fréttir

Algengt ástand: Hönnunarfræðingur setur ferrítperlu inn í hringrás sem lendir í EMC vandamálum, aðeins til að komast að því að perlan gerir í raun óæskilegan hávaða verri. Hvernig gæti þetta verið? Ættu ferrítperlur ekki að eyða hávaðaorku án þess að gera vandamálið verra?
Svarið við þessari spurningu er frekar einfalt, en það er kannski ekki almennt skilið nema fyrir þá sem eyða mestum tíma í að leysa EMI vandamál. Einfaldlega sagt, ferrít perlur eru ekki ferrít perlur, ekki ferrít perlur, osfrv. Flestir ferrít perlur framleiða tafla sem sýnir hlutanúmer þeirra, viðnám á tiltekinni tíðni (venjulega 100 MHz), DC viðnám (DCR), hámarks straum og nokkrar stærðir Upplýsingar (sjá töflu 1). Allt er nánast staðlað. Það sem er ekki sýnt í gögnunum blað er efnisupplýsingarnar og samsvarandi tíðniframmistöðueiginleikar.
Ferrítperlur eru óvirkt tæki sem getur fjarlægt hávaðaorku úr hringrásinni í formi hita. Segulperlur mynda viðnám á breiðu tíðnisviði og útilokar þar með alla eða hluta af óæskilegri hávaðaorku á þessu tíðnisviði. Fyrir DC spennunotkun ( eins og Vcc línu IC), er æskilegt að hafa lágt DC viðnám gildi til að forðast mikið afl tap í nauðsynlegu merki og/eða spennu eða straumgjafa (I2 x DCR tap). Hins vegar er æskilegt að hafa mikil viðnám á ákveðnum skilgreindum tíðnisviðum. Þess vegna er viðnámið tengt efninu sem er notað (gegndræpi), stærð ferrítperlunnar, fjölda vinda og uppbyggingu vinda. Auðvitað, í tiltekinni stærð hússins og tilteknu efni sem notað er , því fleiri vafningar, því hærra er viðnám, en þar sem líkamleg lengd innri spólunnar er lengri mun þetta einnig framleiða hærri DC viðnám. Málstraumur þessa íhluta er í öfugu hlutfalli við DC viðnám hans.
Einn af grunnþáttum þess að nota ferrítperlur í EMI forritum er að íhluturinn verður að vera í viðnámsfasa. Hvað þýðir það? Einfaldlega sagt þýðir þetta að "R" (AC viðnám) verður að vera stærra en "XL" (inductive) viðbrögð). Við tíðni þar sem XL> R (lægri tíðni) er íhluturinn líkari inductor en viðnám. Við tíðnina R> XL hegðar hlutinn sér eins og viðnám, sem er nauðsynlegur eiginleiki ferrítperla. tíðnin þar sem „R“ verður stærri en „XL“ er kölluð „crossover“ tíðnin. Þetta er sýnt á mynd 1, þar sem crossover tíðnin er 30 MHz í þessu dæmi og er merkt með rauðri ör.
Önnur leið til að líta á þetta er með tilliti til þess hvað íhluturinn framkvæmir í raun á sprautu- og viðnámsstigum sínum. Eins og með önnur forrit þar sem viðnám spólunnar er ekki samræmd, endurspeglast hluti af komandi merkinu aftur til upprunans. veita viðkvæma búnaðinum á hinni hliðinni á ferrítperlunni einhverja vernd, en það kynnir einnig „L“ inn í hringrásina, sem getur valdið ómun og sveiflu (hringi).Þess vegna, þegar segulperlurnar eru enn inductive í eðli sínu, hluta af hávaðaorkunni mun endurkastast og hluti af hávaðaorkunni mun fara framhjá, allt eftir inductance og viðnám gildi.
Þegar ferrítperlan er í viðnámsfasa, hegðar íhluturinn sér eins og viðnám, þannig að hann lokar fyrir hávaðaorku og gleypir þá orku frá hringrásinni og gleypir hana í formi hita. Þó hann sé smíðaður á sama hátt og sumir inductors, með sama ferli, framleiðslulína og tækni, vélar og sum af sömu efnisþáttum, ferrítperlur nota tapandi ferrít efni, en spólar nota lágtap járn súrefnisefni. Þetta er sýnt á ferlinum á mynd 2.
Myndin sýnir [μ''], sem endurspeglar hegðun tapaða ferrítperluefnisins.
Sú staðreynd að viðnámið er gefið upp við 100 MHz er einnig hluti af valvandamálinu. Í mörgum tilfellum EMI er viðnám á þessari tíðni óviðkomandi og villandi. Gildi þessa „punkts“ gefur ekki til kynna hvort viðnámið eykst, minnkar , verður flatt og viðnám nær hámarksgildi við þessa tíðni, og hvort efnið sé enn í sprautufasa eða hefur breyst í viðnámsfasa. Reyndar nota margir birgjar ferrítperlu mörg efni fyrir sömu ferrítperlu, eða að minnsta kosti eins og sýnt er á gagnablaðinu. Sjá mynd 3. Allar 5 ferlurnar á þessari mynd eru fyrir mismunandi 120 ohm ferrítperlur.
Síðan, það sem notandinn verður að fá er viðnámsferillinn sem sýnir tíðnieiginleika ferrítperlunnar. Dæmi um dæmigerða viðnámsferil er sýnt á mynd 4.
Mynd 4 sýnir mjög mikilvæga staðreynd. Þessi hluti er tilnefndur sem 50 ohm ferrítperla með 100 MHz tíðni, en víxltíðni hennar er um 500 MHz og hún nær meira en 300 ohm á milli 1 og 2,5 GHz. Aftur, bara að skoða gagnablaðið mun ekki láta notandann vita af þessu og gæti verið villandi.
Eins og sést á myndinni eru eiginleikar efnanna mismunandi. Það eru mörg afbrigði af ferríti sem eru notuð til að búa til ferrítperlur. Sum efni eru mikið tap, breiðband, há tíðni, lítið innsetningartap og svo framvegis. Mynd 5 sýnir almenna flokkun eftir notkunartíðni og viðnám.
Annað algengt vandamál er að rafrásahönnuðir eru stundum takmarkaðir við val á ferrítperlum í viðurkenndum íhlutagagnagrunni sínum. Ef fyrirtækið hefur aðeins nokkrar ferrítperlur sem hafa verið samþykktar til notkunar í aðrar vörur og þykja fullnægjandi, í mörgum tilfellum, það er ekki nauðsynlegt að meta og samþykkja önnur efni og hlutanúmer. Á undanförnum árum hefur þetta ítrekað leitt til nokkurra versnandi áhrifa af upprunalega EMI hávaðavandanum sem lýst er hér að ofan. Áður árangursríka aðferðin gæti átt við í næsta verkefni, eða hún getur ekki skilað árangri. Þú getur ekki einfaldlega fylgst með EMI lausninni í fyrra verkefni, sérstaklega þegar tíðni nauðsynlegs merkis breytist eða tíðni hugsanlegra útgeislunarhluta eins og klukkubúnaðar breytist.
Ef þú skoðar viðnámsferlana tvo á mynd 6 geturðu borið saman efnisáhrif tveggja svipaðra tilnefndra hluta.
Fyrir þessa tvo íhluti er viðnám við 100 MHz 120 ohm. Fyrir hlutann til vinstri, með því að nota "B" efnið, er hámarksviðnámið um 150 ohm, og það er gert við 400 MHz. Fyrir hlutann til hægri , með því að nota „D“ efnið er hámarksviðnám 700 ohm, sem næst við um það bil 700 MHz. En stærsti munurinn er víxltíðnin. Ofurmikið tap „B“ efni breytist við 6 MHz (R> XL) , á meðan mjög hátíðni „D“ efnið er áfram inductive á um 400 MHz. Hvaða hluti er réttur til að nota? Það fer eftir hverri einstöku notkun.
Mynd 7 sýnir öll algeng vandamál sem eiga sér stað þegar rangar ferrítperlur eru valdar til að bæla EMI. Ósíaða merkið sýnir 474,5 mV undirshögg á 3,5V, 1 us púlsi.
Í niðurstöðu þess að nota hátapsefni (miðja plott) eykst undirskot mælingar vegna hærri víxlunartíðni hlutans. Merkjaundirgangur jókst úr 474,5 mV í 749,8 mV. Super High Loss efnið hefur a lág víxltíðni og góð frammistaða. Það mun vera rétta efnið til að nota í þessu forriti (mynd til hægri). Undirskotið með því að nota þennan hluta er minnkað í 156,3 mV.
Þegar jafnstraumurinn í gegnum perlurnar eykst byrjar kjarnaefnið að mettast. Fyrir spólur er þetta kallað mettunarstraumur og er tilgreint sem prósentufall á spunagildi. Fyrir ferrítperlur, þegar hluturinn er í viðnámsfasa, áhrif mettunar endurspeglast í lækkun á viðnámsgildi með tíðni. Þessi lækkun á viðnám dregur úr virkni ferrítperlna og getu þeirra til að útrýma EMI (AC) hávaða. Mynd 8 sýnir sett af dæmigerðum DC bias curves fyrir ferrít perlur.
Á þessari mynd er ferrítperlan metin við 100 ohm við 100 MHz. Þetta er dæmigerð mæld viðnám þegar hluturinn hefur engan DC straum. Hins vegar má sjá að þegar jafnstraumur er beitt (til dæmis fyrir IC VCC inntak), lækkar virka viðnámið verulega. Í ofangreindum ferli, fyrir 1,0 A straum, breytist virka viðnámið úr 100 ohm í 20 ohm. 100 MHz. Kannski ekki of mikilvægt, en eitthvað sem hönnunarverkfræðingurinn verður að borga eftirtekt til. Á sama hátt, með því að nota aðeins rafeiginleikagögnin af íhlutnum í gagnablaði birgis mun notandinn ekki vita af þessu DC hlutdrægni fyrirbæri.
Eins og hátíðni RF inductors, hefur vindastefna innri spólunnar í ferrítperlunni mikil áhrif á tíðnieiginleika perlunnar.Vindunarstefna hefur ekki aðeins áhrif á sambandið milli viðnáms og tíðnistigs heldur breytir hún einnig tíðniviðbrögðum. Á mynd 9 eru tvær 1000 ohm ferrítperlur sýndar með sömu stærð hússins og sama efni, en með tveimur mismunandi vindastillingum.
Vafningar vinstri hlutans eru vafnar á lóðrétta planinu og staflað í lárétta átt, sem framleiðir meiri viðnám og hærri tíðniviðbrögð en hlutinn hægra megin sem er vafnaður í lárétta planinu og staflað í lóðrétta átt. Þetta er að hluta til vegna við lægri rafrýmd viðbragð (XC) sem tengist minni sníkjurýmd milli endastöðvarinnar og innri spólunnar. Lægri XC mun framleiða hærri sjálfsómtíðni og leyfa síðan viðnám ferrítperlunnar að halda áfram að aukast þar til það er nær hærri sjálfsómtíðni, sem er hærri en staðalbygging ferrítperlunnar. Viðnámsgildið. Ferlar ofangreindra tveggja 1000 ohm ferrítperlna eru sýndir á mynd 10.
Til að sýna frekar áhrifin af réttu og rangu vali á ferrítperlum notuðum við einfalda prófunarrás og prófunartöflu til að sýna fram á mest af innihaldinu sem fjallað er um hér að ofan. Á mynd 11 sýnir prófunarborðið staðsetningu þriggja ferrítperla og prófunarpunktana merkta „A“, „B“ og „C“, sem eru staðsett í fjarlægð frá sendiúttakinu (TX) tækinu.
Heiðarleiki merkis er mældur á úttakshlið ferrítperlna í hverri af þremur stöðum, og er endurtekinn með tveimur ferrítperlum úr mismunandi efnum. Fyrsta efnið, lágtíðni tapandi „S“ efni, var prófað á punktum „A“, „B“ og „C“. Næst var „D“ efni með hærri tíðni notað. Niðurstöðurnar frá punkti til punkts með því að nota þessar tvær ferrítperlur eru sýndar á mynd 12.
„Í gegnum“ ósíuða merkið birtist í miðröðinni og sýnir nokkra yfirskot og undirskot á hækkandi og lækkandi brúnum, í sömu röð. Það má sjá að með því að nota rétt efni fyrir ofangreindar prófunaraðstæður sýnir lægri tíðni tapað efni góða yfirskot og bætir undirhraðamerki á hækkandi og lækkandi brúnum. Þessar niðurstöður eru sýndar í efri röð myndar 12. Niðurstaðan af notkun hátíðniefna getur valdið hringingu, sem magnar upp hvert stig og eykur óstöðugleikatímabilið. Þessar prófunarniðurstöður eru sýnt í neðri röð.
Þegar litið er á endurbætur á EMI með tíðni í ráðlögðum efri hluta (Mynd 12) í láréttu skönnuninni sem sýnd er á mynd 13, má sjá að fyrir allar tíðnir dregur þessi hluti verulega úr EMI toppum og dregur úr heildarhljóðstigi við 30 í u.þ.b. Á 350 MHz sviðinu er ásættanlegt stig langt undir EMI mörkunum sem auðkennd eru með rauðu línunni. Þetta er almennur reglugerðarstaðall fyrir búnað í flokki B (FCC Part 15 í Bandaríkjunum). „S“ efnið sem notað er í ferrítperlur er sérstaklega notað fyrir þessar lægri tíðnir. Það má sjá að þegar tíðnin fer yfir 350 MHz, „S“ efni hefur takmörkuð áhrif á upprunalega, ósíaða EMI hávaðastigið, en það dregur úr meiriháttar toppi við 750 MHz um um 6 dB. Ef meginhluti EMI hávaðavandans er hærri en 350 MHz, þarftu að íhugaðu notkun ferrítefna með hærri tíðni þar sem hámarksviðnám er hærra í litrófinu.
Auðvitað er venjulega hægt að forðast allan hringingu (eins og sést á neðstu línunni á mynd 12) með raunverulegum frammistöðuprófum og/eða hermihugbúnaði, en vonast er til að þessi grein geri lesendum kleift að komast framhjá mörgum algengum mistökum og draga úr þörfinni á að veldu réttan ferrítperlutíma og gefðu „fróðari“ upphafspunkt þegar ferrítperlur eru nauðsynlegar til að leysa EMI vandamál.
Að lokum er best að samþykkja röð eða röð af ferrítperlum, ekki bara eitt hlutanúmer, fyrir meira val og sveigjanleika í hönnun. Það skal tekið fram að mismunandi birgjar nota mismunandi efni og endurskoða verður tíðniframmistöðu hvers birgis. , sérstaklega þegar mörg kaup eru gerð fyrir sama verkefnið. Það er svolítið auðvelt að gera þetta í fyrsta skiptið, en þegar hlutarnir eru færðir inn í íhlutagagnagrunninn undir stjórnnúmeri er hægt að nota þá hvar sem er. Það sem skiptir máli er að tíðniframmistaða hluta frá mismunandi birgjum er mjög svipuð til að útiloka möguleika á öðrum forritum í framtíðinni. Vandamálið kom upp. Besta leiðin er að fá svipuð gögn frá mismunandi birgjum og hafa að minnsta kosti viðnámsferil. Þetta mun einnig tryggja að réttar ferrítperlur séu notaðar til að leysa EMI vandamálið þitt.
Chris Burket hefur starfað hjá TDK síðan 1995 og er nú háttsettur forritaverkfræðingur, sem styður fjölda óvirkra íhluta. Hann hefur tekið þátt í vöruhönnun, tæknilegri sölu og markaðssetningu. Burket hefur skrifað og gefið út tæknigreinar á mörgum vettvangi. Burket hefur fengið þrjú bandarísk einkaleyfi á optískum/vélrænum rofum og þéttum.
In Compliance er helsta uppspretta frétta, upplýsinga, fræðslu og innblásturs fyrir fagfólk í rafmagns- og rafeindavirkjun.
Aerospace Bílasamskipti Neytendatækni Menntun Orku- og orkuiðnaður Upplýsingatækni Læknisher og landvarnir