اخبار

یک موقعیت معمول: یک مهندس طراح یک مهره فریت را وارد مداری می‌کند که مشکلات EMC را تجربه می‌کند، اما متوجه می‌شود که مهره در واقع صدای ناخواسته را بدتر می‌کند. چگونه می‌تواند باشد؟ آیا مهره‌های فریت نباید انرژی نویز را بدون بدتر کردن مشکل حذف کنند؟
پاسخ به این سوال نسبتاً ساده است، اما ممکن است به طور گسترده قابل درک نباشد مگر برای کسانی که بیشتر وقت خود را صرف حل مشکلات EMI می کنند. جدولی که شماره قطعه، امپدانس در فرکانس معین (معمولاً 100 مگاهرتز)، مقاومت DC (DCR)، حداکثر جریان نامی و برخی ابعاد اطلاعات را فهرست می‌کند (جدول 1 را ببینید). همه چیز تقریباً استاندارد است. آنچه در داده‌ها نشان داده نشده است. ورق اطلاعات مواد و مشخصات عملکرد فرکانس مربوطه است.
مهره‌های فریت یک دستگاه غیرفعال هستند که می‌توانند انرژی نویز را به شکل گرما از مدار حذف کنند. مهره‌های مغناطیسی امپدانس در محدوده فرکانسی وسیع ایجاد می‌کنند و در نتیجه تمام یا بخشی از انرژی نویز ناخواسته را در این محدوده فرکانس حذف می‌کنند. برای کاربردهای ولتاژ DC ( مانند خط Vcc یک آی سی، مطلوب است که مقدار مقاومت DC پایینی داشته باشد تا از تلفات توان زیاد در سیگنال و/یا منبع ولتاژ یا جریان مورد نیاز (I2 x DCR) جلوگیری شود. با این حال، مطلوب است که امپدانس بالا در محدوده‌های فرکانس مشخص مشخص. بنابراین، امپدانس به مواد مورد استفاده (نفوذپذیری)، اندازه مهره فریت، تعداد سیم‌پیچ‌ها و ساختار سیم‌پیچ مربوط می‌شود. بدیهی است که در یک اندازه محفظه مشخص و مواد خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. هرچه سیم پیچ بیشتر باشد امپدانس بیشتر می شود، اما از آنجایی که طول فیزیکی سیم پیچ داخلی بیشتر است، مقاومت DC بالاتری نیز ایجاد می کند. جریان نامی این قطعه با مقاومت DC آن نسبت معکوس دارد.
یکی از جنبه های اساسی استفاده از دانه های فریت در کاربردهای EMI این است که قطعه باید در فاز مقاومت باشد. به چه معناست؟ به عبارت ساده، این بدان معنی است که "R" (مقاومت AC) باید بزرگتر از "XL" (القایی) باشد. راکتانس). در فرکانس‌هایی که XL> R (فرکانس پایین‌تر)، مولفه بیشتر شبیه یک سلف است تا یک مقاومت. در فرکانس R> XL، قطعه مانند یک مقاومت عمل می‌کند، که مشخصه مورد نیاز دانه‌های فریت است. فرکانسی که در آن "R" بزرگتر از "XL" می شود، فرکانس متقاطع نامیده می شود. این فرکانس در شکل 1 نشان داده شده است، جایی که فرکانس متقاطع در این مثال 30 مگاهرتز است و با یک فلش قرمز مشخص شده است.
راه دیگری برای بررسی این موضوع از نظر عملکرد واقعی مؤلفه در طول مراحل القایی و مقاومت است. مانند سایر کاربردها که امپدانس سلف مطابقت ندارد، بخشی از سیگنال ورودی به منبع منعکس می شود. تا حدودی از تجهیزات حساس در طرف دیگر مهره فریت محافظت می کند، اما "L" را نیز به مدار وارد می کند که می تواند باعث تشدید و نوسان (زنگ) شود. بنابراین، زمانی که مهره های مغناطیسی هنوز در طبیعت القایی هستند، بخشی انرژی نویز منعکس شده و بخشی از انرژی نویز بسته به مقادیر اندوکتانس و امپدانس عبور می کند.
هنگامی که مهره فریت در فاز مقاومتی خود است، جزء مانند یک مقاومت رفتار می کند، بنابراین انرژی نویز را مسدود می کند و آن انرژی را از مدار جذب می کند و آن را به شکل گرما جذب می کند. در همان فرآیند، خط تولید و فناوری، ماشین‌آلات و برخی از مواد تشکیل دهنده یکسان، دانه‌های فریت از مواد فریت با اتلاف استفاده می‌کنند، در حالی که سلف‌ها از مواد اکسیژن کم‌اتلاف آهن استفاده می‌کنند. این در منحنی شکل 2 نشان داده شده است.
شکل [μ''] را نشان می‌دهد، که نشان‌دهنده رفتار ماده مهره‌ای فریتی است.
این واقعیت که امپدانس در 100 مگاهرتز داده می شود نیز بخشی از مشکل انتخاب است. در بسیاری از موارد EMI، امپدانس در این فرکانس نامربوط و گمراه کننده است. مقدار این "نقطه" نشان نمی دهد که آیا امپدانس افزایش یا کاهش می یابد یا خیر. ، مسطح می شود و امپدانس در این فرکانس به اوج خود می رسد و اینکه آیا ماده هنوز در فاز اندوکتانس خود است یا به فاز مقاومت خود تبدیل شده است. در واقع، بسیاری از تامین کنندگان مهره فریت از چندین ماده برای یک دانه فریت استفاده می کنند، یا حداقل همانطور که در برگه داده نشان داده شده است. شکل 3 را ببینید. تمام 5 منحنی در این شکل برای دانه های فریت 120 اهم مختلف است.
سپس، آنچه کاربر باید به دست آورد منحنی امپدانس است که مشخصات فرکانس مهره فریت را نشان می دهد. نمونه ای از منحنی امپدانس معمولی در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل 4 یک واقعیت بسیار مهم را نشان می دهد. این قطعه به عنوان یک مهره فریت 50 اهم با فرکانس 100 مگاهرتز تعیین شده است، اما فرکانس متقاطع آن حدود 500 مگاهرتز است و بین 1 تا 2.5 گیگاهرتز به بیش از 300 اهم می رسد. باز هم فقط فقط نگاه کردن به برگه داده به کاربر این امکان را نمی دهد و ممکن است گمراه کننده باشد.
همانطور که در شکل نشان داده شده است، خواص مواد متفاوت است. انواع مختلفی از فریت برای ساخت دانه های فریت استفاده می شود. برخی از مواد عبارتند از اتلاف زیاد، پهنای باند، فرکانس بالا، تلفات درج کم و غیره. شکل 5 گروه بندی کلی را نشان می دهد. فرکانس کاربرد و امپدانس
مشکل رایج دیگر این است که طراحان برد مدار گاهی اوقات به انتخاب مهره‌های فریت در پایگاه داده مؤلفه‌های تأییدشده خود محدود می‌شوند. ارزیابی و تایید سایر مواد و شماره قطعات ضروری نیست. در گذشته اخیر، این امر مکررا به برخی از اثرات تشدید کننده مشکل اصلی نویز EMI که در بالا توضیح داده شد، منجر شده است. روش موثر قبلی ممکن است برای پروژه بعدی قابل استفاده باشد، یا ممکن است موثر نباشد. شما نمی توانید به سادگی راه حل EMI پروژه قبلی را دنبال کنید، به خصوص زمانی که فرکانس سیگنال مورد نیاز تغییر می کند یا فرکانس اجزای تابشی بالقوه مانند تجهیزات ساعت تغییر می کند.
اگر به دو منحنی امپدانس در شکل 6 نگاه کنید، می توانید اثرات مادی دو قسمت تعیین شده مشابه را با هم مقایسه کنید.
برای این دو جزء، امپدانس در 100 مگاهرتز 120 اهم است. برای قطعه سمت چپ، با استفاده از ماده "B"، حداکثر امپدانس حدود 150 اهم و در 400 مگاهرتز است. برای قطعه سمت راست. با استفاده از ماده "D"، حداکثر امپدانس 700 اهم است که تقریباً در 700 مگاهرتز به دست می آید. اما بزرگترین تفاوت فرکانس متقاطع است. انتقال مواد با تلفات بسیار بالا "B" در 6 مگاهرتز (R> XL) ، در حالی که مواد با فرکانس بسیار بالا "D" در حدود 400 مگاهرتز القایی باقی می ماند. کدام قسمت برای استفاده صحیح است؟ این بستگی به هر برنامه جداگانه دارد.
شکل 7 تمام مشکلات رایجی را که هنگام انتخاب مهره های فریت اشتباه برای سرکوب EMI رخ می دهد نشان می دهد. سیگنال فیلتر نشده 474.5 میلی ولت کمتر از یک پالس 3.5 ولت، 1 uss را نشان می دهد.
در نتیجه استفاده از مواد با تلفات بالا (نقطه مرکزی)، به دلیل فرکانس متقاطع بالاتر قطعه، زیرشاخه اندازه گیری افزایش می یابد. کاهش سیگنال از 474.5 میلی ولت به 749.8 میلی ولت افزایش یافته است. مواد Super High Loss دارای یک فرکانس متقاطع کم و عملکرد خوب. این ماده مناسبی برای استفاده در این برنامه خواهد بود (تصویر سمت راست). کمترین میزان با استفاده از این قطعه به 156.3 میلی ولت کاهش می یابد.
با افزایش جریان مستقیم از طریق مهره ها، مواد هسته شروع به اشباع شدن می کند. برای سلف ها، این جریان اشباع نامیده می شود و به عنوان درصد کاهش در مقدار اندوکتانس مشخص می شود. برای دانه های فریت، زمانی که قطعه در فاز مقاومت است، اثر اشباع در کاهش مقدار امپدانس با فرکانس منعکس می شود. این افت امپدانس اثربخشی دانه های فریت و توانایی آنها در حذف نویز EMI (AC) را کاهش می دهد. شکل 8 مجموعه ای از منحنی های بایاس DC معمولی را برای دانه های فریت نشان می دهد.
در این شکل، مهره فریت 100 اهم در 100 مگاهرتز رتبه بندی شده است. این امپدانس اندازه گیری شده معمولی است زمانی که قطعه جریان DC ندارد. با این حال، می توان مشاهده کرد که یک بار جریان DC اعمال می شود (به عنوان مثال، برای IC VCC ورودی)، امپدانس موثر به شدت کاهش می یابد. در منحنی فوق، برای جریان 1.0 آمپر، امپدانس موثر از 100 اهم به 20 اهم تغییر می کند. 100 مگاهرتز. شاید خیلی مهم نباشد، اما چیزی است که مهندس طراح باید به آن توجه کند. به همین ترتیب، تنها با استفاده از داده های مشخصه الکتریکی از جزء موجود در برگه داده تامین کننده، کاربر از این پدیده سوگیری DC آگاه نخواهد بود.
مانند القاگرهای RF فرکانس بالا، جهت سیم پیچ داخلی سیم پیچ در مهره فریت تأثیر زیادی بر ویژگی های فرکانس مهره دارد. جهت سیم پیچ نه تنها بر رابطه بین امپدانس و سطح فرکانس تأثیر می گذارد، بلکه پاسخ فرکانسی را نیز تغییر می دهد. در شکل 9، دو مهره فریت 1000 اهم با اندازه محفظه یکسان و مواد مشابه، اما با دو پیکربندی سیم پیچ متفاوت نشان داده شده است.
سیم‌پیچ‌های قسمت چپ روی صفحه عمودی پیچیده شده و در جهت افقی روی هم قرار می‌گیرند، که امپدانس بالاتر و پاسخ فرکانسی بالاتری نسبت به قسمتی که در سمت راست در صفحه افقی پیچیده شده و در جهت عمودی روی هم قرار می‌گیرد، ایجاد می‌کند. به راکتانس خازنی پایین (XC) مرتبط با کاهش ظرفیت انگلی بین پایانه انتهایی و سیم پیچ داخلی. XC پایین تر فرکانس خود رزونانس بالاتری تولید می کند و سپس اجازه می دهد امپدانس مهره فریت به افزایش ادامه دهد تا زمانی که به آن برسد. به فرکانس خود رزونانس بالاتری می رسد که بالاتر از ساختار استاندارد مهره فریت است.
برای نشان دادن بیشتر تأثیرات انتخاب صحیح و نادرست مهره فریت، از یک مدار آزمایش ساده و تخته آزمایش برای نشان دادن بیشتر مطالب مورد بحث در بالا استفاده کردیم. در شکل 11، تخته آزمایش موقعیت سه مهره فریت و نقاط آزمایش مشخص شده را نشان می دهد. "A" "B" و "C" که در فاصله ای از دستگاه خروجی فرستنده (TX) قرار دارند.
یکپارچگی سیگنال در سمت خروجی دانه‌های فریت در هر یک از سه موقعیت اندازه‌گیری می‌شود و با دو مهره فریت ساخته شده از مواد مختلف تکرار می‌شود. ماده اول، یک ماده با فرکانس پایین "S"، در نقاطی آزمایش شد. "A"، "B" و "C". در مرحله بعد، از ماده "D" با فرکانس بالاتر استفاده شد. نتایج نقطه به نقطه با استفاده از این دو مهره فریت در شکل 12 نشان داده شده است.
سیگنال فیلتر نشده «through» در ردیف میانی نمایش داده می‌شود که به ترتیب در لبه‌های صعودی و پایین‌آمده مقداری بیش‌ازپیش و کم‌شتاب را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که با استفاده از ماده صحیح برای شرایط تست بالا، مواد با فرکانس پایین‌تر بیش از حد خوب را نشان می‌دهند. این نتایج در ردیف بالای شکل 12 نشان داده شده است. نتیجه استفاده از مواد با فرکانس بالا می تواند باعث زنگ زدن شود که هر سطح را تقویت می کند و دوره ناپایداری را افزایش می دهد. در ردیف پایین نشان داده شده است.
هنگامی که به بهبود EMI با فرکانس در قسمت فوقانی توصیه شده (شکل 12) در اسکن افقی نشان داده شده در شکل 13 نگاه می کنیم، می توان مشاهده کرد که برای همه فرکانس ها، این قسمت به طور قابل توجهی اسپک های EMI را کاهش می دهد و سطح کلی نویز را در 30 کاهش می دهد. تقریباً در محدوده 350 مگاهرتز، سطح قابل قبول بسیار کمتر از حد EMI است که با خط قرمز مشخص شده است. این استاندارد مقررات عمومی برای تجهیزات کلاس B است (FCC قسمت 15 در ایالات متحده). ماده "S" مورد استفاده در دانه های فریت به طور خاص برای این فرکانس های پایین تر استفاده می شود. می توان مشاهده کرد که وقتی فرکانس از 350 مگاهرتز فراتر رفت، ماده "S" تأثیر محدودی بر سطح نویز EMI اصلی و بدون فیلتر دارد، اما یک نویز اصلی در 750 مگاهرتز را حدود 6 دسی بل کاهش می دهد. اگر قسمت اصلی مشکل نویز EMI بالاتر از 350 مگاهرتز باشد، باید استفاده از مواد فریت با فرکانس بالاتر که حداکثر امپدانس آنها در طیف بالاتر است را در نظر بگیرید.
البته، از همه زنگ ها (همانطور که در منحنی پایین شکل 12 نشان داده شده است) معمولاً می توان با آزمایش عملکرد واقعی و/یا نرم افزار شبیه سازی اجتناب کرد، اما امید است که این مقاله به خوانندگان اجازه دهد بسیاری از اشتباهات رایج را دور بزنند و نیاز به زمان مهره فریت صحیح را انتخاب کنید و نقطه شروع "آموزش یافته"تری را در زمانی که به دانه های فریت برای کمک به حل مشکلات EMI نیاز است، ارائه دهید.
در نهایت، بهتر است برای انتخاب بیشتر و انعطاف‌پذیری طراحی، یک سری یا یک سری از دانه‌های فریت، نه فقط یک شماره قطعه واحد، تأیید شود. لازم به ذکر است که تأمین‌کنندگان مختلف از مواد مختلفی استفاده می‌کنند و عملکرد فرکانس هر تأمین‌کننده باید بررسی شود. ، به خصوص زمانی که چندین خرید برای یک پروژه انجام می شود. انجام این کار در بار اول کمی آسان است، اما هنگامی که قطعات تحت یک شماره کنترل وارد پایگاه داده مؤلفه شدند، می توان از آنها در هر مکانی استفاده کرد. نکته مهم این است که عملکرد فرکانس قطعات از تامین کنندگان مختلف بسیار شبیه است تا امکان کاربردهای دیگر در آینده را از بین ببرد. این همچنین اطمینان حاصل می کند که از دانه های فریت صحیح برای حل مشکل EMI شما استفاده می شود.
کریس بورکت از سال 1995 در TDK کار می کند و اکنون یک مهندس ارشد برنامه کاربردی است و از تعداد زیادی از اجزای غیرفعال پشتیبانی می کند. او در طراحی محصول، فروش فنی و بازاریابی شرکت داشته است. Burket مقالات فنی را در بسیاری از انجمن ها نوشته و منتشر کرده است. بورکت سه حق ثبت اختراع در ایالات متحده در مورد سوئیچ ها و خازن های نوری/مکانیکی به دست آورده است.
In Compliance منبع اصلی اخبار، اطلاعات، آموزش و الهام برای متخصصان مهندسی برق و الکترونیک است.
هوافضا ارتباطات خودرو الکترونیک مصرف کننده آموزش انرژی و نیرو صنعت فناوری اطلاعات پزشکی نظامی و دفاع ملی