Capacitores de filtro, indutores de modo comum e esferas magnéticas são figuras comuns em circuitos de projeto de EMC e também são três ferramentas poderosas para eliminar interferência eletromagnética.
Quanto ao papel desses três no circuito, acredito que muitos engenheiros não entendem, o artigo do projeto de uma análise detalhada do princípio de eliminação dos três EMC mais nítidos.
1. Capacitor de filtro
Embora a ressonância do capacitor seja indesejável do ponto de vista da filtragem de ruído de alta frequência, ela nem sempre é prejudicial.
Quando a frequência do ruído a ser filtrado é determinada, a capacidade do capacitor pode ser ajustada de modo que o ponto de ressonância caia apenas na frequência de perturbação.
Na engenharia prática, a frequência do ruído eletromagnético a ser filtrado costuma ser de centenas de MHz, ou até mais de 1 GHz. Para ruídos eletromagnéticos de alta frequência, é necessário o uso de um capacitor passante para uma filtragem eficaz.
A razão pela qual capacitores comuns não conseguem filtrar efetivamente ruídos de alta frequência é por dois motivos:
(1) Uma razão é que a indutância do cabo do capacitor causa ressonância do capacitor, que apresenta uma grande impedância ao sinal de alta frequência e enfraquece o efeito de desvio do sinal de alta frequência;
(2) Outra razão é que a capacitância parasita entre os fios acopla o sinal de alta frequência, reduzindo o efeito de filtragem.
A razão pela qual o capacitor passante pode filtrar efetivamente o ruído de alta frequência é que o capacitor passante não só não tem o problema de que a indutância do condutor faz com que a frequência de ressonância do capacitor seja muito baixa.
O capacitor passante pode ser instalado diretamente no painel metálico, utilizando-o para atuar como isolante de alta frequência. No entanto, ao utilizar o capacitor passante, o problema a ser considerado é a instalação.
A maior fraqueza do capacitor passante é o medo de altas temperaturas e impacto de temperatura, o que causa grandes dificuldades ao soldar o capacitor passante ao painel de metal.
Muitos capacitores são danificados durante a soldagem. Especialmente quando um grande número de capacitores de núcleo precisa ser instalado no painel, enquanto houver dano, é difícil repará-lo, pois a remoção do capacitor danificado causará danos aos outros capacitores próximos.
2. Indutância de modo comum
Como os problemas enfrentados pela EMC são, em sua maioria, interferência de modo comum, os indutores de modo comum também são um dos nossos componentes potentes mais usados.
O indutor de modo comum é um dispositivo de supressão de interferência de modo comum com ferrite como núcleo, que consiste em duas bobinas do mesmo tamanho e do mesmo número de voltas enroladas simetricamente no mesmo núcleo magnético de anel de ferrite para formar um dispositivo de quatro terminais, que tem um grande efeito de supressão de indutância para o sinal de modo comum e uma pequena indutância de fuga para o sinal de modo diferencial.
O princípio é que quando a corrente de modo comum flui, o fluxo magnético no anel magnético se sobrepõe, tendo assim uma indutância considerável, que inibe a corrente de modo comum, e quando as duas bobinas fluem através da corrente de modo diferencial, o fluxo magnético no anel magnético se cancela, e quase não há indutância, então a corrente de modo diferencial pode passar sem atenuação.
Portanto, o indutor de modo comum pode suprimir efetivamente o sinal de interferência de modo comum na linha balanceada, mas não tem efeito na transmissão normal do sinal de modo diferencial.
Os indutores de modo comum devem atender aos seguintes requisitos quando são fabricados:
(1) Os fios enrolados no núcleo da bobina devem ser isolados para garantir que não haja curto-circuito de ruptura entre as espiras da bobina sob a ação de sobretensão instantânea;
(2) Quando a bobina flui através da grande corrente instantânea, o núcleo magnético não deve ser saturado;
(3) O núcleo magnético da bobina deve ser isolado da bobina para evitar a ruptura entre os dois sob a ação de sobretensão instantânea;
(4) A bobina deve ser enrolada em uma única camada, tanto quanto possível, de modo a reduzir a capacitância parasita da bobina e aumentar a capacidade da bobina de transmitir sobretensão transitória.
Em circunstâncias normais, ao prestar atenção à seleção da banda de frequência necessária para filtrar, quanto maior a impedância de modo comum, melhor, portanto, precisamos observar os dados do dispositivo ao selecionar o indutor de modo comum, principalmente de acordo com a curva de frequência de impedância.
Além disso, ao selecionar, preste atenção ao impacto da impedância do modo diferencial no sinal, focando principalmente na impedância do modo diferencial, prestando atenção especial às portas de alta velocidade.
3. Conta magnética
No processo de design de EMC de circuitos digitais de produtos, frequentemente usamos esferas magnéticas, o material de ferrite é uma liga de ferro-magnésio ou liga de ferro-níquel, este material tem uma alta permeabilidade magnética, ele pode ser o indutor entre o enrolamento da bobina no caso de alta frequência e alta resistência gerada capacitância mínima.
Materiais de ferrite são geralmente utilizados em altas frequências, pois em baixas frequências suas principais características de indutância tornam a perda na linha muito pequena. Em altas frequências, elas são principalmente relações características de reatância e variam com a frequência. Em aplicações práticas, materiais de ferrite são utilizados como atenuadores de alta frequência para circuitos de radiofrequência.
Na verdade, a ferrite é melhor equivalente ao paralelo de resistência e indutância, a resistência é curto-circuitada pelo indutor em baixa frequência, e a impedância do indutor se torna muito alta em alta frequência, de modo que toda a corrente passa pela resistência.
A ferrite é um dispositivo consumidor no qual a energia de alta frequência é convertida em energia térmica, que é determinada por suas características de resistência elétrica. As esferas magnéticas de ferrite apresentam melhores características de filtragem de alta frequência do que os indutores comuns.
A ferrite é resistiva em altas frequências, equivalente a um indutor com um fator de qualidade muito baixo, de modo que pode manter uma alta impedância em uma ampla faixa de frequência, melhorando assim a eficiência da filtragem de alta frequência.
Na banda de baixa frequência, a impedância é composta por indutância. Em baixas frequências, R é muito pequeno e a permeabilidade magnética do núcleo é alta, portanto, a indutância é grande. L desempenha um papel importante e a interferência eletromagnética é suprimida por reflexão. Nesse momento, a perda do núcleo magnético é pequena, e todo o dispositivo possui baixas perdas e alto Q, características que facilitam a ressonância. Portanto, na banda de baixa frequência, às vezes pode haver aumento da interferência após o uso de esferas magnéticas de ferrite.
Na faixa de alta frequência, a impedância é composta por componentes de resistência. À medida que a frequência aumenta, a permeabilidade do núcleo magnético diminui, resultando em uma diminuição na indutância do indutor e na componente de reatância indutiva.
Entretanto, neste momento, a perda do núcleo magnético aumenta, o componente de resistência aumenta, resultando em um aumento na impedância total e, quando o sinal de alta frequência passa pela ferrite, a interferência eletromagnética é absorvida e convertida na forma de dissipação de calor.
Componentes de supressão de ferrite são amplamente utilizados em placas de circuito impresso, linhas de energia e linhas de dados. Por exemplo, um elemento de supressão de ferrite é adicionado à extremidade de entrada do cabo de alimentação da placa impressa para filtrar interferências de alta frequência.
O anel magnético de ferrite ou esfera magnética é especialmente utilizado para suprimir interferências de alta frequência e picos de interferência em linhas de sinal e linhas de energia, além de possuir a capacidade de absorver interferência de pulsos de descarga eletrostática. O uso de esferas magnéticas de chip ou indutores de chip depende principalmente da aplicação prática.
Indutores de chip são usados em circuitos ressonantes. Quando ruído EMI desnecessário precisa ser eliminado, o uso de esferas magnéticas de chip é a melhor escolha.
Aplicação de esferas magnéticas de chip e indutores de chip
Indutores de chip:Radiofrequência (RF) e comunicações sem fio, equipamentos de tecnologia da informação, detectores de radar, eletrônicos automotivos, telefones celulares, pagers, equipamentos de áudio, assistentes digitais pessoais (PDAs), sistemas de controle remoto sem fio e módulos de alimentação de baixa tensão.
Contas magnéticas de chip:Circuitos geradores de clock, filtragem entre circuitos analógicos e digitais, conectores internos de entrada/saída de E/S (como portas seriais, portas paralelas, teclados, mouses, telecomunicações de longa distância, redes locais), circuitos de RF e dispositivos lógicos suscetíveis à interferência, filtragem de interferência conduzida de alta frequência em circuitos de alimentação de energia, computadores, impressoras, gravadores de vídeo (VCRS), supressão de ruído EMI em sistemas de televisão e telefones celulares.
A unidade da esfera magnética é ohms, porque a unidade da esfera magnética é nominal de acordo com a impedância que ela produz em uma determinada frequência, e a unidade de impedância também é ohms.
A FICHA TÉCNICA da esfera magnética geralmente fornecerá as características de frequência e impedância da curva, geralmente 100 MHz como padrão, por exemplo, quando a frequência de 100 MHz quando a impedância da esfera magnética for equivalente a 1000 ohms.
Para a banda de frequência que queremos filtrar, precisamos escolher quanto maior a impedância da esfera magnética, melhor; geralmente escolhemos uma impedância de 600 ohms ou mais.
Além disso, ao selecionar esferas magnéticas, é necessário prestar atenção ao fluxo das esferas magnéticas, que geralmente precisa ser reduzido em 80%, e a influência da impedância CC na queda de tensão deve ser considerada quando usada em circuitos de energia.
Data de publicação: 24 de julho de 2023
