مكثفات الترشيح، والمحاثات ذات الوضع المشترك، والخرز المغناطيسي هي أشكال شائعة في دوائر تصميم التوافق الكهرومغناطيسي، وهي أيضًا ثلاث أدوات قوية للقضاء على التداخل الكهرومغناطيسي.
بالنسبة لدور هؤلاء الثلاثة في الدائرة، أعتقد أن هناك العديد من المهندسين لا يفهمون، المقال من تصميم تحليل مفصل لمبدأ القضاء على الثلاثة EMC الأكثر حدة.
1. مكثف المرشح
على الرغم من أن رنين المكثف غير مرغوب فيه من وجهة نظر تصفية الضوضاء عالية التردد، إلا أن رنين المكثف ليس ضارًا دائمًا.
عندما يتم تحديد تردد الضوضاء التي يجب تصفيتها، يمكن تعديل سعة المكثف بحيث تقع نقطة الرنين فقط على تردد الاضطراب.
في الهندسة العملية، غالبًا ما يصل تردد الضوضاء الكهرومغناطيسية المطلوب ترشيحها إلى مئات الميجاهرتز، أو حتى أكثر من 1 جيجاهرتز. ولهذه الضوضاء الكهرومغناطيسية عالية التردد، يلزم استخدام مكثف ذي قلب كامل لترشيحها بفعالية.
السبب وراء عدم قدرة المكثفات العادية على تصفية الضوضاء عالية التردد بشكل فعال هو لسببين:
(1) أحد الأسباب هو أن محاثة سلك المكثف تسبب رنين المكثف، مما يمثل معاوقة كبيرة للإشارة عالية التردد، ويضعف تأثير تجاوز الإشارة عالية التردد؛
(2) سبب آخر هو أن السعة الطفيلية بين الأسلاك التي تربط الإشارة عالية التردد، تقلل من تأثير الترشيح.
السبب وراء قدرة المكثف عبر النواة على تصفية الضوضاء عالية التردد بشكل فعال هو أن المكثف عبر النواة ليس لديه مشكلة تتمثل في أن المحاثة الرصاصية تتسبب في انخفاض تردد رنين المكثف بشكل كبير.
يمكن تركيب المكثف ذي النواة الداخلية مباشرةً على اللوحة المعدنية، حيث يعمل كعازل للترددات العالية. ومع ذلك، عند استخدامه، تكمن المشكلة في التركيب.
أكبر نقطة ضعف في المكثف ذو النواة العميقة هو الخوف من درجات الحرارة العالية والتأثير الحراري، مما يسبب صعوبات كبيرة عند لحام المكثف ذو النواة العميقة باللوحة المعدنية.
تتلف العديد من المكثفات أثناء اللحام. خاصةً عند تركيب عدد كبير من المكثفات الأساسية على اللوحة، طالما كان هناك تلف، يصعب إصلاحه، لأن إزالة المكثف التالف سيؤدي إلى تلف المكثفات الأخرى المجاورة.
2. محاثة الوضع المشترك
نظرًا لأن المشكلات التي تواجه التوافق الكهرومغناطيسي تتعلق في الغالب بالتداخل في الوضع الشائع، فإن محاثات الوضع الشائع هي أيضًا واحدة من المكونات القوية التي نستخدمها بشكل شائع.
المحث الوضع المشترك هو جهاز قمع تداخل الوضع المشترك مع الفريت كجوهر، والذي يتكون من ملفين من نفس الحجم ونفس عدد الدورات ملفوفين بشكل متماثل على نفس النواة المغناطيسية لحلقة الفريت لتشكيل جهاز بأربعة أطراف، والذي له تأثير قمع محاثة كبير لإشارة الوضع المشترك، ومحاثة تسرب صغيرة لإشارة الوضع التفاضلي.
المبدأ هو أنه عندما يتدفق تيار الوضع المشترك، فإن التدفق المغناطيسي في الحلقة المغناطيسية يتداخل مع بعضه البعض، وبالتالي يكون له محاثة كبيرة، مما يمنع تيار الوضع المشترك، وعندما يتدفق الملفان عبر تيار الوضع التفاضلي، فإن التدفق المغناطيسي في الحلقة المغناطيسية يلغي بعضهما البعض، ولا يوجد أي محاثة تقريبًا، وبالتالي يمكن أن يمر تيار الوضع التفاضلي دون توهين.
لذلك، يمكن لمحث الوضع المشترك أن يقمع بشكل فعال إشارة تداخل الوضع المشترك في الخط المتوازن، ولكن ليس له تأثير على النقل الطبيعي لإشارة الوضع التفاضلي.
يجب أن تفي محاثات الوضع المشترك بالمتطلبات التالية عند تصنيعها:
(1) يجب عزل الأسلاك الملفوفة على قلب الملف لضمان عدم حدوث ماس كهربائي بين دورات الملف تحت تأثير الجهد الزائد اللحظي؛
(2) عندما يتدفق الملف عبر التيار الكبير اللحظي، لا ينبغي أن يكون القلب المغناطيسي مشبعًا؛
(3) يجب عزل النواة المغناطيسية في الملف عن الملف لمنع الانهيار بينهما تحت تأثير الجهد الزائد اللحظي؛
(4) يجب لف الملف في طبقة واحدة قدر الإمكان، وذلك لتقليل السعة الطفيلية للملف وتعزيز قدرة الملف على نقل الجهد الزائد العابر.
في الظروف العادية، مع الانتباه إلى اختيار نطاق التردد المطلوب للترشيح، كلما كانت معاوقة الوضع المشترك أكبر، كان ذلك أفضل، لذلك نحتاج إلى النظر إلى بيانات الجهاز عند اختيار محث الوضع المشترك، وذلك بشكل أساسي وفقًا لمنحنى تردد المعاوقة.
بالإضافة إلى ذلك، عند الاختيار، انتبه إلى تأثير معاوقة الوضع التفاضلي على الإشارة، مع التركيز بشكل أساسي على معاوقة الوضع التفاضلي، مع الاهتمام بشكل خاص بالمنافذ عالية السرعة.
3. حبة مغناطيسية
في عملية تصميم الدائرة الرقمية EMC للمنتج، نستخدم غالبًا خرزًا مغناطيسيًا، مادة الفريت هي سبيكة الحديد والمغنيسيوم أو سبيكة الحديد والنيكل، هذه المادة لها نفاذية مغناطيسية عالية، ويمكن أن يكون محثًا بين لفائف الملف في حالة التردد العالي والمقاومة العالية التي تولد الحد الأدنى من السعة.
تُستخدم مواد الفريت عادةً في الترددات العالية، لأن خصائص محاثتها الرئيسية عند الترددات المنخفضة تجعل الفقد على الخط صغيرًا جدًا. أما عند الترددات العالية، فتُعدّ نسب خصائص المفاعلة هي الغالبة، وتتغير مع التردد. في التطبيقات العملية، تُستخدم مواد الفريت كمُخفِّفات عالية التردد لدوائر الترددات الراديوية.
في الواقع، الفريت يعادل بشكل أفضل التوازي بين المقاومة والمحاثة، حيث يتم اختصار المقاومة بواسطة المحث عند التردد المنخفض، وتصبح معاوقة المحث عالية جدًا عند التردد العالي، بحيث يمر التيار بالكامل عبر المقاومة.
الفريت جهاز استهلاكي تُحوَّل فيه الطاقة عالية التردد إلى طاقة حرارية، ويعتمد ذلك على خصائص مقاومته الكهربائية. تتميز حبيبات الفريت المغناطيسية بخصائص ترشيح عالية التردد أفضل من المحاثات العادية.
يعتبر الفريت مقاومًا عند الترددات العالية، وهو ما يعادل محثًا ذو عامل جودة منخفض جدًا، وبالتالي يمكنه الحفاظ على معاوقة عالية على نطاق تردد واسع، وبالتالي تحسين كفاءة الترشيح عالي التردد.
في نطاق التردد المنخفض، تتكون المعاوقة من المحاثة. عند التردد المنخفض، تكون قيمة R صغيرة جدًا، وتكون النفاذية المغناطيسية للقلب عالية، وبالتالي تكون المحاثة كبيرة. يلعب L دورًا رئيسيًا، حيث يتم قمع التداخل الكهرومغناطيسي عن طريق الانعكاس. في هذه الحالة، يكون فقدان القلب المغناطيسي صغيرًا، والجهاز بأكمله منخفض الخسارة، وخصائص Q عالية للمحث، مما يسهل حدوث الرنين، لذلك في نطاق التردد المنخفض، قد يحدث أحيانًا تداخل متزايد بعد استخدام خرزات الفريت المغناطيسية.
في نطاق التردد العالي، تتكون المعاوقة من مكونات مقاومة. مع زيادة التردد، تنخفض نفاذية النواة المغناطيسية، مما يؤدي إلى انخفاض في محاثة المحث وانخفاض في مكون المفاعلة الحثية.
ومع ذلك، في هذا الوقت، تزداد خسارة النواة المغناطيسية، ويزداد مكون المقاومة، مما يؤدي إلى زيادة في المعاوقة الكلية، وعندما تمر الإشارة عالية التردد عبر الفريت، يتم امتصاص التداخل الكهرومغناطيسي وتحويله إلى شكل تبديد الحرارة.
تُستخدم مكونات تثبيط الفريت على نطاق واسع في لوحات الدوائر المطبوعة وخطوط الطاقة وخطوط البيانات. على سبيل المثال، يُضاف عنصر تثبيط الفريت إلى طرف مدخل سلك الطاقة للوحة المطبوعة لتصفية تداخل الترددات العالية.
تُستخدم الحلقة المغناطيسية الفريتية أو الخرزة المغناطيسية خصيصًا لقمع تداخل الترددات العالية وتداخل الذروة في خطوط الإشارة وخطوط الطاقة، كما تتميز بقدرتها على امتصاص تداخل نبضات التفريغ الكهروستاتيكي. يعتمد استخدام الخرزة المغناطيسية أو محاثات الرقاقة بشكل أساسي على التطبيق العملي.
تُستخدم محاثات الرقاقات في الدوائر الرنانة. عند الحاجة إلى التخلص من ضوضاء التداخل الكهرومغناطيسي غير الضرورية، يُعد استخدام خرزات الرقاقات المغناطيسية الخيار الأمثل.
تطبيق الخرز المغناطيسي للرقاقة ومحثات الرقاقة
محاثات الشريحة:الاتصالات اللاسلكية والترددات الراديوية، ومعدات تكنولوجيا المعلومات، وأجهزة الكشف عن الرادار، والإلكترونيات الخاصة بالسيارات، والهواتف الخلوية، وأجهزة الاستدعاء، ومعدات الصوت، والمساعدين الرقميين الشخصيين (PDAs)، وأنظمة التحكم عن بعد اللاسلكية، ووحدات إمداد الطاقة ذات الجهد المنخفض.
خرزات مغناطيسية رقاقة:دوائر توليد الساعة، والترشيح بين الدوائر التناظرية والرقمية، وموصلات الإدخال/الإخراج الداخلية (مثل المنافذ التسلسلية، والمنافذ المتوازية، ولوحات المفاتيح، والفئران، والاتصالات لمسافات طويلة، والشبكات المحلية)، ودوائر التردد اللاسلكي والأجهزة المنطقية المعرضة للتداخل، وترشيح التداخل الموصل عالي التردد في دوائر إمداد الطاقة، وأجهزة الكمبيوتر، والطابعات، وأجهزة تسجيل الفيديو (VCRS)، وقمع ضوضاء EMI في أنظمة التلفزيون والهواتف المحمولة.
وحدة الخرزة المغناطيسية هي الأوم، لأن وحدة الخرزة المغناطيسية اسمية وفقًا للممانعة التي تنتجها عند تردد معين، ووحدة المعاوقة هي الأوم أيضًا.
ستوفر ورقة بيانات الخرز المغناطيسي بشكل عام خصائص التردد والمعاوقة للمنحنى، وعادة ما تكون 100 ميجا هرتز كمعيار، على سبيل المثال، عندما يكون تردد 100 ميجا هرتز عندما تكون معاوقة الخرز المغناطيسي تعادل 1000 أوم.
بالنسبة لنطاق التردد الذي نريد تصفيته، نحتاج إلى اختيار مقاومة الخرزة المغناطيسية الأكبر، كلما كان ذلك أفضل، وعادةً ما نختار مقاومة 600 أوم أو أكثر.
بالإضافة إلى ذلك، عند اختيار الخرز المغناطيسي، من الضروري الانتباه إلى تدفق الخرز المغناطيسي، والذي يحتاج عمومًا إلى خفض تصنيفه بنسبة 80%، ويجب مراعاة تأثير معاوقة التيار المستمر على انخفاض الجهد عند استخدامه في دوائر الطاقة.
وقت النشر: ٢٤ يوليو ٢٠٢٣
