סילוק מפורט של שלושת כלי הנשק של EMC: קבלים/סלילים/חרוזים מגנטיים

קבלי סינון, סלילים במצב משותף וחרוזים מגנטיים הם נתונים נפוצים במעגלי תכנון EMC, והם גם שלושה כלים רבי עוצמה לחיסול הפרעות אלקטרומגנטיות.

לגבי תפקידם של שלושת אלה במעגל, אני מאמין שיש הרבה מהנדסים שלא מבינים, המאמר מהתכנון של ניתוח מפורט של עקרון ביטול שלושת החדות ביותר של EMC.

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 קיבולת הקבל כך שנקודת התהודה תיפול בדיוק על תדר ההפרעה.

בהנדסה מעשית, תדירות הרעש האלקטרומגנטי שיש לסנן היא לעתים קרובות גבוהה עד מאות מגה-הרץ, או אפילו יותר מ-1 גיגה-הרץ. עבור רעש אלקטרומגנטי בתדר גבוה כזה, יש צורך להשתמש בקבל מעבר-ליבה כדי לסנן ביעילות.

הסיבה לכך שקבלים רגילים אינם יכולים לסנן ביעילות רעשים בתדר גבוה היא משתי סיבות:

(1) סיבה אחת היא שההשראות של מוליך הקבל גורמת לתהודה של הקבל, אשר יוצרת עכבה גדולה לאות בתדר גבוה, ומחלישה את אפקט המעקף של אות התדר הגבוה;

(2) סיבה נוספת היא שהקיבול הטפילי בין החוטים מצמיד את האות בתדר גבוה, ומפחית את אפקט הסינון.

הסיבה לכך שקבל דרך הליבה יכול לסנן ביעילות רעש בתדר גבוה היא שלקבל דרך הליבה לא רק שאין את הבעיה של השראות העופרת שגורמת לתדר תהודה נמוך מדי של הקבל.

וניתן להתקין את הקבל דרך הליבה ישירות על לוח המתכת, תוך שימוש בלוח המתכת כדי למלא את תפקיד הבידוד בתדר גבוה. עם זאת, בעת שימוש בקבל דרך הליבה, הבעיה שיש לשים לב אליה היא בעיית ההתקנה.

החולשה הגדולה ביותר של קבל הליבה-עוברית היא החשש מטמפרטורה גבוהה ופגיעת טמפרטורה, מה שגורם לקשיים גדולים בעת ריתוך הקבל הליבה-עוברית לפאנל המתכת.

קבלים רבים ניזוקים במהלך הריתוך. במיוחד כאשר יש צורך להתקין מספר רב של קבלים בעלי ליבה על הפאנל, כל עוד יש נזק, קשה לתקן אותו, מכיוון שכאשר הקבל הפגום מוסר, הדבר יגרום נזק לקבלים סמוכים אחרים.

2. השראות מצב משותף

מאחר שבעיות ה-EMC מתמודדות איתן בעיקר הפרעות במצב משותף, סלילים במצב משותף הם גם אחד הרכיבים החזקים הנפוצים שלנו.

משרן במצב משותף הוא התקן דיכוי הפרעות במצב משותף עם ליבת פריט, המורכב משני סלילים באותו גודל ומספר סיבובים זהה, המפותלים באופן סימטרי על אותה ליבה מגנטית של טבעת פריט, ליצירת התקן בעל ארבעה הדקים, בעל אפקט דיכוי השראות גדול עבור אות המצב המשותף, והשראות דליפה קטנה עבור אות המצב ההפרש.

העיקרון הוא שכאשר זרם המצב המשותף זורם, השטף המגנטי בטבעת המגנטית מכסה זה את זה, וכך נוצרת השראות ניכרת, אשר מעכבת את זרם המצב המשותף, וכאשר שני הסלילים זורמים דרך זרם המצב הדיפרנציאלי, השטף המגנטי בטבעת המגנטית מבטל זה את זה, וכמעט ואין השראות, כך שזרם המצב הדיפרנציאלי יכול לעבור ללא דעיכה.

לכן, משרן המצב המשותף יכול לדכא ביעילות את אות ההפרעה במצב משותף בקו המאוזן, אך אין לו השפעה על השידור הרגיל של אות המצב הדיפרנציאלי.

סלילי אופן משותף צריכים לעמוד בדרישות הבאות בעת ייצורם:

(1) יש לבודד את החוטים המלפפים על ליבת הסליל כדי להבטיח שלא יווצר קצר חשמלי בין סיבובי הסליל תחת פעולת מתח יתר מיידי;

(2) כאשר הסליל זורם דרך זרם גדול מיידי, הליבה המגנטית לא צריכה להיות רוויה;

(3) יש לבודד את הליבה המגנטית בסליל מהסליל כדי למנוע קריסה ביניהן תחת פעולת מתח יתר מיידי;

(4) יש לפלף את הסליל בשכבה אחת ככל האפשר, על מנת להפחית את הקיבול הטפילי של הסליל ולשפר את יכולתו להעביר מתח יתר חולף.

בנסיבות רגילות, תוך שימת לב לבחירת פס התדרים הנדרש לסינון, ככל שעכבת האופן המשותף גדולה יותר, כך ייטב, לכן עלינו להסתכל על נתוני המכשיר בעת בחירת משרן האופן המשותף, בעיקר בהתאם לעקומת תדר העכבה.

בנוסף, בעת הבחירה, יש לשים לב להשפעת עכבת המודן הדיפרנציאלי על האות, תוך התמקדות בעיקר בעכבת המודן הדיפרנציאלי, ובמיוחד בתשומת לב ליציאות במהירות גבוהה.

3. חרוז מגנטי

בתהליך תכנון EMC של מעגלים דיגיטליים של מוצרים, אנו משתמשים לעתים קרובות בחרוזים מגנטיים. חומר הפריט הוא סגסוגת ברזל-מגנזיום או סגסוגת ברזל-ניקל. לחומר זה חדירות מגנטית גבוהה, והוא יכול לשמש כמשרן בין סלילי הסליל במקרה של תדר גבוה והתנגדות גבוהה, כך שנוצר קיבול מינימלי.

חומרי פריט משמשים בדרך כלל בתדרים גבוהים, מכיוון שבתדרים נמוכים מאפייני ההשראות העיקריים שלהם הופכים את ההפסד על הקו לקטן מאוד. בתדרים גבוהים, מדובר בעיקר ביחסי מאפייני הריאקטנס ומשתנים עם התדר. ביישומים מעשיים, חומרי פריט משמשים כמנחיתים בתדר גבוה עבור מעגלי תדר רדיו.

למעשה, פריט שווה ערך טוב יותר למקבילה של התנגדות והשראות, ההתנגדות קצרה על ידי המשרן בתדר נמוך, ועכבת המשרן הופכת גבוהה למדי בתדר גבוה, כך שכל הזרם עובר דרך ההתנגדות.

פריט הוא מכשיר צורך שבו אנרגיה בתדר גבוה מומרת לאנרגיית חום, אשר נקבעת על ידי מאפייני ההתנגדות החשמלית שלו. לחרוזי פריט מגנטיים יש מאפייני סינון טובים יותר בתדר גבוה מאשר סלילים רגילים.

פריט הוא התנגדותי בתדרים גבוהים, שווה ערך למשרן בעל מקדם איכות נמוך מאוד, כך שהוא יכול לשמור על עכבה גבוהה על פני טווח תדרים רחב, ובכך לשפר את יעילות הסינון בתדרים גבוהים.

בתחום התדרים הנמוכים, העכבה מורכבת מהשראות. בתדר נמוך, R קטן מאוד, והחדירות המגנטית של הליבה גבוהה, ולכן ההשראות גדולה. ל-L תפקיד מרכזי, וההפרעות האלקטרומגנטיות מדוכאות על ידי החזרה. ובשלב זה, ההפסד של הליבה המגנטית קטן, לכל המכשיר הפסדים נמוכים ומאפייני Q גבוהים של המשרן, המשרן הזה גורם בקלות לתהודה, ולכן בתחום התדרים הנמוכים, לעיתים עשויה להיות הפרעה מוגברת לאחר השימוש בחרוזי פריט מגנטיים.

בתחום התדרים הגבוהים, העכבה מורכבת מרכיבי התנגדות. ככל שהתדר עולה, חדירות הליבה המגנטית פוחתת, וכתוצאה מכך יורדת ההשראות של המשרן וירידה ברכיב הריאקטנס האינדוקטיבי.

עם זאת, בשלב זה, אובדן הליבה המגנטית עולה, רכיב ההתנגדות עולה, וכתוצאה מכך עלייה בעכבה הכוללת, וכאשר אות התדר הגבוה עובר דרך הפריט, ההפרעה האלקטרומגנטית נספגת ומומרת לצורה של פיזור חום.

רכיבי דיכוי פריט נמצאים בשימוש נרחב בלוחות מעגלים מודפסים, קווי חשמל וקווי נתונים. לדוגמה, רכיב דיכוי פריט נוסף לקצה הכניסה של כבל החשמל של הלוח המודפס כדי לסנן הפרעות בתדר גבוה.

טבעת מגנטית או חרוז מגנטי של פריט משמשים במיוחד לדיכוי הפרעות בתדר גבוה והפרעות שיא בקווי אות וקווי חשמל, ויש להם גם יכולת לספוג הפרעות פולסים של פריקה אלקטרוסטטית. השימוש בחרוזים מגנטיים של שבב או בסלילים של שבב תלוי בעיקר ביישום המעשי.

סלילי שבב משמשים במעגלי תהודה. כאשר יש צורך לבטל רעשי EMI מיותרים, השימוש בחרוזים מגנטיים של שבב הוא הבחירה הטובה ביותר.

יישום של חרוזי שבב מגנטיים ומשרני שבב

סלילי שבב:תקשורת תדר רדיו (RF) ואלחוטית, ציוד טכנולוגיית מידע, גלאי מכ"ם, אלקטרוניקה לרכב, טלפונים סלולריים, זימונית, ציוד שמע, עוזרים דיגיטליים אישיים (PDA), מערכות שלט רחוק אלחוטיות ומודולי אספקת חשמל במתח נמוך.

חרוזי שבב מגנטיים:מעגלים ליצירת שעון, סינון בין מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים, מחברים פנימיים של קלט/פלט (כגון יציאות טוריות, יציאות מקביליות, מקלדות, עכברים, תקשורת למרחקים ארוכים, רשתות תקשורת מקומיות), מעגלי RF והתקני לוגיקה הרגישים להפרעות, סינון הפרעות מוליכות בתדר גבוה במעגלי ספקי כוח, מחשבים, מדפסות, מקליטי וידאו (VCRS), דיכוי רעשי EMI במערכות טלוויזיה וטלפונים ניידים.

יחידת המידה של החרוז המגנטי היא אוהם, מכיוון שיחידת המידה של החרוז המגנטי היא נומינלית בהתאם לעכבה שהוא מייצר בתדר מסוים, ויחידת העכבה היא גם אוהם.

גיליון הנתונים של החרוז המגנטי יספק בדרך כלל את מאפייני התדר והעכבה של העקומה, בדרך כלל 100 מגה-הרץ כסטנדרט, לדוגמה, כאשר התדר הוא 100 מגה-הרץ 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 נבחר עכבה של 600 אוהם או יותר.

בנוסף, בעת בחירת חרוזים מגנטיים, יש לשים לב לשטף החרוזים המגנטיים, שבדרך כלל יש להפחית אותו ב-80%, ויש לקחת בחשבון את השפעת עכבת DC על ירידת המתח בעת שימוש במעגלי חשמל.