навіны

Звычайная сітуацыя: інжынер-канструктар устаўляе ферытавы шарык у ланцуг з праблемамі ЭМС, але выяўляе, што шарык узмацняе непажаданы шум. Як гэта можа быць? Хіба ферытавы шарык не павінен ліквідаваць энергію шуму, не пагаршаючы праблему?
Адказ на гэтае пытанне даволі просты, але ён можа быць зразумелы не ўсім, за выключэннем тых, хто праводзіць большую частку часу, вырашаючы праблемы з электрамагнітнымі перашкодамі. Прасцей кажучы, ферытавыя шарыкі - гэта не ферытавыя шарыкі, не ферытавыя шарыкі і г.д. Большасць вытворцаў ферытавых шарыкаў забяспечваюць табліца, у якой пералічаны іх нумар дэталі, імпеданс на некаторай зададзенай частаце (звычайна 100 МГц), супраціўленне пастаяннаму току (DCR), максімальны намінальны ток і некаторая інфармацыя аб памерах (гл. табліцу 1). Усё амаль стандартна. Што не паказана ў дадзеных аркуш змяшчае інфармацыю аб матэрыяле і адпаведныя частотныя характарыстыкі.
Ферытавыя шарыкі з'яўляюцца пасіўнай прыладай, якая можа выдаляць шумавую энергію са ланцуга ў выглядзе цяпла. Магнітныя шарыкі ствараюць імпеданс у шырокім дыяпазоне частот, тым самым ухіляючы цалкам або часткова непажаданую шумавую энергію ў гэтым дыяпазоне частот. Для прымянення пастаяннага току ( напрыклад лінія Vcc мікрасхемы), пажадана мець нізкае значэнне супраціву пастаяннага току, каб пазбегнуць вялікіх страт магутнасці ў неабходным сігнале і/або напружанні або крыніцы току (I2 х страты DCR). Аднак пажадана мець высокі імпеданс у пэўных дыяпазонах частот. Такім чынам, імпеданс звязаны з выкарыстоўваным матэрыялам (пранікальнасць), памерам ферытавага шарыка, колькасцю абмотак і структурай абмоткі. Відавочна, што ў дадзеным памеры корпуса і канкрэтным выкарыстоўваным матэрыяле , чым больш абмотак, тым вышэйшы супраціў, але паколькі фізічная даўжыня ўнутранай шпулькі большая, гэта таксама прывядзе да большага супраціву пастаяннаму току. Намінальны ток гэтага кампанента зваротна прапарцыйны яго супраціўленню пастаяннаму току.
Адным з асноўных аспектаў выкарыстання ферытавых шарыкаў у прылажэннях EMI з'яўляецца тое, што кампанент павінен знаходзіцца ў фазе супраціву. Што гэта значыць? Прасцей кажучы, гэта азначае, што «R» (супраціў пераменнага току) павінен быць большым, чым «XL» (індуктыўны рэактыўнае супраціўленне). На частатах, дзе XL> R (ніжэйшая частата), кампанент больш падобны на шпульку індуктыўнасці, чым на рэзістар. На частаце R> XL дэталь паводзіць сябе як рэзістар, што з'яўляецца неабходнай характарыстыкай ферытавых шарыкаў. частата, пры якой «R» становіцца большай за «XL», называецца частатой «крыжавання». Гэта паказана на малюнку 1, дзе ў гэтым прыкладзе частата кросовера складае 30 МГц і пазначана чырвонай стрэлкай.
Іншы спосаб паглядзець на гэта з пункту гледжання таго, што кампанент на самай справе выконвае падчас фаз індуктыўнасці і супраціву. Як і ў іншых прыкладаннях, дзе супраціў індуктыўнасці не супадае, частка ўваходнага сігналу адлюстроўваецца назад да крыніцы. Гэта можа забяспечвае некаторую абарону для адчувальнага абсталявання з іншага боку ферытавага шарыка, але ён таксама ўводзіць у ланцуг "L", што можа выклікаць рэзананс і ваганні (звон). Такім чынам, калі магнітныя шарыкі ўсё яшчэ індуктыўныя па сваёй прыродзе, частка энергіі шуму будзе адбівацца, а частка энергіі шуму праходзіць, у залежнасці ад значэнняў індуктыўнасці і імпедансу.
Калі ферытавая пацерка знаходзіцца ў сваёй рэзістыўнай фазе, кампанент паводзіць сябе як рэзістар, таму ён блакуе энергію шуму і паглынае гэтую энергію з ланцуга, а таксама паглынае яе ў выглядзе цяпла. Нягледзячы на ​​тое, што пабудаваны такім жа чынам, як і некаторыя індуктары, з выкарыстаннем той жа працэс, вытворчая лінія і тэхналогія, абсталяванне і некаторыя з тых жа кампанентаў, у ферытавых шарыках выкарыстоўваюцца ферытавыя матэрыялы са стратамі, у той час як у шпульках індуктыўнасці выкарыстоўваецца жалезакіслародны матэрыял з нізкімі стратамі. Гэта паказана на крывой на малюнку 2.
На малюнку паказана [μ''], якое адлюстроўвае паводзіны ферытавага шарыка са стратамі.
Той факт, што імпеданс зададзены на 100 МГц, таксама з'яўляецца часткай праблемы выбару. У многіх выпадках EMI імпеданс на гэтай частаце не мае значэння і ўводзіць у зман. Значэнне гэтага «кропкі» не паказвае, павялічваецца ці памяншаецца імпеданс , становіцца плоскім, і імпеданс дасягае свайго пікавага значэння на гэтай частаце, а таксама тое, ці знаходзіцца матэрыял усё яшчэ ў фазе індуктыўнасці або перайшоў у фазу супраціву. Фактычна, многія пастаўшчыкі ферытавых шарыкаў выкарыстоўваюць некалькі матэрыялаў для аднаго ферытавага шарыка, або прынамсі, як паказана ў табліцы дадзеных. Глядзіце малюнак 3. Усе 5 крывых на гэтым малюнку прызначаны для розных ферытавых шарыкаў 120 Ом.
Затым карыстальнік павінен атрымаць крывую імпедансу, якая паказвае частотныя характарыстыкі ферытавага шарыка. Прыклад тыповай крывой імпедансу паказаны на малюнку 4.
На малюнку 4 паказаны вельмі важны факт. Гэтая дэталь пазначаецца як 50-омная ферытавая пацерка з частатой 100 МГц, але яе кросаверная частата складае каля 500 МГц, і яна дасягае больш за 300 Ом у дыяпазоне ад 1 да 2,5 ГГц. Зноў жа, проста гледзячы на ​​табліцу дадзеных, карыстальнік не даведаецца пра гэта і можа ўвесці ў зман.
Як паказана на малюнку, уласцівасці матэрыялаў адрозніваюцца. Існуе шмат варыянтаў ферыту, які выкарыстоўваецца для вырабу ферытавых шарыкаў. Некаторыя матэрыялы з'яўляюцца высокімі стратамі, шырокапалоснымі, высокай частатой, нізкімі ўносімымі стратамі і гэтак далей. На малюнку 5 паказана агульная групоўка па частата прымянення і імпеданс.
Яшчэ адна распаўсюджаная праблема заключаецца ў тым, што распрацоўшчыкі друкаваных поплаткаў часам абмяжоўваюцца выбарам ферытавых шарыкаў у сваёй базе дадзеных зацверджаных кампанентаў. Калі ў кампаніі ёсць толькі некалькі ферытавых шарыкаў, якія былі дазволены для выкарыстання ў іншых прадуктах і прызнаны здавальняючымі, у многіх выпадках, няма неабходнасці ацэньваць і зацвярджаць іншыя матэрыялы і нумары дэталяў. У нядаўнім мінулым гэта неаднаразова прыводзіла да некаторых пагаршаючых наступстваў зыходнай праблемы шуму EMI, апісанай вышэй. Раней эфектыўны метад можа быць дастасавальны да наступнага праекта, або можа быць неэфектыўным. Вы не можаце проста прытрымлівацца рашэння EMI папярэдняга праекта, асабліва калі змяняецца частата неабходнага сігналу або частата патэнцыйных выпраменьвальных кампанентаў, такіх як абсталяванне гадзінніка.
Калі вы паглядзіце на дзве крывыя імпедансу на малюнку 6, вы можаце параўнаць матэрыяльнае ўздзеянне дзвюх падобных прызначаных частак.
Для гэтых двух кампанентаў імпеданс на 100 МГц складае 120 Ом. Для часткі злева, з выкарыстаннем матэрыялу "B", максімальны імпеданс складае каля 150 Ом, і ён рэалізаваны на 400 МГц. Для часткі справа , з выкарыстаннем матэрыялу "D", максімальны імпеданс складае 700 Ом, які дасягаецца пры прыблізна 700 МГц. Але самая вялікая розніца - гэта частата перакрыжавання. Матэрыял "B" са звышвялікімі стратамі пераходзіць на 6 МГц (R> XL) , у той час як вельмі высокачашчынны матэрыял «D» застаецца індуктыўным каля 400 МГц. Якую частку лепш выкарыстоўваць? Гэта залежыць ад кожнага асобнага прымянення.
На малюнку 7 паказаны ўсе агульныя праблемы, якія ўзнікаюць, калі для падаўлення электрамагнітных перашкод выбраны няправільныя ферытавыя шарыкі. Нефільтраваны сігнал паказвае недахоп 474,5 мВ пры імпульсе 3,5 В, 1 мкс.
У выніку выкарыстання матэрыялу з высокімі стратамі (цэнтральны графік) недасягненне вымярэння павялічваецца з-за больш высокай частаты перакрыжавання дэталі. Недалет сігналу павялічыўся з 474,5 мВ да 749,8 мВ. Матэрыял са звышвысокімі стратамі мае нізкая частата перакрыжавання і добрая прадукцыйнасць. Гэта будзе правільны матэрыял для выкарыстання ў гэтым дадатку (малюнак справа). Недалет пры выкарыстанні гэтай часткі зніжаецца да 156,3 мВ.
Калі пастаянны ток праз шарыкі павялічваецца, матэрыял стрыжня пачынае насычацца. Для шпулек індуктыўнасці гэта называецца токам насычэння і вызначаецца як працэнт падзення значэння індуктыўнасці. Для ферытавых шарыкаў, калі дэталь знаходзіцца ў фазе супраціву, эфект насычэння адлюстроўваецца ў памяншэнні значэння імпедансу з частатой. Гэта падзенне імпедансу зніжае эфектыўнасць ферытавых шарыкаў і іх здольнасць ліквідаваць шум EMI (AC). Малюнак 8 паказвае набор тыповых крывых зрушэння пастаяннага току для ферытавых шарыкаў.
На гэтым малюнку ферытавая пацерка разлічана на 100 Ом пры 100 МГц. Гэта тыповы вымераны супраціў, калі дэталь не мае пастаяннага току. Аднак відаць, што пасля падачы пастаяннага току (напрыклад, для мікрасхемы VCC ўваход), эфектыўны імпеданс рэзка падае. У прыведзенай вышэй крывой для току 1,0 А эфектыўны імпеданс змяняецца ад 100 Ом да 20 Ом. 100 МГц. Магчыма, гэта не занадта крытычна, але на што інжынер-канструктар павінен звярнуць увагу. Падобным чынам, выкарыстоўваючы толькі даныя электрычных характарыстык кампанента ў тэхнічным пашпарце пастаўшчыка, карыстальнік не будзе ведаць аб гэтай з'яве зрушэння пастаяннага току.
Як і высокачашчынныя радыёчастотныя шпулькі індуктыўнасці, кірунак намоткі ўнутранай шпулькі ў ферытавай пацерцы мае вялікі ўплыў на частотныя характарыстыкі пацеркі. Напрамак намоткі не толькі ўплывае на суадносіны паміж імпедансам і частотным узроўнем, але і змяняе частотную характарыстыку. На малюнку 9 паказаны дзве ферытавыя шарыкі на 1000 Ом з аднолькавым памерам корпуса і з аднолькавага матэрыялу, але з дзвюма рознымі канфігурацыямі намоткі.
Шпулькі левай часткі намотваюцца ў вертыкальнай плоскасці і складаюцца ў гарызантальным кірунку, што забяспечвае больш высокі супраціў і больш высокую частотную характарыстыку, чым частка з правага боку, намотваецца ў гарызантальнай плоскасці і складзена ў вертыкальным кірунку. Часткова гэта звязана з да меншага ёмістнага рэактыўнага супраціву (XC), звязанага з паменшанай паразітнай ёмістасцю паміж канцавой клемай і ўнутранай шпулькай. Ніжэйшы XC будзе вырабляць больш высокую частату ўласнага рэзанансу, а затым дазволіць імпедансу ферытавага шарыка працягваць павялічвацца, пакуль ён не дасягае больш высокай частаты ўласнага рэзанансу, якая вышэй, чым у стандартнай структуры ферытавага шарыка. Значэнне імпедансу. Крывыя дзвюх вышэйзгаданых ферытавых шарыкаў на 1000 Ом паказаны на малюнку 10.
Каб дадаткова паказаць уплыў правільнага і няправільнага выбару ферытавых шарыкаў, мы выкарысталі простую тэставую схему і тэставую плату, каб прадэманстраваць большую частку змесціва, разгледжанага вышэй. На малюнку 11 тэставая плата паказвае становішча трох ферытавых шарыкаў і кантрольныя кропкі, адзначаныя «A», «B» і «C», якія размешчаны на адлегласці ад прылады выхаду перадатчыка (TX).
Цэласнасць сігналу вымяраецца на баку выхаду ферытавых шарыкаў у кожнай з трох пазіцый і паўтараецца з дзвюма ферытавымі шарыкамі, вырабленымі з розных матэрыялаў. Першы матэрыял, нізкачашчынны матэрыял «S» са стратамі, быў пратэставаны ў кропках «A», «B» і «C». Затым быў выкарыстаны матэрыял «D» з больш высокай частатой. Вынікі кропка-кропка з выкарыстаннем гэтых двух ферытавых шарыкаў паказаны на малюнку 12.
«Скразны» нефільтраваны сігнал адлюстроўваецца ў сярэднім радку, паказваючы некаторае перасячэнне і недаразмеркаванне на нарастаючым і спадальным фронтах, адпаведна. Можна заўважыць, што пры выкарыстанні правільнага матэрыялу для вышэйзгаданых умоў выпрабаванняў матэрыял з стратамі больш нізкай частоты паказвае добрае перасячэнне і паляпшэнне сігналу пранізлівасці на нарастаючым і спадальным фронтах. Гэтыя вынікі паказаны ў верхнім радку малюнка 12. Вынік выкарыстання высокачашчынных матэрыялаў можа выклікаць звон, які ўзмацняе кожны ўзровень і павялічвае перыяд нестабільнасці. Гэтыя вынікі выпрабаванняў паказана ў ніжнім радку.
Гледзячы на ​​паляпшэнне EMI ​​з частатой у рэкамендаванай верхняй частцы (малюнак 12) у гарызантальным сканаванні, паказаным на малюнку 13, можна заўважыць, што для ўсіх частот гэтая частка значна памяншае ўсплёскі EMI і зніжае агульны ўзровень шуму на 30 да прыблізна У дыяпазоне 350 МГц дапушчальны ўзровень значна ніжэйшы за мяжу EMI, вылучаную чырвонай лініяй. Гэта агульны нарматыўны стандарт для абсталявання класа B (FCC, частка 15 у Злучаных Штатах). Матэрыял "S", які выкарыстоўваецца ў ферытавых шарыках, спецыяльна выкарыстоўваецца для гэтых нізкіх частот. Відаць, што калі частата перавышае 350 МГц, Матэрыял "S" мае абмежаваны ўплыў на зыходны, нефільтраваны ўзровень шуму EMI, але ён зніжае асноўны ўсплёск на 750 МГц прыкладна на 6 дБ. Калі асноўная частка праблемы шуму EMI вышэй за 350 МГц, вам трэба разгледзець магчымасць выкарыстання больш высокачашчынных ферытавых матэрыялаў, максімальны імпеданс якіх вышэй у спектры.
Вядома, усіх званкоў (як паказана ў ніжняй крывой на малюнку 12) звычайна можна пазбегнуць з дапамогай рэальнага тэсціравання прадукцыйнасці і/або праграмнага забеспячэння для мадэлявання, але ёсць надзея, што гэты артыкул дазволіць чытачам абысці шмат распаўсюджаных памылак і паменшыць неабходнасць абярыце правільны час для ферытавых шарыкаў і забяспечце больш «адукаваную» адпраўную кропку, калі ферытавыя шарыкі патрэбныя для вырашэння праблем з электрамагнітнымі перашкодамі.
Нарэшце, лепш зацвердзіць серыю або серыю ферытавых шарыкаў, а не толькі адзін нумар дэталі, для большага выбару і гібкасці канструкцыі. Варта адзначыць, што розныя пастаўшчыкі выкарыстоўваюць розныя матэрыялы, і частотныя характарыстыкі кожнага пастаўшчыка павінны быць перагледжаны , асабліва калі робяцца некалькі пакупак для аднаго і таго ж праекта. Зрабіць гэта ў першы раз даволі проста, але пасля таго, як дэталі будуць унесены ў базу дадзеных кампанентаў пад кантрольным нумарам, іх можна выкарыстоўваць дзе заўгодна. Важна тое, што частотныя характарыстыкі дэталяў ад розных пастаўшчыкоў вельмі падобныя, каб выключыць магчымасць выкарыстання іншых прымянення ў будучыні. Узнікла праблема. Лепшы спосаб - атрымаць аднолькавыя даныя ад розных пастаўшчыкоў і хаця б мець крывую імпедансу. Гэта таксама гарантуе выкарыстанне правільных ферытавых шарыкаў для вырашэння вашай праблемы EMI.
Крыс Беркет працуе ў TDK з 1995 года і зараз з'яўляецца старэйшым інжынерам па прыкладанні, які падтрымлівае вялікую колькасць пасіўных кампанентаў. Ён займаўся дызайнам прадукту, тэхнічнымі продажамі і маркетынгам. Беркет напісаў і апублікаваў тэхнічныя артыкулы на многіх форумах. Кампанія Burket атрымала тры патэнты ЗША на аптычныя/механічныя перамыкачы і кандэнсатары.
In Compliance з'яўляецца асноўнай крыніцай навін, інфармацыі, адукацыі і натхнення для спецыялістаў у галіне электрычнай і электроннай тэхнікі.
Аэракасмічная прамысловасць Аўтамабільная сувязь Бытавая электроніка Адукацыя Энергетыка і электраэнергетыка Інфармацыйныя тэхналогіі Медыцына Ваенная і нацыянальная абарона