uutiset

Yleinen tilanne: Suunnitteluinsinööri lisää ferriittipallon piiriin, jossa on EMC-ongelmia, mutta huomaa, että helmi itse asiassa pahentaa ei-toivottua melua. Miten tämä voisi olla? Eikö ferriittihelmien pitäisi poistaa meluenergiaa pahentamatta ongelmaa?
Vastaus tähän kysymykseen on melko yksinkertainen, mutta sitä ei ehkä ymmärretä laajalti paitsi niille, jotka viettävät suurimman osan ajasta EMI-ongelmien ratkaisemiseen. Yksinkertaisesti sanottuna ferriittihelmet eivät ole ferriittihelmiä, eivät ferriittihelmiä jne. Useimmat ferriittihelmien valmistajat tarjoavat taulukko, jossa luetellaan niiden osanumero, impedanssi tietyllä taajuudella (yleensä 100 MHz), DC-resistanssi (DCR), suurin nimellisvirta ja jotkin mitat Tiedot (katso taulukko 1).Kaikki on melkein vakiota.Mitä ei näy tiedoissa Arkki on materiaalitiedot ja vastaavat taajuuden suorituskykyominaisuudet.
Ferriittihelmet ovat passiivinen laite, joka voi poistaa kohinaenergiaa piiristä lämmön muodossa. Magneettiset helmet tuottavat impedanssia laajalla taajuusalueella, mikä eliminoi tämän taajuusalueen ei-toivotun kohinaenergian kokonaan tai osittain. Tasajännitesovelluksiin ( kuten IC:n Vcc-linja), on toivottavaa, että tasavirtavastusarvo on alhainen, jotta vältetään suuret tehohäviöt vaaditussa signaalissa ja/tai jännite- tai virtalähteessä (I2 x DCR-häviö). On kuitenkin toivottavaa, että korkea impedanssi tietyillä määritellyillä taajuusalueilla. Siten impedanssi liittyy käytettyyn materiaaliin (läpäisevyys), ferriittipalkan kokoon, käämien lukumäärään ja käämien rakenteeseen. Ilmeisesti tietyssä kotelon koossa ja tietyssä käytetyssä materiaalissa , mitä enemmän käämiä, sitä suurempi impedanssi, mutta koska sisäisen kelan fyysinen pituus on pidempi, tämä tuottaa myös suuremman tasavirtaresistanssin. Tämän komponentin nimellisvirta on kääntäen verrannollinen sen tasavirtaresistanssiin.
Yksi ferriittihelmien käytön perusnäkökohdista EMI-sovelluksissa on, että komponentin on oltava vastusvaiheessa. Mitä se tarkoittaa? Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa, että "R" (AC-resistanssi) on suurempi kuin "XL" (induktiivinen). reaktanssi). Taajuuksilla, joissa XL> R (alempi taajuus), komponentti on enemmän kuin induktori kuin vastus. Taajuudella R> XL osa käyttäytyy vastuksena, mikä on ferriittihelmiltä vaadittu ominaisuus. Taajuutta, jolla "R" tulee suuremmaksi kuin "XL", kutsutaan "ristitaajuus". Tämä näkyy kuvassa 1, jossa jakotaajuus on tässä esimerkissä 30 MHz ja se on merkitty punaisella nuolella.
Toinen tapa tarkastella tätä on sen perusteella, mitä komponentti todella suorittaa induktanssi- ja resistanssivaiheensa aikana. Kuten muissakin sovelluksissa, joissa induktorin impedanssia ei soviteta, osa tulevasta signaalista heijastuu takaisin lähteeseen. antaa jonkin verran suojaa ferriittihelmen toisella puolella oleville herkille laitteille, mutta se tuo myös "L":n piiriin, mikä voi aiheuttaa resonanssia ja värähtelyä (soittoa). Sen vuoksi, kun magneettihelmet ovat vielä luonteeltaan induktiivisia, osa meluenergiasta heijastuu ja osa meluenergiasta menee ohi, riippuen induktanssi- ja impedanssiarvoista.
Kun ferriittihelmi on resistiivisessä vaiheessaan, komponentti käyttäytyy kuin vastus, joten se estää meluenergian ja imee sen energian piiristä ja absorboi sen lämmön muodossa. Vaikka se on rakennettu samalla tavalla kuin jotkut induktorit, käyttämällä sama prosessi, tuotantolinja ja tekniikka, koneet ja osa samoista komponenttimateriaaleista, ferriittihelmet käyttävät häviöllisiä ferriittimateriaaleja, kun taas induktorit käyttävät pienihäviöistä rautaa happimateriaalia. Tämä näkyy kuvan 2 käyrässä.
Kuvassa on [μ''], joka kuvastaa häviöllisen ferriittihelmimateriaalin käyttäytymistä.
Se, että impedanssi annetaan taajuudella 100 MHz, on myös osa valintaongelmaa. Monissa EMI-tapauksissa impedanssi tällä taajuudella on merkityksetön ja harhaanjohtava. Tämän "pisteen" arvo ei osoita, kasvaako vai pieneneekö impedanssi , muuttuu litteäksi ja impedanssi saavuttaa huippuarvonsa tällä taajuudella ja onko materiaali vielä induktanssivaiheessa vai muuttunut vastusvaiheeseensa. Itse asiassa monet ferriittihelmien toimittajat käyttävät useita materiaaleja samaan ferriittihelteeseen, tai ainakin tietolomakkeen mukaisesti.Katso kuva 3.Kaikki tämän kuvan 5 käyrää koskevat erilaisia ​​120 ohmin ferriittihelmiä.
Sitten käyttäjän on saatava impedanssikäyrä, joka näyttää ferriittihelmen taajuusominaisuudet. Kuvassa 4 on esimerkki tyypillisestä impedanssikäyrästä.
Kuvassa 4 on erittäin tärkeä seikka. Tämä osa on nimetty 50 ohmin ferriittihelmeksi, jonka taajuus on 100 MHz, mutta sen jakotaajuus on noin 500 MHz ja se saavuttaa yli 300 ohmia 1-2,5 GHz:n välillä. käyttöturvallisuustiedotteen katsominen ei anna käyttäjän tietää tätä ja saattaa olla harhaanjohtavaa.
Kuten kuvasta näkyy, materiaalien ominaisuudet vaihtelevat. Ferriittihelmien valmistukseen käytetään monia muunnelmia. Jotkin materiaalit ovat suurihäviöisiä, laajakaistaisia, korkeataajuisia, alhaisia ​​syöttöhäviöitä ja niin edelleen. Kuvassa 5 on esitetty yleinen ryhmittely sovellustaajuus ja impedanssi.
Toinen yleinen ongelma on, että piirilevysuunnittelijat rajoittuvat joskus vain ferriittihelmien valintaan hyväksyttyjen komponenttien tietokannassa. Jos yrityksellä on vain muutama ferriittihelmi, jotka on hyväksytty käytettäväksi muissa tuotteissa ja joita pidetään tyydyttävinä, muita materiaaleja ja osanumeroita ei tarvitse arvioida ja hyväksyä.Tämä on viime aikoina toistuvasti johtanut joihinkin edellä kuvatun alkuperäisen EMI-meluongelman pahentaviin vaikutuksiin.Aiemmin tehokas menetelmä voi olla sovellettavissa seuraavaan projektiin tai se ei välttämättä ole tehokasta.Et voi vain seurata edellisen projektin EMI-ratkaisua, varsinkin kun vaaditun signaalin taajuus muuttuu tai potentiaalisten säteilevien komponenttien, kuten kellolaitteiden, taajuus muuttuu.
Jos katsot kahta kuvan 6 impedanssikäyrää, voit verrata kahden samanlaisen nimetyn osan materiaalivaikutuksia.
Näillä kahdella komponentilla 100 MHz:n impedanssi on 120 ohmia. Vasemmalla olevan osan maksimiimpedanssi on "B"-materiaalia käyttäen noin 150 ohmia, ja se toteutuu taajuudella 400 MHz. Oikeanpuoleisen osan kohdalla D-materiaalia käytettäessä maksimiimpedanssi on 700 ohmia, joka saavutetaan noin 700 MHz:llä. Suurin ero on kuitenkin jakotaajuus. Erittäin suurihäviöinen B-materiaali siirtyy 6 MHz:llä (R> XL) , kun taas erittäin korkeataajuinen D-materiaali pysyy induktiivisena noin 400 MHz:ssä. Mikä osa on oikea käytettävä? Se riippuu jokaisesta yksittäisestä sovelluksesta.
Kuvassa 7 on esitetty kaikki yleisimmät ongelmat, joita ilmenee, kun väärät ferriittihelmet valitaan estämään EMI. Suodattamaton signaali näyttää 474,5 mV:n aliarvon 3,5 V:n, 1 uS:n pulssissa.
High-loss-tyyppisen materiaalin (keskidiagrammin) käytön seurauksena mittauksen aliarvo kasvaa osan suuremman jakotaajuuden vuoksi. Signaalin aliarvo kasvoi 474,5 mV:sta 749,8 mV:iin. Super High Loss -materiaalissa on alhainen jakotaajuus ja hyvä suorituskyky. Se on oikea materiaali käytettäväksi tässä sovelluksessa (kuva oikealla). Tämän osan aliarvo pienenee 156,3 mV:iin.
Kun tasavirta helmien läpi kasvaa, ydinmateriaali alkaa kyllästyä. Induktorien kohdalla tätä kutsutaan kyllästysvirraksi ja se määritellään prosentuaalisena induktanssiarvon pudotuksena. Ferriittihelmillä, kun osa on vastusvaiheessa, kylläisyyden vaikutus heijastuu impedanssiarvon laskuna taajuuden myötä. Tämä impedanssin lasku vähentää ferriittihelmien tehokkuutta ja niiden kykyä eliminoida EMI (AC) -kohinaa. Kuva 8 esittää joukon tyypillisiä DC-bias-käyriä ferriittihelmille.
Tässä kuvassa ferriittipallon nimellisarvo on 100 ohmia 100 MHz:llä. Tämä on tyypillinen mitattu impedanssi, kun osassa ei ole tasavirtaa. Voidaan kuitenkin nähdä, että kun DC-virtaa käytetään (esimerkiksi IC VCC:lle). input), tehollinen impedanssi laskee jyrkästi. Yllä olevassa käyrässä 1,0 A virralla tehollinen impedanssi muuttuu 100 ohmista 20 ohmiin.100 MHz. Ei ehkä liian kriittistä, mutta johon suunnittelijan on kiinnitettävä huomiota. Vastaavasti käyttämällä vain sähköisiä ominaisuustietoja komponentin toimittajan tietolomakkeessa, käyttäjä ei ole tietoinen tästä DC-bias-ilmiöstä.
Kuten korkeataajuisissa RF-induktoreissa, myös ferriittipalossa olevan sisemmän kelan käämityssuunnalla on suuri vaikutus vanteen taajuusominaisuuksiin. Käämityksen suunta ei vaikuta ainoastaan ​​impedanssin ja taajuustason väliseen suhteeseen, vaan myös muuttaa taajuusvastetta. Kuvassa 9 on esitetty kaksi 1000 ohmin ferriittipalloa samalla kotelokoolla ja samasta materiaalista, mutta kahdella eri käämikokoonpanolla.
Vasemman osan käämit on kääritty pystytasolle ja pinottu vaakasuoraan, mikä tuottaa suuremman impedanssin ja korkeamman taajuusvasteen kuin oikean puolen vaakatasoon käämitty ja pystysuunnassa pinottu osa. Tämä johtuu osittain alempaan kapasitiiviseen reaktanssiin (XC), joka liittyy alentuneeseen loiskapasitanssiin päätyliittimen ja sisäisen kelan välillä. Alempi XC tuottaa korkeamman omaresonanssitaajuuden ja antaa sitten ferriittihelmen impedanssin jatkaa kasvuaan, kunnes se saavuttaa korkeamman omaresonanssitaajuuden, joka on korkeampi kuin ferriittihelmen standardirakenne Impedanssiarvo. Yllä olevien kahden 1000 ohmin ferriittihelmen käyrät on esitetty kuvassa 10.
Oikean ja virheellisen ferriittihelmen valinnan vaikutusten näyttämiseksi tarkemmin käytimme yksinkertaista testipiiriä ja testilevyä osoittamaan suurimman osan edellä käsitellystä sisällöstä. Kuvassa 11 testitaulu näyttää kolmen ferriittihelmen sijainnit ja testipisteet merkittyinä. "A", "B" ja "C", jotka sijaitsevat etäisyyden päässä lähettimen lähtölaitteesta (TX).
Signaalin eheys mitataan ferriittihelmien lähtöpuolella kussakin kolmesta asennosta ja toistetaan kahdella eri materiaalista valmistetulla ferriittihelmellä. Ensimmäinen materiaali, matalataajuinen häviöllinen "S"-materiaali, testattiin kohdissa. "A", "B" ja "C". Seuraavaksi käytettiin korkeamman taajuuden "D" -materiaalia. Näillä kahdella ferriittihelmellä saadut pisteestä pisteeseen -tulokset on esitetty kuvassa 12.
Suodattamaton "läpi"signaali näkyy keskirivillä, jossa näkyy jonkin verran ylitystä ja aliarvoa nousevalla ja laskevalla reunalla, vastaavasti. Voidaan nähdä, että kun käytetään oikeaa materiaalia yllä oleviin testiolosuhteisiin, alhaisemman taajuuden häviöllinen materiaali osoittaa hyvää ylitystä. ja aliarvosignaalin parannus nousevilla ja laskevilla reunoilla. Nämä tulokset näkyvät kuvan 12 ylärivillä. Korkeataajuisten materiaalien käytön tulos voi aiheuttaa soittoa, joka vahvistaa jokaista tasoa ja lisää epävakautta. Nämä testitulokset ovat näkyy alimmalla rivillä.
Kun tarkastellaan EMI:n parannusta suositellun yläosan taajuudella (kuva 12) kuvassa 13 esitetyssä vaakasuuntaisessa skannauksessa, voidaan nähdä, että kaikilla taajuuksilla tämä osa vähentää merkittävästi EMI-piikkejä ja alentaa yleistä melutasoa 30 asteessa. noin 350 MHz:n alueella hyväksyttävä taso on paljon alle punaisella viivalla korostetun EMI-rajan. Tämä on yleinen sääntelystandardi luokan B laitteille (FCC Part 15 Yhdysvalloissa). Ferriittihelmissä käytettyä "S"-materiaalia käytetään erityisesti näille alemmille taajuuksille. Voidaan nähdä, että kun taajuus ylittää 350 MHz, "S"-materiaalilla on rajoitettu vaikutus alkuperäiseen, suodattamattomaan EMI-kohinatasoon, mutta se vähentää suurta piikkiä 750 MHz:llä noin 6 dB:llä. Jos suurin osa EMI-kohinaongelmasta on yli 350 MHz, sinun on Harkitse korkeataajuisten ferriittimateriaalien käyttöä, joiden maksimiimpedanssi on suurempi spektrissä.
Tietenkin kaikki soittoäänet (kuten kuvan 12 alimmassa käyrässä) voidaan yleensä välttää todellisella suorituskyvyn testaus- ja/tai simulointiohjelmistolla, mutta toivotaan, että tämän artikkelin avulla lukijat voivat ohittaa monet yleiset virheet ja vähentää tarvetta Valitse oikea ferriittihelmen aika ja tarjoa "koulutetumpi" lähtökohta, kun ferriittihelmiä tarvitaan EMI-ongelmien ratkaisemiseen.
Lopuksi on parasta hyväksyä ferriittihelmien sarja tai sarja, ei vain yksittäistä osanumeroa, jotta valinnanvaraa ja suunnittelun joustavuutta voidaan lisätä. On huomattava, että eri toimittajat käyttävät erilaisia ​​materiaaleja, ja jokaisen toimittajan taajuusteho on tarkistettava. , varsinkin kun samaan projektiin tehdään useita ostoja. Tämä on hieman helppo tehdä ensimmäisellä kerralla, mutta kun osat on syötetty komponenttitietokantaan kontrollinumerolla, niitä voidaan käyttää missä tahansa. Tärkeää on, että eri toimittajien osien taajuussuorituskyky on hyvin samankaltainen, jotta muiden sovellusten mahdollisuus tulevaisuudessa eliminoituu Ongelma ilmeni.Paras tapa on saada samanlaisia ​​tietoja eri toimittajilta ja saada ainakin impedanssikäyrä. Tämä varmistaa myös, että oikeita ferriittihelmiä käytetään ratkaisemaan EMI-ongelmasi.
Chris Burket on työskennellyt TDK:lla vuodesta 1995 ja on nyt vanhempi sovellusinsinööri, joka tukee suurta määrää passiivisia komponentteja. Hän on ollut mukana tuotesuunnittelussa, teknisessä myynnissä ja markkinoinnissa. Burket on kirjoittanut ja julkaissut teknisiä artikkeleita monilla foorumeilla. Burket on saanut kolme Yhdysvaltain patenttia optisille/mekaanisille kytkimille ja kondensaattoreille.
In Compliance on sähkö- ja elektroniikkatekniikan ammattilaisten tärkein uutisten, tiedon, koulutuksen ja inspiraation lähde.
Ilmailu- ja autoteollisuus Viestintä Kulutuselektroniikka Koulutus Energia ja sähköteollisuus Tietotekniikka Lääketieteellinen armeija ja maanpuolustus