Filtre kapasitörleri, ortak modlu indüktörler ve manyetik boncuklar EMC tasarım devrelerinde sıkça kullanılan elemanlardır ve bunlar aynı zamanda elektromanyetik girişimi ortadan kaldırmak için kullanılan üç güçlü araçtır.
Bu üçlünün devredeki rolü için, birçok mühendisin anlamadığı, üç EMC'nin ortadan kaldırılması ilkesinin ayrıntılı bir analizinin tasarımından makalenin en keskin olduğu kanaatindeyim.
1.Filtre kondansatörü
Kondansatörün rezonansı yüksek frekanslı gürültüyü filtreleme açısından istenmeyen bir durum olsa da, kondansatörün rezonansı her zaman zararlı değildir.
Filtrelenecek gürültünün frekansı belirlendikten sonra, rezonans noktasının tam olarak bozulma frekansına denk gelmesi sağlanarak kondansatörün kapasitesi ayarlanabilir.
Uygulamalı mühendislikte, filtrelenmesi gereken elektromanyetik gürültünün frekansı genellikle yüzlerce MHz, hatta 1 GHz'den bile yüksektir. Bu tür yüksek frekanslı elektromanyetik gürültüyü etkili bir şekilde filtrelemek için çekirdek içi bir kapasitör kullanmak gerekir.
Sıradan kondansatörlerin yüksek frekanslı gürültüyü etkili bir şekilde filtreleyememesinin iki nedeni vardır:
(1) Bir neden, kondansatör kablosunun endüktansının, yüksek frekanslı sinyale büyük bir empedans sunan ve yüksek frekanslı sinyalin baypas etkisini zayıflatan kondansatör rezonansına neden olmasıdır;
(2) Bir diğer neden ise yüksek frekanslı sinyali birleştiren teller arasındaki parazitik kapasitansın filtreleme etkisini azaltmasıdır.
Çekirdek içi kapasitörün yüksek frekanslı gürültüyü etkili bir şekilde filtreleyebilmesinin nedeni, çekirdek içi kapasitörün yalnızca iletken endüktansının kapasitör rezonans frekansının çok düşük olmasına neden olan sorunu yaşamamasıdır.
Geçişli çekirdek kondansatörü, metal panelin yüksek frekans izolasyonu rolünü üstlenmesiyle doğrudan metal panele monte edilebilir. Ancak, geçişli çekirdek kondansatörü kullanırken dikkat edilmesi gereken sorun, montaj sorunudur.
Geçişli kondansatörün en büyük zayıflığı yüksek sıcaklık ve sıcaklık etkisi korkusudur, bu da geçişli kondansatörün metal panele kaynaklanması sırasında büyük zorluklara neden olur.
Kaynak sırasında birçok kondansatör hasar görür. Özellikle panele çok sayıda çekirdek kondansatörü takılması gerektiğinde, hasar oluştuğu sürece onarımı zordur, çünkü hasarlı kondansatör çıkarıldığında yakındaki diğer kondansatörlere de zarar verir.
2.Ortak mod endüktansı
EMC'de karşılaşılan sorunların büyük çoğunluğu ortak mod girişiminden kaynaklandığı için, ortak mod indüktörler de sıklıkla kullandığımız güçlü komponentlerden biridir.
Ortak mod indüktörü, çekirdeği ferrit olan, aynı boyutta ve aynı sayıda sarımlı iki bobinin aynı ferrit halka manyetik çekirdeği üzerine simetrik olarak sarılarak dört terminalli bir cihaz oluşturan, ortak mod sinyali için büyük bir endüktans bastırma etkisine ve diferansiyel mod sinyali için küçük bir kaçak endüktansına sahip ortak mod girişim bastırma cihazıdır.
Prensip, ortak mod akımı aktığında, manyetik halkadaki manyetik akının birbirini üst üste bindirmesi ve böylece önemli bir endüktansa sahip olması ve bunun ortak mod akımını engellemesidir; iki bobin diferansiyel mod akımından geçtiğinde ise manyetik halkadaki manyetik akı birbirini iptal eder ve neredeyse hiç endüktans kalmaz, böylece diferansiyel mod akımı zayıflamadan geçebilir.
Bu nedenle, ortak mod indüktörü dengeli hattaki ortak mod girişim sinyalini etkili bir şekilde bastırabilir, ancak diferansiyel mod sinyalinin normal iletimi üzerinde hiçbir etkisi yoktur.
Ortak mod indüktörleri üretilirken aşağıdaki şartları karşılamalıdır:
(1) Bobin çekirdeğine sarılan teller, ani aşırı gerilim etkisi altında bobinin sarımları arasında herhangi bir arıza kısa devresinin olmamasını sağlamak için yalıtılmalıdır;
(2) Bobin anlık büyük akımdan geçtiğinde, manyetik çekirdek doymuş olmamalıdır;
(3) Bobindeki manyetik çekirdek, anlık aşırı gerilim etkisi altında ikisi arasında bozulmayı önlemek için bobinden yalıtılmalıdır;
(4) Bobin, mümkün olduğunca tek katman halinde sarılmalıdır; böylece bobinin parazitik kapasitansı azaltılır ve bobinin geçici aşırı gerilimi iletme yeteneği artırılır.
Normal şartlarda filtreleme için gereken frekans bandının seçimine dikkat ederken, ortak mod empedansı ne kadar büyükse o kadar iyi olacağından ortak mod indüktörü seçerken esas olarak empedans frekans eğrisine göre cihaz verilerine bakmamız gerekir.
Ayrıca seçim yaparken diferansiyel mod empedansının sinyal üzerindeki etkisine dikkat edilmeli, özellikle yüksek hızlı portlara dikkat edilerek diferansiyel mod empedansına odaklanılmalıdır.
3.Manyetik boncuk
Ürün dijital devre EMC tasarım sürecinde, genellikle manyetik boncuklar kullanırız, ferrit malzeme demir-magnezyum alaşımı veya demir-nikel alaşımıdır, bu malzeme yüksek manyetik geçirgenliğe sahiptir, yüksek frekans ve yüksek direnç durumunda bobin sargısı arasında indüktör olabilir, minimum kapasitans üretilir.
Ferrit malzemeler genellikle yüksek frekanslarda kullanılır, çünkü düşük frekanslarda ana endüktans özellikleri hat üzerindeki kayıpları çok küçük hale getirir. Yüksek frekanslarda ise reaktans karakteristik oranları genellikle aynıdır ve frekansa göre değişir. Pratik uygulamalarda ferrit malzemeler, radyo frekans devreleri için yüksek frekans zayıflatıcı olarak kullanılır.
Aslında ferrit, direnç ve endüktansın paraleline daha iyi eşdeğerdir, direnç düşük frekansta endüktör tarafından kısa devre edilir ve yüksek frekansta endüktör empedansı oldukça yüksek olur, böylece akımın tamamı dirençten geçer.
Ferrit, yüksek frekanslı enerjinin elektriksel direnç özellikleriyle belirlenen ısı enerjisine dönüştürüldüğü bir tüketici cihazdır. Ferrit manyetik boncuklar, sıradan indüktörlere göre daha iyi yüksek frekans filtreleme özelliklerine sahiptir.
Ferrit, yüksek frekanslarda dirençlidir, çok düşük kalite faktörüne sahip bir indüktöre eşdeğerdir, bu nedenle geniş bir frekans aralığında yüksek empedansı koruyabilir ve böylece yüksek frekans filtrelemesinin verimliliğini artırır.
Düşük frekans bandında empedans endüktanstan oluşur. Düşük frekansta R çok küçüktür ve çekirdeğin manyetik geçirgenliği yüksektir, dolayısıyla endüktans büyüktür. L önemli bir rol oynar ve elektromanyetik girişim yansıma yoluyla bastırılır. Bu esnada manyetik çekirdek kaybı küçüktür, tüm cihaz düşük kayıplı ve yüksek Q karakteristikli bir endüktöre sahiptir, bu endüktörün rezonansa neden olması kolaydır, bu nedenle düşük frekans bandında ferrit manyetik boncuklar kullanıldıktan sonra bazen girişimde artış olabilir.
Yüksek frekans bandında empedans, direnç bileşenlerinden oluşur. Frekans arttıkça manyetik çekirdeğin geçirgenliği azalır, bu da indüktörün endüktansında ve endüktif reaktans bileşeninde bir azalmaya neden olur.
Ancak bu esnada manyetik çekirdeğin kaybı artar, direnç bileşeni artar, bunun sonucunda toplam empedansın artmasına neden olur ve yüksek frekanslı sinyal ferritten geçtiğinde elektromanyetik girişim emilir ve ısı dağılımı biçimine dönüşür.
Ferrit bastırma bileşenleri, baskılı devre kartlarında, güç hatlarında ve veri hatlarında yaygın olarak kullanılır. Örneğin, yüksek frekanslı paraziti filtrelemek için baskılı devre kartının güç kablosunun giriş ucuna bir ferrit bastırma elemanı eklenir.
Ferrit manyetik halka veya manyetik boncuk, özellikle sinyal ve güç hatlarındaki yüksek frekanslı parazitleri ve tepe parazitlerini bastırmak için kullanılır ve ayrıca elektrostatik deşarj darbe parazitlerini emme özelliğine sahiptir. Çip manyetik boncuklarının veya çip indüktörlerinin kullanımı esas olarak pratik uygulamaya bağlıdır.
Rezonans devrelerinde çip indüktörleri kullanılır. Gereksiz EMI gürültüsünün ortadan kaldırılması gerektiğinde, çip manyetik boncuklarının kullanımı en iyi seçimdir.
Çip manyetik boncukların ve çip indüktörlerinin uygulamaları
Çip indüktörleri:Radyo frekansı (RF) ve kablosuz iletişim, bilgi teknolojisi ekipmanları, radar dedektörleri, otomotiv elektroniği, cep telefonları, çağrı cihazları, ses ekipmanları, kişisel dijital asistanlar (PDA'lar), kablosuz uzaktan kumanda sistemleri ve düşük voltajlı güç kaynağı modülleri.
Çip manyetik boncuklar:Saat üreten devreler, analog ve dijital devreler arasında filtreleme, G/Ç giriş/çıkış dahili konnektörleri (seri portlar, paralel portlar, klavyeler, fareler, uzun mesafeli telekomünikasyonlar, yerel alan ağları gibi), girişime duyarlı RF devreleri ve mantık aygıtları, güç kaynağı devrelerinde, bilgisayarlarda, yazıcılarda, video kayıt cihazlarında (VCRS) yüksek frekanslı iletilen girişimin filtrelenmesi, televizyon sistemlerinde ve cep telefonlarında EMI gürültü bastırma.
Manyetik boncuğun birimi ohm'dur, çünkü manyetik boncuğun birimi belirli bir frekansta ürettiği empedansa göre nominaldir ve empedansın birimi de ohm'dur.
Manyetik boncuk VERİ SAYFASI genellikle eğrinin frekans ve empedans özelliklerini sağlar, örneğin standart olarak genellikle 100MHz, manyetik boncuğun empedansı 1000 ohm'a eşit olduğunda 100MHz frekansı.
Filtrelemek istediğimiz frekans bandı için manyetik boncuğun empedansı ne kadar büyükse o kadar iyi, genellikle 600 ohm empedans veya daha fazlasını seçiyoruz.
Ayrıca manyetik boncuk seçimi yapılırken genellikle %80 oranında azaltılması gereken manyetik boncuk akısına dikkat edilmeli, güç devrelerinde kullanıldığında DC empedansının gerilim düşümüne olan etkisi göz önünde bulundurulmalıdır.
Gönderi zamanı: 24 Temmuz 2023
