Lajme

Një situatë e zakonshme: Një inxhinier projektuesi fut një rruazë ferriti në një qark që përjeton probleme EMC, vetëm për të zbuluar se rruaza në të vërtetë e bën zhurmën e padëshiruar më keq. Si mund të jetë kjo? A nuk duhet që rruazat e ferritit të eliminojnë energjinë e zhurmës pa e përkeqësuar problemin?
Përgjigja për këtë pyetje është mjaft e thjeshtë, por mund të mos kuptohet gjerësisht, përveç atyre që kalojnë shumicën e kohës duke zgjidhur problemet e EMI. E thënë thjesht, rruazat e ferritit nuk janë rruaza ferriti, jo rruaza ferriti, etj. Shumica e prodhuesve të rruaza ferriti ofrojnë një tabelë që liston numrin e tyre të pjesës, rezistencën në një frekuencë të caktuar (zakonisht 100 MHz), rezistencën DC (DCR), rrymën maksimale të vlerësuar dhe informacionin e disa dimensioneve (shih tabelën 1). Gjithçka është pothuajse standarde. Çfarë nuk tregohet në të dhëna fleta është informacioni i materialit dhe karakteristikat përkatëse të performancës së frekuencës.
Rruazat e ferritit janë një pajisje pasive që mund të largojë energjinë e zhurmës nga qarku në formën e nxehtësisë. Rruazat magnetike gjenerojnë rezistencë në një gamë të gjerë frekuencash, duke eliminuar kështu të gjithë ose një pjesë të energjisë së zhurmës së padëshiruar në këtë gamë frekuence. Për aplikimet e tensionit DC ( siç është linja Vcc e një IC), është e dëshirueshme që të ketë një vlerë të ulët të rezistencës DC për të shmangur humbjet e mëdha të energjisë në sinjalin e kërkuar dhe/ose tensionin ose burimin e rrymës (humbje I2 x DCR). Megjithatë, është e dëshirueshme që të ketë rezistencë e lartë në diapazon të caktuar të frekuencave të përcaktuara. Prandaj, impedanca lidhet me materialin e përdorur (përshkueshmërinë), madhësinë e rruazës së ferritit, numrin e mbështjelljeve dhe strukturën e mbështjelljes. Natyrisht, në një madhësi të caktuar strehimi dhe material specifik të përdorur , sa më shumë dredha-dredha, aq më e lartë është impedanca, por duke qenë se gjatësia fizike e bobinës së brendshme është më e gjatë, kjo do të prodhojë gjithashtu një rezistencë më të lartë DC. Rryma e vlerësuar e këtij komponenti është në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën e saj DC.
Një nga aspektet themelore të përdorimit të rruazave të ferritit në aplikimet EMI është se komponenti duhet të jetë në fazën e rezistencës. Çfarë do të thotë? E thënë thjesht, kjo do të thotë se "R" (rezistenca AC) duhet të jetë më e madhe se "XL" (induktive reaktancë). Në frekuencat ku XL> R (frekuenca më e ulët), komponenti është më shumë si një induktor sesa një rezistencë. Në frekuencën R> XL, pjesa sillet si një rezistencë, e cila është një karakteristikë e kërkuar e rruazave të ferritit. frekuenca në të cilën "R" bëhet më e madhe se "XL" quhet frekuenca "crossover". Kjo është paraqitur në figurën 1, ku frekuenca e kryqëzimit është 30 MHz në këtë shembull dhe shënohet me një shigjetë të kuqe.
Një mënyrë tjetër për ta parë këtë është në aspektin e asaj që komponenti në të vërtetë kryen gjatë fazave të tij të induktivitetit dhe rezistencës. Ashtu si me aplikacionet e tjera ku impedanca e induktorit nuk përputhet, një pjesë e sinjalit në hyrje reflektohet përsëri në burim. Kjo mund të siguron një mbrojtje për pajisjet e ndjeshme në anën tjetër të rruazës së ferritit, por gjithashtu fut "L" në qark, i cili mund të shkaktojë rezonancë dhe lëkundje (kumbues). Prandaj, kur rruazat magnetike janë ende induktive në natyrë, pjesë e energjisë së zhurmës do të reflektohet dhe një pjesë e energjisë së zhurmës do të kalojë, në varësi të vlerave të induktivitetit dhe impedancës.
Kur rruaza e ferritit është në fazën e saj rezistente, komponenti sillet si një rezistencë, kështu që bllokon energjinë e zhurmës dhe thith atë energji nga qarku dhe e thith atë në formën e nxehtësisë. Edhe pse është ndërtuar në të njëjtën mënyrë si disa induktorë, duke përdorur i njëjti proces, linja e prodhimit dhe teknologjia, makineritë dhe disa nga të njëjtat materiale përbërëse, rruazat e ferritit përdorin materiale ferrite me humbje, ndërsa induktorët përdorin material oksigjeni me humbje të ulët hekuri. Kjo tregohet në lakoren në Figurën 2.
Figura tregon [μ''], e cila pasqyron sjelljen e materialit të rruazës së ferritit me humbje.
Fakti që impedanca jepet në 100 MHz është gjithashtu pjesë e problemit të përzgjedhjes. Në shumë raste të EMI, impedanca në këtë frekuencë është e parëndësishme dhe mashtruese. Vlera e kësaj "pike" nuk tregon nëse impedanca rritet, zvogëlohet , bëhet e sheshtë dhe impedanca arrin vlerën e saj maksimale në këtë frekuencë, dhe nëse materiali është ende në fazën e tij të induktivitetit ose është shndërruar në fazën e tij të rezistencës. Në fakt, shumë furnizues të rruaza ferrit përdorin materiale të shumta për të njëjtën rruazë ferriti, ose të paktën siç tregohet në fletën e të dhënave.Shih Figurën 3.Të 5 kthesat në këtë figurë janë për rruaza të ndryshme ferriti 120 ohm.
Më pas, ajo që përdoruesi duhet të marrë është kurba e rezistencës që tregon karakteristikat e frekuencës së rruazës së ferritit. Një shembull i një lakore tipike të impedancës është paraqitur në figurën 4.
Figura 4 tregon një fakt shumë të rëndësishëm. Kjo pjesë është caktuar si një rruazë ferriti 50 om me një frekuencë prej 100 MHz, por frekuenca e kryqëzimit të saj është rreth 500 MHz dhe arrin më shumë se 300 ohmë midis 1 dhe 2,5 GHz. Përsëri, vetëm shikimi i fletës së të dhënave nuk do ta bëjë të ditur këtë përdorues dhe mund të jetë mashtrues.
Siç tregohet në figurë, vetitë e materialeve ndryshojnë. Ka shumë variante të ferritit që përdoren për të bërë rruaza ferriti. Disa materiale janë me humbje të lartë, brez të gjerë, frekuencë të lartë, humbje të ulët të futjes etj. Figura 5 tregon grupimin e përgjithshëm sipas frekuenca e aplikimit dhe impedanca.
Një problem tjetër i zakonshëm është se projektuesit e pllakave të qarkut ndonjëherë kufizohen në përzgjedhjen e rruazave të ferritit në bazën e të dhënave të komponentëve të tyre të miratuar. Nëse kompania ka vetëm disa rruaza ferriti që janë miratuar për përdorim në produkte të tjera dhe konsiderohen të kënaqshme, në shumë raste, nuk është e nevojshme të vlerësohen dhe miratohen materialet e tjera dhe numrat e pjesëve. Në të kaluarën e afërt, kjo ka çuar në mënyrë të përsëritur në disa efekte rënduese të problemit origjinal të zhurmës EMI të përshkruar më sipër. Metoda e mëparshme efektive mund të jetë e zbatueshme për projektin tjetër, ose mund të mos jetë efektive. Ju nuk mund të ndiqni thjesht zgjidhjen EMI të projektit të mëparshëm, veçanërisht kur ndryshon frekuenca e sinjalit të kërkuar ose frekuenca e komponentëve të mundshëm rrezatues, siç janë pajisjet e orës.
Nëse shikoni dy kthesat e rezistencës në Figurën 6, mund të krahasoni efektet materiale të dy pjesëve të ngjashme të përcaktuara.
Për këta dy komponentë, impedanca në 100 MHz është 120 ohms. Për pjesën në të majtë, duke përdorur materialin "B", impedanca maksimale është rreth 150 ohmë, dhe është realizuar në 400 MHz. Për pjesën në të djathtë , duke përdorur materialin "D", rezistenca maksimale është 700 ohms, e cila arrihet në afërsisht 700 MHz. Por ndryshimi më i madh është frekuenca e kryqëzimit. Humbja ultra e lartë e materialit "B" kalon në 6 MHz (R> XL) , ndërsa materiali "D" me frekuencë shumë të lartë mbetet induktiv në rreth 400 MHz. Cila pjesë është e duhura për t'u përdorur? Kjo varet nga çdo aplikim individual.
Figura 7 tregon të gjitha problemet e zakonshme që ndodhin kur rruazat e gabuara të ferritit zgjidhen për të shtypur EMI. Sinjali i pafiltruar tregon rënien e 474,5 mV në një impuls 3,5 V, 1 uss.
Si rezultat i përdorimit të një materiali të tipit me humbje të lartë (grafiku qendror), nënndarja e matjes rritet për shkak të frekuencës më të lartë të kryqëzimit të pjesës. Dëmtimi i sinjalit u rrit nga 474,5 mV në 749,8 mV. Materiali me Humbje Super të Lartë ka një frekuencë e ulët e kryqëzimit dhe performancë e mirë.Do të jetë materiali i duhur për t'u përdorur në këtë aplikacion (foto në të djathtë). Shpërndarja e ulët duke përdorur këtë pjesë është reduktuar në 156.3 mV.
Me rritjen e rrymës direkte nëpër rruaza, materiali i bërthamës fillon të ngopet. Për induktorët, kjo quhet rrymë e ngopjes dhe specifikohet si një përqindje rënie në vlerën e induktivitetit. Për rruazat e ferritit, kur pjesa është në fazën e rezistencës, Efekti i ngopjes reflektohet në uljen e vlerës së impedancës me frekuencën. Kjo rënie e rezistencës zvogëlon efektivitetin e rruazave të ferritit dhe aftësinë e tyre për të eliminuar zhurmën EMI (AC).
Në këtë figurë, rruaza e ferritit vlerësohet në 100 ohms në 100 MHz. Kjo është impedanca tipike e matur kur pjesa nuk ka rrymë DC. Megjithatë, mund të shihet se pasi të aplikohet një rrymë DC (për shembull, për IC VCC hyrje), impedanca efektive bie ndjeshëm.Në kurbën e mësipërme, për një rrymë 1.0 A, impedanca efektive ndryshon nga 100 ohms në 20 ohms. 100 MHz. Ndoshta jo shumë kritike, por diçka që inxhinieri projektues duhet t'i kushtojë vëmendje. Në mënyrë të ngjashme, duke përdorur vetëm të dhënat e karakteristikave elektrike të komponentit në fletën e të dhënave të furnizuesit, përdoruesi nuk do të jetë në dijeni të këtij fenomeni të paragjykimit DC.
Ashtu si induktorët RF me frekuencë të lartë, drejtimi i mbështjelljes së spirales së brendshme në rruazën e ferritit ka një ndikim të madh në karakteristikat e frekuencës së rruazës. Drejtimi i mbështjelljes jo vetëm që ndikon në marrëdhënien midis rezistencës dhe nivelit të frekuencës, por gjithashtu ndryshon përgjigjen e frekuencës. Në figurën 9, tregohen dy rruaza ferriti 1000 ohm me të njëjtën madhësi strehimi dhe të njëjtin material, por me dy konfigurime të ndryshme mbështjelljeje.
Bobinat e pjesës së majtë mbështillen në planin vertikal dhe grumbullohen në drejtim horizontal, gjë që prodhon rezistencë më të lartë dhe përgjigje frekuence më të lartë se pjesa në anën e djathtë të plagosur në planin horizontal dhe të grumbulluara në drejtim vertikal. Kjo është pjesërisht për shkak në reaktancën më të ulët kapacitiv (XC) të lidhur me kapacitetin e reduktuar parazitar midis terminalit fundor dhe spirales së brendshme. Një XC më i ulët do të prodhojë një frekuencë më të lartë të vetë-rezonancës dhe më pas do të lejojë që impedanca e rruazës së ferritit të vazhdojë të rritet derisa të arrin një frekuencë më të lartë të vetë-rezonancës, e cila është më e lartë se struktura standarde e rruazës së ferritit. Vlera e rezistencës.
Për të treguar më tej efektet e zgjedhjes së saktë dhe të pasaktë të rruazës së ferritit, ne përdorëm një qark të thjeshtë testimi dhe një tabelë testimi për të demonstruar pjesën më të madhe të përmbajtjes së diskutuar më sipër. Në figurën 11, bordi i provës tregon pozicionet e tre rruazave të ferritit dhe pikat e testimit të shënuara "A", "B" dhe "C", të cilat ndodhen në distancë nga pajisja e daljes së transmetuesit (TX).
Integriteti i sinjalit matet në anën e daljes së rruazave të ferritit në secilën nga tre pozicionet dhe përsëritet me dy rruaza ferriti të bëra nga materiale të ndryshme. Materiali i parë, një material "S" me humbje të frekuencës së ulët, u testua në pika. "A", "B" dhe "C". Më pas, u përdor një material "D" me frekuencë më të lartë. Rezultatet pikë-për-pikë duke përdorur këto dy rruaza ferriti janë paraqitur në Figurën 12.
Sinjali i pafiltruar "nëpërmjet" shfaqet në rreshtin e mesëm, duke treguar një tejkalim dhe nënkalim përkatësisht në skajet në rritje dhe në rënie. Mund të shihet se duke përdorur materialin e duhur për kushtet e mësipërme të provës, materiali me humbje të frekuencës më të ulët tregon tejkalim të mirë. dhe përmirësimi i sinjalit të ulët në skajet në rritje dhe në rënie. Këto rezultate tregohen në rreshtin e sipërm të figurës 12. Rezultati i përdorimit të materialeve me frekuencë të lartë mund të shkaktojë zile, e cila përforcon çdo nivel dhe rrit periudhën e paqëndrueshmërisë. Këto rezultate testi janë treguar në rreshtin e poshtëm.
Kur shikohet përmirësimi i EMI me frekuencë në pjesën e sipërme të rekomanduar (Figura 12) në skanimin horizontal të paraqitur në figurën 13, mund të shihet se për të gjitha frekuencat, kjo pjesë redukton ndjeshëm pikat e EMI dhe zvogëlon nivelin e përgjithshëm të zhurmës në 30 përafërsisht Në intervalin 350 MHz, niveli i pranueshëm është shumë nën kufirin EMI të theksuar nga vija e kuqe.Ky është standardi rregullator i përgjithshëm për pajisjet e Klasës B (FCC Pjesa 15 në Shtetet e Bashkuara). Materiali "S" i përdorur në rruaza ferriti përdoret veçanërisht për këto frekuenca më të ulëta. Mund të shihet se kur frekuenca kalon 350 MHz, Materiali "S" ka një ndikim të kufizuar në nivelin e zhurmës origjinale, të pafiltruar EMI, por zvogëlon një rritje të madhe në 750 MHz me rreth 6 dB. Nëse pjesa kryesore e problemit të zhurmës EMI është më e lartë se 350 MHz, duhet të Merrni parasysh përdorimin e materialeve ferrite me frekuencë më të lartë, impedanca maksimale e të cilave është më e lartë në spektër.
Sigurisht, të gjitha zhurmat (siç tregohet në kurbën e poshtme të figurës 12) zakonisht mund të shmangen nga testimi aktual i performancës dhe/ose softueri simulues, por shpresohet që ky artikull t'i lejojë lexuesit të anashkalojnë shumë gabime të zakonshme dhe të zvogëlojnë nevojën për të zgjidhni kohën e duhur të rruazës së ferritit dhe siguroni një pikënisje më të "edukuar" kur nevojiten rruaza ferriti për të ndihmuar në zgjidhjen e problemeve të EMI.
Së fundi, është më mirë të miratohet një seri ose seri rruazash ferriti, jo vetëm një numër i vetëm pjesësh, për më shumë zgjedhje dhe fleksibilitet të dizajnit. Duhet të theksohet se furnitorë të ndryshëm përdorin materiale të ndryshme dhe performanca e frekuencës së secilit furnizues duhet të rishikohet , veçanërisht kur bëhen blerje të shumta për të njëjtin projekt. Është paksa e lehtë ta bësh këtë herën e parë, por pasi pjesët të futen në bazën e të dhënave të komponentëve nën një numër kontrolli, ato mund të përdoren kudo.E rëndësishme është që performanca e frekuencës së pjesëve nga furnizues të ndryshëm është shumë e ngjashme për të eliminuar mundësinë e aplikimeve të tjera në të ardhmen. Problemi ka ndodhur. Mënyra më e mirë është të merren të dhëna të ngjashme nga furnitorë të ndryshëm, dhe të paktën të ketë një kurbë impedance. Kjo do të sigurojë gjithashtu që rruazat e duhura të ferritit të përdoren për të zgjidhur problemin tuaj EMI.
Chris Burket ka punuar në TDK që nga viti 1995 dhe tani është një inxhinier i lartë i aplikacioneve, duke mbështetur një numër të madh të komponentëve pasivë. Ai ka qenë i përfshirë në dizajnimin e produktit, shitjet teknike dhe marketingun. Z.Burket ka shkruar dhe botuar punime teknike në shumë forume.Burket ka marrë tre patenta amerikane për çelsat dhe kondensatorët optikë/mekanikë.
In Compliance është burimi kryesor i lajmeve, informacionit, edukimit dhe frymëzimit për profesionistët e inxhinierisë elektrike dhe elektronike.
Hapësirë ​​ajrore Automobilistikë Komunikime Elektronikë Konsumatore Arsim Energjia dhe Industria e Energjisë Industria e Informacionit Teknologji Mjekësore Ushtarake dhe Mbrojtja Kombëtare