קבלי מסנן, משרנים במצב נפוץ וחרוזים מגנטיים הם דמויות נפוצות במעגלי עיצוב EMC, והם גם שלושה כלים רבי עוצמה לחסל הפרעות אלקטרומגנטיות.
עבור התפקיד של שלושת אלה במעגל, אני מאמין שיש מהנדסים רבים לא מבינים, את המאמר מתכנון ניתוח מפורט של העיקרון של ביטול שלושת EMC החדה ביותר.
1. קבל מסנן
למרות שהתהודה של הקבל אינה רצויה מנקודת מבט של סינון רעשים בתדר גבוה, התהודה של הקבל לא תמיד מזיקה.
כאשר נקבעת תדירות הרעש שיש לסנן, ניתן לכוונן את הקיבולת של הקבל כך שנקודת התהודה פשוט תיפול על תדר ההפרעה.
בהנדסה מעשית, תדירות הרעש האלקטרומגנטי שיש לסנן גבוה לרוב עד מאות מגה-הרץ, או אפילו יותר מ-1 גיגה-הרץ. עבור רעש אלקטרומגנטי בתדר גבוה שכזה, יש צורך להשתמש בקבל דרך הליבה כדי לסנן ביעילות.
הסיבה לכך שקבלים רגילים אינם יכולים לסנן ביעילות רעש בתדר גבוה היא בגלל שתי סיבות:
(1) סיבה אחת היא שההשראות של מוביל הקבל גורמת לתהודה של קבלים, המציגה עכבה גדולה לאות בתדר גבוה, ומחלישה את אפקט המעקף של האות בתדר גבוה;
(2) סיבה נוספת היא שהקיבול הטפילי בין החוטים המחבר את האות בתדר גבוה, מפחית את אפקט הסינון.
הסיבה לכך שהקבל דרך הליבה יכול לסנן ביעילות רעש בתדר גבוה היא שלקבל דרך הליבה לא רק שאין את הבעיה שהשראת העופרת גורמת לכך שתדר התהודה של הקבל נמוך מדי.
וניתן להתקין את הקבל דרך הליבה ישירות על לוח המתכת, באמצעות לוח המתכת כדי לשחק את התפקיד של בידוד בתדר גבוה. עם זאת, בעת שימוש בקבל דרך הליבה, הבעיה שיש לשים לב אליה היא בעיית ההתקנה.
החולשה הגדולה ביותר של הקבל דרך הליבה היא החשש מהשפעת טמפרטורה וטמפרטורה גבוהות, מה שגורם לקשיים גדולים בעת ריתוך הקבל דרך הליבה ללוח המתכת.
קבלים רבים נפגעים במהלך הריתוך. במיוחד כאשר צריך להתקין מספר רב של קבלי ליבה על הפאנל, כל עוד יש נזק, קשה לתקן, כי כאשר מסירים את הקבל הפגום, זה יגרום נזק לקבלים אחרים בקרבת מקום.
2. השראות מצב משותף
מכיוון שהבעיות העומדות בפני EMC הן בעיקר הפרעות במצב נפוץ, משרני מצב נפוץ הם גם אחד מהרכיבים החזקים הנפוצים שלנו.
משרן המצב המשותף הוא התקן דיכוי הפרעות במצב נפוץ עם פריט בתור הליבה, המורכב משני סלילים באותו גודל ומאותו מספר סיבובים הכרוכים באופן סימטרי על אותה ליבה מגנטית של טבעת פריט ליצירת התקן עם ארבעה טרמינלים, אשר יש אפקט דיכוי השראות גדול עבור אות המצב המשותף, והשראות דליפה קטנה עבור אות המצב הדיפרנציאלי.
העיקרון הוא שכאשר זרם המצב המשותף זורם, השטף המגנטי בטבעת המגנטית מעלה זה את זה, ובכך יש השראות ניכרת, אשר מעכבת את זרם המצב המשותף, וכאשר שני הסלילים זורמים דרך זרם המצב הדיפרנציאלי, השטף המגנטי. בטבעת המגנטית מבטלים זה את זה, ואין כמעט השראות, כך שהזרם במצב הדיפרנציאלי יכול לעבור ללא הנחתה.
לכן, משרן המצב המשותף יכול למעשה לדכא את אות ההפרעה במצב המשותף בקו המאוזן, אך אין לו השפעה על השידור הרגיל של אות המצב הדיפרנציאלי.
משרני מצב נפוץ צריכים לעמוד בדרישות הבאות כאשר הם מיוצרים:
(1) יש לבודד את החוטים הכרוכים על ליבת הסליל כדי להבטיח שאין קצר חשמלי בין סיבובי הסליל בפעולה של מתח יתר מיידי;
(2) כאשר הסליל זורם דרך הזרם הגדול המיידי, הליבה המגנטית לא צריכה להיות רוויה;
(3) יש לבודד את הליבה המגנטית בסליל מהסליל כדי למנוע התמוטטות בין השניים בפעולה של מתח יתר מיידי;
(4) יש לכרוך את הסליל בשכבה אחת ככל האפשר, על מנת להפחית את הקיבול הטפילי של הסליל ולשפר את יכולת הסליל להעביר מתח יתר חולף.
בנסיבות רגילות, תוך שימת לב לבחירת פס התדרים הנדרש לסינון, ככל שעכבת המצב המשותף גדול יותר, כך טוב יותר, ולכן עלינו להסתכל על נתוני המכשיר בעת בחירת משרן המצב המשותף, בעיקר על פי עקומת תדר עכבה.
בנוסף, בעת הבחירה, שימו לב להשפעה של עכבת מצב דיפרנציאלי על האות, בעיקר התמקדות בעכבת מצב דיפרנציאלי, במיוחד שימו לב ליציאות מהירות.
3. חרוז מגנטי
בתהליך עיצוב המעגל הדיגיטלי EMC של המוצר, אנו משתמשים לעתים קרובות בחרוזים מגנטיים, חומר פריט הוא סגסוגת ברזל-מגנזיום או סגסוגת ברזל-ניקל, לחומר זה יש חדירות מגנטית גבוהה, הוא יכול להיות המשרן בין סליל הסליל במקרה של גבוה קיבול מינימלי שנוצר בתדר והתנגדות גבוהה.
חומרי פריט משמשים בדרך כלל בתדרים גבוהים, מכיוון שבתדרים נמוכים מאפייני השראות העיקריים שלהם הופכים את ההפסד בקו קטן מאוד. בתדרים גבוהים, הם בעיקר יחסי מאפיינים תגובתיים ומשתנים עם התדר. ביישומים מעשיים, חומרי פריט משמשים כמנחתים בתדר גבוה עבור מעגלי תדר רדיו.
למעשה, פריט שווה יותר להקבלה של התנגדות והשראות, ההתנגדות מקוצרת על ידי המשרן בתדר נמוך, ועכבת המשרן הופכת גבוהה למדי בתדר גבוה, כך שהזרם כולו עובר דרך ההתנגדות.
פריט הוא מכשיר צורך בו מומרת אנרגיה בתדר גבוה לאנרגיית חום, הנקבעת על פי מאפייני ההתנגדות החשמלית שלו. חרוזים מגנטיים של פריט הם בעלי מאפייני סינון בתדר גבוה טובים יותר מאשר משרנים רגילים.
פריט הוא התנגדות בתדרים גבוהים, שווה ערך למשרן בעל מקדם איכות נמוך מאוד, כך שהוא יכול לשמור על עכבה גבוהה בטווח תדרים רחב, ובכך לשפר את היעילות של סינון בתדר גבוה.
בפס התדרים הנמוכים, העכבה מורכבת משראות. בתדר נמוך, R קטן מאוד, והחדירות המגנטית של הליבה גבוהה, כך שההשראות גדולה. L ממלא תפקיד מרכזי, והפרעות אלקטרומגנטיות מדוכאות על ידי השתקפות. ובזמן זה, אובדן הליבה המגנטית הוא קטן, המכשיר כולו הוא אובדן נמוך, מאפייני Q גבוהים של המשרן, קל לגרום לתהודה למשרן זה, כך שברצועת התדרים הנמוכים, לפעמים עשויות להיות הפרעות משופרות לאחר השימוש בחרוזים מגנטיים של פריט.
בפס התדרים הגבוהים, העכבה מורכבת ממרכיבי התנגדות. ככל שהתדר עולה, החדירות של הליבה המגנטית יורדת, וכתוצאה מכך ירידה בהשראה של המשרן וירידה ברכיב התגובה השראות.
עם זאת, בשלב זה, אובדן הליבה המגנטית גדל, רכיב ההתנגדות גדל, וכתוצאה מכך עלייה בעכבה הכוללת, וכאשר האות בתדר גבוה עובר דרך הפריט, ההפרעה האלקטרומגנטית נספגת ומומרת לצורה של פיזור חום.
רכיבי דיכוי פריט נמצאים בשימוש נרחב במעגלים מודפסים, קווי חשמל וקווי נתונים. לדוגמה, אלמנט דיכוי פריט נוסף לקצה הכניסה של כבל החשמל של הלוח המודפס כדי לסנן הפרעות בתדר גבוה.
טבעת מגנטית פריט או חרוז מגנטי משמשות במיוחד לדיכוי הפרעות בתדר גבוה והפרעות שיא בקווי אות וקווי מתח, ויש לה גם את היכולת לספוג הפרעות דופק של פריקה אלקטרוסטטית. השימוש בחרוזים מגנטיים של שבב או במשרני שבב תלוי בעיקר ביישום המעשי.
משרני שבבים משמשים במעגלי תהודה. כאשר יש צורך לבטל רעשי EMI מיותר, השימוש בחרוזים מגנטיים של שבב הוא הבחירה הטובה ביותר.
יישום של חרוזים מגנטיים של שבב ומשרני שבב
משרני שבבים:תדר רדיו (RF) ותקשורת אלחוטית, ציוד טכנולוגיית מידע, גלאי מכ"ם, אלקטרוניקה לרכב, טלפונים סלולריים, זימונים, ציוד אודיו, עוזרים דיגיטליים אישיים (PDA), מערכות שלט רחוק אלחוטיות ומודול אספקת חשמל במתח נמוך.
שבב חרוזים מגנטיים:מעגלים לייצור שעון, סינון בין מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים, מחברים פנימיים של קלט/פלט קלט/פלט (כגון יציאות טוריות, יציאות מקבילות, מקלדות, עכברים, טלקומוניקציה למרחקים ארוכים, רשתות מקומיות), מעגלי RF והתקני לוגיקה הרגישים ל- הפרעות, סינון של הפרעות מוליכות בתדר גבוה במעגלי אספקת חשמל, מחשבים, מדפסות, מכשירי וידאו (VCRS), דיכוי רעשי EMI במערכות טלוויזיה וטלפונים ניידים.
יחידת החרוז המגנטי היא אוהם, מכיוון שהיחידה של החרוז המגנטי היא נומינלית בהתאם לעכבה שהוא מייצר בתדר מסוים, ויחידת העכבה היא גם אוהם.
DATASHEET של חרוז מגנטי יספק בדרך כלל את מאפייני התדר והעכבה של העקומה, בדרך כלל 100MHz כסטנדרט, למשל, כאשר התדר של 100MHz כאשר העכבה של החרוז המגנטי שווה ל-1000 אוהם.
עבור פס התדרים שאנו רוצים לסנן, עלינו לבחור ככל שהעכבה של החרוז המגנטי גדולה יותר, כך ייטב, בדרך כלל לבחור עכבה של 600 אוהם ומעלה.
בנוסף, בעת בחירת חרוזים מגנטיים, יש צורך לשים לב לשטף של חרוזים מגנטיים, אשר בדרך כלל צריך להיות מופחת ב-80%, ויש לקחת בחשבון את ההשפעה של עכבת DC על ירידת המתח בעת שימוש במעגלי חשמל.
זמן פרסום: 24 ביולי 2023
