フィルタ コンデンサ、コモンモード インダクタ、および磁気ビーズは EMC 設計回路の一般的な要素であり、電磁干渉を除去するための 3 つの強力なツールでもあります。
回路におけるこれら 3 つの役割については、理解していないエンジニアも多いと思いますが、この記事では、3 つの EMC を最も鋭く除去する原理を設計から詳細に分析しています。
1.フィルターコンデンサ
コンデンサの共振は、高周波ノイズを除去するという観点からは望ましくないものですが、コンデンサの共振は必ずしも有害であるわけではありません。
フィルタリングするノイズの周波数が決まると、共振点が外乱周波数にちょうど重なるようにコンデンサの容量を調整できます。
実際のエンジニアリングでは、フィルタリングされる電磁ノイズの周波数は、多くの場合、数百 MHz、場合によっては 1 GHz を超えます。このような高周波電磁ノイズに対しては、貫通コアコンデンサを使用して効果的に除去する必要があります。
通常のコンデンサが高周波ノイズを効果的に除去できない理由は次の 2 つです。
(1) 理由の 1 つは、コンデンサのリード線のインダクタンスがコンデンサの共振を引き起こし、高周波信号に対して大きなインピーダンスとなり、高周波信号のバイパス効果を弱めることです。
(2) もう一つの理由は、高周波信号を結合するワイヤ間の寄生容量により、フィルタ効果が低下することです。
貫通コアコンデンサが高周波ノイズを効果的に除去できる理由は、貫通コアコンデンサにはリードインダクタンスによってコンデンサの共振周波数が低すぎるという問題がないためです。
また、スルーコアコンデンサは金属パネルに直接取り付けることができ、金属パネルを利用して高周波絶縁の役割を果たします。ただし、貫通コアコンデンサを使用する場合に注意すべき問題は設置の問題です。
スルーコアコンデンサの最大の弱点は、高温と温度影響の恐れであり、スルーコアコンデンサを金属パネルに溶接する際に大きな困難を引き起こします。
多くのコンデンサは溶接中に損傷します。特に、パネル上に多数のコアコンデンサを設置する必要がある場合、損傷したコンデンサを取り外すと、周囲の他のコンデンサに損傷を与えるため、損傷がある限り修復は困難です。
2.コモンモードインダクタンス
EMC が直面する問題のほとんどはコモンモード干渉であるため、コモンモードインダクタも当社でよく使用される強力なコンポーネントの 1 つです。
コモンモードインダクタは、コアとしてフェライトを備えたコモンモード干渉抑制デバイスであり、同じフェライトリング磁気コア上に対称的に巻かれた同じサイズおよび同じ巻数の2つのコイルで構成され、4端子デバイスを形成します。コモンモード信号に対してはインダクタンス抑制効果が大きく、ディファレンシャルモード信号に対しては漏れインダクタンスが小さい。
原理は、コモンモード電流が流れると、磁気リング内の磁束が重なり合い、かなりのインダクタンスを持ち、コモンモード電流が抑制され、2つのコイルにディファレンシャルモード電流が流れると、磁束が重なり合うというものです。磁気リング内の電流は互いに打ち消し合い、インダクタンスがほとんどないため、ディファレンシャルモード電流は減衰せずに通過できます。
したがって、コモンモードインダクタは、平衡線路内のコモンモード干渉信号を効果的に抑制できますが、差動モード信号の正常な伝送には影響を与えません。
コモンモードインダクタは、製造時に次の要件を満たす必要があります。
(1) コイルコアに巻かれたワイヤは、瞬間的な過電圧の作用下でコイルの巻線間に破壊による短絡が生じないように絶縁する必要があります。
(2) コイルに瞬間的な大電流が流れる場合、磁気コアが飽和しないようにしてください。
(3) 瞬間的な過電圧の作用下でコイル間の絶縁破壊を防ぐために、コイル内の磁心はコイルから絶縁されている必要があります。
(4) コイルの寄生容量を低減し、過渡過電圧に対するコイルの伝達能力を高めるために、コイルは可能な限り単層で巻く必要があります。
通常の状況では、フィルタに必要な周波数帯域の選択に注意を払いますが、コモンモードインピーダンスは大きいほど良いため、コモンモードインダクタを選択する際には、主に次の条件に従ってデバイスデータを参照する必要があります。インピーダンス周波数曲線。
さらに、選択する際には、差動モード インピーダンスが信号に及ぼす影響に注意してください。主に差動モード インピーダンスに焦点を当て、特に高速ポートに注意してください。
3.磁気ビーズ
製品のデジタル回路のEMC設計プロセスでは、磁性ビーズがよく使用されます。フェライト材料は鉄マグネシウム合金または鉄ニッケル合金で、この材料は高い透磁率を持ち、高電圧の場合にはコイル巻線間のインダクタとして使用できます。周波数と高抵抗で生成される静電容量が最小になります。
フェライト材料は通常、高周波で使用されます。これは、低周波では、フェライト材料の主なインダクタンス特性が回線上の損失を非常に小さくするためです。高周波では主にリアクタンス特性の比となり、周波数によって変化します。実際の用途では、フェライト材料は高周波回路の高周波減衰器として使用されます。
実際、フェライトは抵抗とインダクタンスの並列に相当し、低周波では抵抗がインダクタによって短絡され、高周波ではインダクタのインピーダンスが非常に高くなるため、電流はすべて抵抗を通過します。
フェライトは、高周波エネルギーが電気抵抗特性によって決まる熱エネルギーに変換される消費デバイスです。フェライト磁性ビーズは、通常のインダクタよりも優れた高周波フィルタリング特性を備えています。
フェライトは高周波では抵抗性があり、品質係数が非常に低いインダクタと同等であるため、広い周波数範囲にわたって高いインピーダンスを維持でき、それによって高周波フィルタリングの効率が向上します。
低周波帯域では、インピーダンスはインダクタンスで構成されます。低周波ではRが非常に小さく、コアの透磁率が高いためインダクタンスが大きくなります。Lが大きな役割を果たしており、反射により電磁波障害が抑制されます。そしてこのとき、磁心の損失が小さく、デバイス全体が低損失で、インダクタのQ特性が高く、このインダクタは共振を起こしやすいため、低周波帯域では干渉が増強される場合があります。フェライト磁性ビーズ使用後。
高周波帯域では、インピーダンスは抵抗成分で構成されます。周波数が増加すると、磁気コアの透磁率が減少し、その結果、インダクタのインダクタンスが減少し、誘導性リアクタンス成分が減少します。
しかしこのとき、磁性コアの損失が増加し、抵抗成分が増加してトータルのインピーダンスが増加し、高周波信号がフェライトを通過する際に電磁妨害が吸収されて電磁波の形に変換されてしまいます。熱放散のこと。
フェライト抑制コンポーネントは、プリント基板、電力線、データ線で広く使用されています。たとえば、フェライト抑制要素がプリント基板の電源コードの入口端に追加され、高周波干渉が除去されます。
フェライト磁性リングまたは磁性ビーズは、信号線および電力線の高周波干渉とピーク干渉を抑制するために特別に使用され、また、静電気放電パルス干渉を吸収する能力もあります。チップ磁気ビーズまたはチップインダクタの使用は、主に実際の用途に依存します。
チップインダクタは共振回路に使用されます。不要なEMIノイズを除去する必要がある場合には、チップ磁気ビーズの使用が最適です。
チップ磁気ビーズとチップインダクタの応用
チップインダクタ:無線周波数 (RF) およびワイヤレス通信、情報技術機器、レーダー探知機、自動車電子機器、携帯電話、ポケベル、オーディオ機器、携帯情報端末 (PDA)、ワイヤレス リモート コントロール システム、および低電圧電源モジュール。
チップ磁気ビーズ:クロック生成回路、アナログ回路とデジタル回路間のフィルタリング、I/O 入出力内部コネクタ (シリアル ポート、パラレル ポート、キーボード、マウス、長距離通信、ローカル エリア ネットワークなど)、RF 回路およびロジック デバイスは、影響を受けやすいものです。電源回路、コンピュータ、プリンタ、ビデオ レコーダー (VCRS) における干渉、高周波伝導性干渉のフィルタリング、テレビ システムおよび携帯電話における EMI ノイズ抑制。
磁気ビーズの単位はオームです。これは、磁気ビーズの単位は、特定の周波数で生成されるインピーダンスに応じて公称であり、インピーダンスの単位もオームであるためです。
磁気ビーズのデータシートは、通常、標準として 100MHz の曲線の周波数とインピーダンスの特性を提供します。たとえば、磁気ビーズのインピーダンスが 1000 オームに等しいときの周波数 100MHz の場合です。
フィルタリングしたい周波数帯域については、磁気ビーズのインピーダンスが大きいほど良いものを選択する必要があります。通常は 600 オーム以上のインピーダンスを選択します。
また、磁性ビーズを選択する際には磁性ビーズの磁束に注意する必要があり、一般に80%ディレーティングする必要があり、電源回路に使用する場合はDCインピーダンスによる電圧降下への影響も考慮する必要があります。
投稿日時: 2023 年 7 月 24 日