem. Dit word in Figuur 1 getoon, waar die oorkruisfrekwensie in hierdie voorbeeld 30 MHz is en deur 'n rooi pyl gemerk word.
Nog 'n manier om hierna te kyk, is in terme van wat die komponent werklik tydens sy induktansie- en weerstandsfases verrig. Soos met ander toepassings waar die impedansie van die induktor nie ooreenstem nie, word 'n deel van die inkomende sein terug na die bron gereflekteer. Dit kan bied 'n mate van beskerming vir die sensitiewe toerusting aan die ander kant van die ferrietkraal, maar dit bring ook "L" in die stroombaan in, wat resonansie en ossillasie (klingel) kan veroorsaak. Wanneer die magnetiese krale dus nog induktief van aard is, deel van die geraasenergie sal gereflekteer word en 'n deel van die geraasenergie sal verbygaan, afhangende van die induktansie- en impedansiewaardes.
Wanneer die ferrietkraal in sy weerstandsfase is, gedra die komponent soos 'n weerstand, dus blokkeer dit geraasenergie en absorbeer daardie energie van die stroombaan, en absorbeer dit in die vorm van hitte. Alhoewel dit op dieselfde manier as sommige induktore gebou is, gebruik dieselfde proses, produksielyn en tegnologie, masjinerie en sommige van dieselfde komponentmateriale, ferrietkrale gebruik verliesende ferrietmateriale, terwyl induktors yster suurstofmateriaal met lae verlies gebruik. Dit word in die kromme in Figuur 2 getoon.
Die figuur toon [μ''], wat die gedrag van die verliesagtige ferrietkraalmateriaal weerspieël.
Die feit dat die impedansie by 100 MHz gegee word, is ook deel van die seleksieprobleem. In baie gevalle van EMI is die impedansie by hierdie frekwensie irrelevant en misleidend. Die waarde van hierdie "punt" dui nie aan of die impedansie toeneem, afneem nie , word plat, en die impedansie bereik sy piekwaarde by hierdie frekwensie, en of die materiaal nog in sy induktansiefase is of in sy weerstandsfase getransformeer het. Trouens, baie ferrietkraalverskaffers gebruik veelvuldige materiale vir dieselfde ferrietkraal, of ten minste soos getoon in die datablad.Sien Figuur 3.Al 5 kurwes in hierdie figuur is vir verskillende 120 ohm ferrietkrale.
Dan, wat die gebruiker moet verkry, is die impedansiekromme wat die frekwensie-eienskappe van die ferrietkraal toon. 'n Voorbeeld van 'n tipiese impedansiekromme word in Figuur 4 getoon.
Figuur 4 toon 'n baie belangrike feit. Hierdie deel word aangewys as 'n 50 ohm ferrietkraal met 'n frekwensie van 100 MHz, maar sy oorkruisfrekwensie is ongeveer 500 MHz, en dit bereik meer as 300 ohm tussen 1 en 2,5 GHz. Weereens, net om na die datablad te kyk, sal die gebruiker dit nie laat weet nie en kan misleidend wees.
Soos in die figuur getoon, verskil die eienskappe van die materiale.Daar is baie variante van ferriet wat gebruik word om ferrietkrale te maak.Sommige materiale is hoë verlies, breëband, hoë frekwensie, lae invoegverlies ensovoorts.Figuur 5 toon die algemene groepering deur toepassingsfrekwensie en impedansie.
Nog 'n algemene probleem is dat kringbordontwerpers soms beperk is tot die keuse van ferrietkrale in hul goedgekeurde komponentdatabasis. As die maatskappy slegs 'n paar ferrietkrale het wat goedgekeur is vir gebruik in ander produkte en as bevredigend geag word, in baie gevalle, dit is nie nodig om ander materiale en onderdeelnommers te evalueer en goed te keur nie.In die onlangse verlede het dit herhaaldelik gelei tot 'n paar verswarende gevolge van die oorspronklike EMI-geraasprobleem wat hierbo beskryf is. Die voorheen effektiewe metode kan van toepassing wees op die volgende projek, of dit dalk nie effektief is nie. Jy kan nie bloot die EMI-oplossing van die vorige projek volg nie, veral wanneer die frekwensie van die vereiste sein verander of die frekwensie van potensiële uitstralende komponente soos kloktoerusting verander.
As jy na die twee impedansiekrommes in Figuur 6 kyk, kan jy die materiële effekte van twee soortgelyke aangewese dele vergelyk.
Vir hierdie twee komponente is die impedansie by 100 MHz 120 ohm. Vir die deel aan die linkerkant, met behulp van die "B" materiaal, is die maksimum impedansie ongeveer 150 ohm, en dit word gerealiseer by 400 MHz. Vir die deel aan die regterkant , met behulp van die "D" materiaal, is die maksimum impedansie 700 ohm, wat bereik word by ongeveer 700 MHz. Maar die grootste verskil is die oorkruisfrekwensie. Die ultrahoë verlies "B" materiaal gaan oor by 6 MHz (R> XL) , terwyl die baie hoë frekwensie "D" materiaal induktief bly by ongeveer 400 MHz. Watter deel is die korrekte een om te gebruik? Dit hang af van elke individuele toepassing.
Figuur 7 toon al die algemene probleme wat voorkom wanneer die verkeerde ferrietkrale gekies word om EMI te onderdruk. Die ongefilterde sein toon 474,5 mV onderskryt op 'n 3,5V, 1 uS pols.
As gevolg van die gebruik van 'n hoë-verlies tipe materiaal (middelste plot), neem die ondergrens van die meting toe as gevolg van die hoër oorkruisfrekwensie van die onderdeel. Die sein ondergrens het toegeneem van 474.5 mV tot 749.8 mV. Die Super High Loss materiaal het 'n lae oorkruisfrekwensie en goeie werkverrigting.Dit sal die regte materiaal wees om in hierdie toepassing te gebruik (prent regs). Die onderslag wat hierdie deel gebruik, word tot 156,3 mV verminder.
Soos die gelykstroom deur die krale toeneem, begin die kernmateriaal versadig word.Vir induktore word dit versadigingsstroom genoem en word gespesifiseer as 'n persentasie daling in die induktansiewaarde.Vir ferrietkrale, wanneer die onderdeel in die weerstandsfase is, is die effek van versadiging word weerspieël in die afname in impedansiewaarde met frekwensie.Hierdie daling in impedansie verminder die doeltreffendheid van die ferrietkrale en hul vermoë om EMI (AC) geraas uit te skakel.Figuur 8 toon 'n stel tipiese GS voorspanningskrommes vir ferrietkrale.
In hierdie figuur word die ferrietkraal gegradeer teen 100 ohm by 100 MHz. Dit is die tipiese gemete impedansie wanneer die onderdeel geen GS-stroom het nie. Dit kan egter gesien word dat sodra 'n GS-stroom toegepas word (byvoorbeeld vir IC VCC inset), daal die effektiewe impedansie skerp.In bogenoemde kurwe, vir 'n 1.0 A stroom, verander die effektiewe impedansie van 100 ohm na 20 ohm.100 MHz. Miskien nie te krities nie, maar iets waaraan die ontwerpingenieur moet aandag gee. Net so, deur slegs die elektriese karakteristieke data te gebruik van die komponent in die verskaffer se datablad, sal die gebruiker nie bewus wees van hierdie DC-vooroordeel-verskynsel nie.
Soos hoëfrekwensie RF-induktors, het die wikkelrigting van die binnespoel in die ferrietkraal 'n groot invloed op die frekwensie-eienskappe van die kraal.Winkelrigting beïnvloed nie net die verhouding tussen impedansie en frekwensievlak nie, maar verander ook die frekwensierespons. In Figuur 9 word twee 1000 ohm ferrietkrale getoon met dieselfde behuisingsgrootte en dieselfde materiaal, maar met twee verskillende wikkelkonfigurasies.
Die spoele van die linkerdeel word op die vertikale vlak gewikkel en in die horisontale rigting gestapel, wat hoër impedansie en hoër frekwensierespons produseer as die deel aan die regterkant wat in die horisontale vlak gewikkel is en in die vertikale rigting gestapel word. Dit is deels as gevolg van na die laer kapasitiewe reaktansie (XC) wat geassosieer word met die verminderde parasitiese kapasitansie tussen die eindterminaal en die interne spoel. 'n Laer XC sal 'n hoër selfresonansiefrekwensie produseer, en dan toelaat dat die impedansie van die ferrietkraal aanhou toeneem totdat dit bereik 'n hoër selfresonansiefrekwensie, wat hoër is as die standaardstruktuur van die ferrietkraal Die impedansiewaarde.Die kurwes van die bogenoemde twee 1000 ohm ferrietkrale word in Figuur 10 getoon.
Om die uitwerking van korrekte en verkeerde ferrietkrale seleksie verder te wys, het ons 'n eenvoudige toetskring en toetsbord gebruik om die meeste van die inhoud wat hierbo bespreek is te demonstreer.In Figuur 11 toon die toetsbord die posisies van drie ferrietkrale en die toetspunte wat gemerk is "A", "B" en "C", wat op die afstand van die sender-uitset (TX)-toestel geleë is.
Die seinintegriteit word gemeet aan die uitsetkant van die ferrietkrale in elk van die drie posisies, en word herhaal met twee ferrietkrale wat van verskillende materiale gemaak is. Die eerste materiaal, 'n lae-frekwensie verliesagtige "S" materiaal, is by punte getoets "A", "B" en "C". Vervolgens is 'n hoër frekwensie "D" materiaal gebruik. Die punt-tot-punt resultate wat hierdie twee ferrietkrale gebruik, word in Figuur 12 getoon.
Die "deur" ongefilterde sein word in die middelste ry vertoon, wat 'n mate van oor- en onderskiet op die stygende en dalende rande toon, onderskeidelik. Dit kan gesien word dat die gebruik van die korrekte materiaal vir die bogenoemde toetstoestande, die laerfrekwensieverliesmateriaal goeie oorskiet toon en onderloopseinverbetering op die stygende en dalende rande.Hierdie resultate word in die boonste ry van Figuur 12 getoon.Die resultaat van die gebruik van hoëfrekwensiemateriaal kan gelui veroorsaak, wat elke vlak versterk en die tydperk van onstabiliteit verhoog.Hierdie toetsresultate is op die onderste ry gewys.
Wanneer gekyk word na die verbetering van EMI met frekwensie in die aanbevole boonste deel (Figuur 12) in die horisontale skandering wat in Figuur 13 getoon word, kan dit gesien word dat vir alle frekwensies, hierdie deel EMI-spylings aansienlik verminder en die algehele geraasvlak by 30 verminder tot ongeveer In die 350 MHz-reeks is die aanvaarbare vlak ver onder die EMI-limiet wat deur die rooi lyn uitgelig word.Dit is die algemene regulatoriese standaard vir Klas B-toerusting (FCC Deel 15 in die Verenigde State). Die "S"-materiaal wat in ferrietkrale gebruik word, word spesifiek vir hierdie laer frekwensies gebruik. Dit kan gesien word dat sodra die frekwensie 350 MHz oorskry, die "S"-materiaal het 'n beperkte impak op die oorspronklike, ongefiltreerde EMI-geraasvlak, maar dit verminder wel 'n groot piek by 750 MHz met ongeveer 6 dB. As die grootste deel van die EMI-geraasprobleem hoër as 350 MHz is, moet jy oorweeg die gebruik van hoërfrekwensie ferrietmateriale waarvan die maksimum impedansie hoër in die spektrum is.
Natuurlik kan alle lui (soos getoon in die onderste kurwe van Figuur 12) gewoonlik vermy word deur werklike prestasietoetsing en/of simulasiesagteware, maar daar word gehoop dat hierdie artikel lesers in staat sal stel om baie algemene foute te omseil en die behoefte om kies die korrekte ferrietkrale Tyd, en verskaf 'n meer "opgevoede" beginpunt wanneer ferrietkrale nodig is om EMI-probleme te help oplos.
Ten slotte is dit die beste om 'n reeks of reeks ferrietkrale goed te keur, nie net 'n enkele onderdeelnommer nie, vir meer keuses en ontwerp buigsaamheid. Daar moet kennis geneem word dat verskillende verskaffers verskillende materiale gebruik, en die frekwensieprestasie van elke verskaffer moet hersien word , veral wanneer verskeie aankope vir dieselfde projek gedoen word. Dit is 'n bietjie maklik om dit die eerste keer te doen, maar sodra die dele in die komponentdatabasis ingevoer is onder 'n kontrolenommer, kan dit dan enige plek gebruik word.Die belangrike ding is dat die frekwensieprestasie van onderdele van verskillende verskaffers baie soortgelyk is om die moontlikheid van ander toepassings in die toekoms uit te skakel. Die probleem het voorgekom. Die beste manier is om soortgelyke data van verskillende verskaffers te verkry, en ten minste 'n impedansiekromme te hê. Dit sal ook verseker dat die korrekte ferrietkrale gebruik word om jou EMI-probleem op te los.
Chris Burket werk sedert 1995 by TDK en is nou 'n senior toepassingsingenieur, wat 'n groot aantal passiewe komponente ondersteun.Hy was betrokke by produkontwerp, tegniese verkope en bemarking.Mnr.Burket het in baie forums tegniese referate geskryf en gepubliseer.Mnr.Burket het drie Amerikaanse patente op optiese/meganiese skakelaars en kapasitors verkry.
In Compliance is die hoofbron van nuus, inligting, opvoeding en inspirasie vir elektriese en elektroniese ingenieurs.
Lugvaart Motorkommunikasie Verbruikerselektronika Onderwys Energie en Kragbedryf Inligtingstegnologie Medies Militêre en Nasionale Verdediging