تعد مكثفات المرشح، والمحاثات ذات الوضع الشائع، والخرز المغناطيسي من الأشكال الشائعة في دوائر تصميم EMC، وهي أيضًا ثلاث أدوات قوية للتخلص من التداخل الكهرومغناطيسي.
بالنسبة لدور هؤلاء الثلاثة في الدائرة، أعتقد أن هناك العديد من المهندسين لا يفهمون، المادة من تصميم تحليل مفصل لمبدأ القضاء على EMC الثلاثة الأكثر حدة.
1. تصفية مكثف
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 المراد تصفيتها، يمكن تعديل سعة المكثف بحيث تقع نقطة الرنين فقط على تردد الاضطراب.
في الهندسة العملية، غالبًا ما يصل تردد الضوضاء الكهرومغناطيسية المراد تصفيتها إلى مئات ميجاهرتز، أو حتى أكثر من 1 جيجاهرتز.بالنسبة لمثل هذه الضوضاء الكهرومغناطيسية عالية التردد، من الضروري استخدام مكثف عبر النواة لتصفية الضوضاء بشكل فعال.
السبب وراء عدم قدرة المكثفات العادية على تصفية الضوضاء عالية التردد بشكل فعال يرجع إلى سببين:
(1) أحد الأسباب هو أن تحريض سلك المكثف يسبب رنين المكثف، مما يمثل مقاومة كبيرة للإشارة عالية التردد، ويضعف تأثير الالتفافية للإشارة عالية التردد؛
(2) سبب آخر هو أن السعة الطفيلية بين الأسلاك تقترن بالإشارة عالية التردد، مما يقلل من تأثير الترشيح.
السبب وراء قدرة المكثف عبر النواة على تصفية الضوضاء عالية التردد بشكل فعال هو أن المكثف عبر النواة لا يعاني فقط من مشكلة أن محاثة الرصاص تؤدي إلى انخفاض تردد رنين المكثف.
ويمكن تركيب المكثف عبر النواة مباشرة على اللوحة المعدنية، باستخدام اللوحة المعدنية للعب دور العزل عالي التردد.ومع ذلك، عند استخدام مكثف من خلال النواة، فإن المشكلة التي يجب الانتباه إليها هي مشكلة التثبيت.
أكبر نقطة ضعف للمكثف عبر النواة هو الخوف من ارتفاع درجة الحرارة وتأثير درجة الحرارة، مما يسبب صعوبات كبيرة عند لحام المكثف عبر النواة باللوحة المعدنية.
تتلف العديد من المكثفات أثناء اللحام.خاصة عندما يلزم تثبيت عدد كبير من المكثفات الأساسية على اللوحة، طالما أن هناك ضررًا، فمن الصعب إصلاحه، لأنه عند إزالة المكثف التالف، سيؤدي ذلك إلى تلف المكثفات القريبة الأخرى.
2. محاثة الوضع المشترك
نظرًا لأن المشكلات التي تواجه EMC هي في الغالب تداخل الوضع الشائع، فإن محاثات الوضع الشائع هي أيضًا أحد المكونات القوية شائعة الاستخدام.
مغو الوضع الشائع هو جهاز قمع تداخل الوضع الشائع مع الفريت كنواة، والذي يتكون من ملفين من نفس الحجم ونفس عدد اللفات ملفوفة بشكل متناظر على نفس القلب المغناطيسي لحلقة الفريت لتشكيل جهاز رباعي الأطراف، 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 يتراكب مع بعضهما 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 بعضها البعض، ولا يوجد أي محاثة تقريبًا، لذلك يمكن أن يمر تيار الوضع التفاضلي دون توهين.
ولذلك، يمكن لمحث الوضع المشترك أن يقمع بشكل فعال إشارة تداخل الوضع المشترك في الخط المتوازن، ولكن ليس له أي تأثير على النقل العادي لإشارة الوضع التفاضلي.
يجب أن تستوفي محاثات الوضع الشائع المتطلبات التالية عند تصنيعها:
(1) يجب عزل الأسلاك الملفوفة في قلب الملف لضمان عدم وجود دائرة قصر بين دورات الملف تحت تأثير الجهد الزائد اللحظي؛
(2) عندما يتدفق الملف عبر تيار كبير لحظي، لا ينبغي أن يكون القلب المغناطيسي مشبعًا؛
(3) يجب عزل القلب المغناطيسي في الملف عن الملف لمنع الانهيار بين الاثنين تحت تأثير الجهد الزائد اللحظي؛
(4) يجب أن يتم لف الملف في طبقة واحدة قدر الإمكان، وذلك لتقليل السعة الطفيلية للملف وتعزيز قدرة الملف على نقل الجهد الزائد العابر.
في ظل الظروف العادية، مع الاهتمام باختيار نطاق التردد المطلوب للتصفية، كلما كانت مقاومة الوضع المشترك أكبر، كلما كان ذلك أفضل، لذلك نحتاج إلى إلقاء نظرة على بيانات الجهاز عند اختيار مغو الوضع المشترك، بشكل أساسي وفقًا لـ منحنى تردد المعاوقة.
بالإضافة إلى ذلك، عند الاختيار، انتبه إلى تأثير مقاومة الوضع التفاضلي على الإشارة، مع التركيز بشكل أساسي على مقاومة الوضع التفاضلي، وخاصة الاهتمام بالمنافذ عالية السرعة.
3. حبة مغناطيسية
في عملية تصميم الدائرة الرقمية للمنتج EMC، غالبًا ما نستخدم الخرز المغناطيسي، مادة الفريت هي سبائك الحديد والمغنيسيوم أو سبائك الحديد والنيكل، هذه المادة لديها نفاذية مغناطيسية عالية، ويمكن أن تكون مغو بين لفائف الملف في حالة ارتفاع التردد والمقاومة العالية ولدت السعة الدنيا.
تُستخدم مواد الفريت عادة عند الترددات العالية، لأن خصائص الحث الرئيسية الخاصة بها عند الترددات المنخفضة تجعل الخسارة على الخط صغيرة جدًا.في الترددات العالية، فهي بشكل أساسي نسب مميزة للمفاعلة وتتغير مع التردد.في التطبيقات العملية، يتم استخدام مواد الفريت كمخففات عالية التردد لدوائر التردد الراديوي.
في الواقع، الفريت يكافئ بشكل أفضل توازى المقاومة والمحاثة، حيث يتم قصر دائرة المقاومة بواسطة المحث عند التردد المنخفض، وتصبح ممانعة المحث عالية جدًا عند التردد العالي، بحيث يمر التيار بالكامل عبر المقاومة.
الفريت هو جهاز مستهلك يتم من خلاله تحويل الطاقة عالية التردد إلى طاقة حرارية، والتي يتم تحديدها من خلال خصائص مقاومته الكهربائية.تتميز حبات الفريت المغناطيسية بخصائص ترشيح عالية التردد أفضل من المحاثات العادية.
يتميز الفريت بمقاومته عند الترددات العالية، وهو ما يعادل مغو ذو عامل جودة منخفض جدًا، لذلك يمكنه الحفاظ على مقاومة عالية على نطاق ترددي واسع، وبالتالي تحسين كفاءة الترشيح عالي التردد.
في نطاق التردد المنخفض، تتكون المعاوقة من الحث.عند التردد المنخفض، يكون R صغيرًا جدًا، وتكون النفاذية المغناطيسية للنواة عالية، وبالتالي فإن الحث كبير.يلعب L دورًا رئيسيًا، ويتم قمع التداخل الكهرومغناطيسي عن طريق الانعكاس.وفي هذا الوقت، يكون فقدان النواة المغناطيسية صغيرًا، والجهاز بأكمله عبارة عن خسارة منخفضة، وخصائص Q عالية للمحث، ومن السهل أن يسبب هذا المحث رنينًا، لذلك في نطاق التردد المنخفض، قد يكون هناك أحيانًا تداخل معزز بعد استخدام الخرز المغناطيسي الفريت.
في نطاق التردد العالي، تتكون المعاوقة من مكونات المقاومة.مع زيادة التردد، تقل نفاذية القلب المغناطيسي، مما يؤدي إلى انخفاض في محاثة المحرِّض وانخفاض في مكون المفاعلة الحثي.
ومع ذلك، في هذا الوقت، يزداد فقدان النواة المغناطيسية، ويزداد مكون المقاومة، مما يؤدي إلى زيادة المعاوقة الإجمالية، وعندما تمر الإشارة عالية التردد عبر الفريت، يتم امتصاص التداخل الكهرومغناطيسي وتحويله إلى الشكل من تبديد الحرارة.
تستخدم مكونات قمع الفريت على نطاق واسع في لوحات الدوائر المطبوعة وخطوط الكهرباء وخطوط البيانات.على سبيل المثال، يتم إضافة عنصر قمع الفريت إلى نهاية مدخل سلك الطاقة للوحة المطبوعة لتصفية التداخل عالي التردد.
يتم استخدام الحلقة المغناطيسية من الفريت أو الخرزة المغناطيسية خصيصًا لقمع التداخل عالي التردد وتداخل الذروة على خطوط الإشارة وخطوط الكهرباء، كما أن لديها القدرة على امتصاص تداخل نبض التفريغ الكهروستاتيكي.يعتمد استخدام الخرز المغناطيسي للرقاقة أو محاثات الرقاقة بشكل أساسي على التطبيق العملي.
تستخدم محاثات الرقاقة في دوائر الرنين.عند الحاجة إلى التخلص من ضوضاء EMI غير الضرورية، فإن استخدام الخرز المغناطيسي للرقاقة هو الخيار الأفضل.
تطبيق الخرز المغناطيسي رقاقة ومحثات رقاقة
المحاثات رقاقة:الترددات الراديوية (RF) والاتصالات اللاسلكية، ومعدات تكنولوجيا المعلومات، وكاشفات الرادار، وإلكترونيات السيارات، والهواتف الخلوية، وأجهزة الاستدعاء، والمعدات الصوتية، والمساعدات الرقمية الشخصية (PDAs)، وأنظمة التحكم عن بعد اللاسلكية، ووحدات إمداد الطاقة ذات الجهد المنخفض.
رقاقة الخرز المغناطيسي:دوائر توليد الساعة، والترشيح بين الدوائر التناظرية والرقمية، وموصلات الإدخال/الإخراج الداخلية (مثل المنافذ التسلسلية، والمنافذ المتوازية، ولوحات المفاتيح، والفئران، والاتصالات بعيدة المدى، وشبكات المنطقة المحلية)، ودوائر الترددات اللاسلكية والأجهزة المنطقية المعرضة للاختراق التداخل، وتصفية التداخل عالي التردد في دوائر إمداد الطاقة، وأجهزة الكمبيوتر، والطابعات، ومسجلات الفيديو (VCRS)، وقمع ضوضاء EMI في أنظمة التلفزيون والهواتف المحمولة.
وحدة الخرزة المغناطيسية هي أوم، لأن وحدة الخرزة المغناطيسية اسمية طبقاً للممانعة التي تنتجها عند تردد معين، ووحدة المعاوقة هي أوم أيضاً.
ستوفر ورقة بيانات الخرزة المغناطيسية بشكل عام خصائص التردد والمقاومة للمنحنى، بشكل عام 100 ميجا هرتز كمعيار، على سبيل المثال، عندما يكون التردد 100 ميجا هرتز عندما تكون مقاومة الخرزة المغناطيسية تعادل 1000 أوم.
بالنسبة لنطاق التردد الذي نريد تصفيته، نحتاج إلى اختيار مقاومة أكبر للخرزة المغناطيسية، كلما كان ذلك أفضل، وعادة 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 تخفيضه بنسبة 80٪، ويجب مراعاة تأثير مقاومة التيار المستمر على انخفاض الجهد عند استخدامه في دوائر الطاقة.
وقت النشر: 24 يوليو 2023