Tụ lọc, cuộn cảm chế độ chung và hạt từ tính là những hình tượng phổ biến trong mạch thiết kế EMC và cũng là ba công cụ mạnh mẽ để loại bỏ nhiễu điện từ.
Đối với vai trò của ba trong mạch, tôi tin rằng có nhiều kỹ sư không hiểu, bài viết từ thiết kế phân tích chi tiết về nguyên tắc loại bỏ ba EMC sắc nét nhất.
1. Tụ lọc
Mặc dù sự cộng hưởng của tụ điện là không mong muốn xét từ quan điểm lọc nhiễu tần số cao, nhưng sự cộng hưởng của tụ điện không phải lúc nào cũng có hại.
Khi xác định được tần số nhiễu cần lọc, có thể điều chỉnh công suất của tụ sao cho điểm cộng hưởng vừa rơi vào tần số nhiễu.
Trong kỹ thuật thực tế, tần số nhiễu điện từ cần lọc thường cao tới hàng trăm MHz hoặc thậm chí hơn 1GHz. Đối với nhiễu điện từ tần số cao như vậy, cần phải sử dụng tụ điện xuyên lõi để lọc hiệu quả.
Sở dĩ tụ điện thông thường không thể lọc nhiễu tần số cao một cách hiệu quả là vì hai lý do:
(1) Một lý do là độ tự cảm của dây dẫn tụ điện gây ra sự cộng hưởng của tụ điện, tạo ra trở kháng lớn đối với tín hiệu tần số cao và làm suy yếu hiệu ứng bỏ qua của tín hiệu tần số cao;
(2) Một nguyên nhân khác là điện dung ký sinh giữa các dây ghép với tín hiệu tần số cao, làm giảm hiệu quả lọc.
Lý do tại sao tụ điện xuyên lõi có thể lọc nhiễu tần số cao một cách hiệu quả là vì tụ điện xuyên lõi không những không gặp phải vấn đề điện cảm dẫn khiến tần số cộng hưởng của tụ điện quá thấp.
Và tụ điện xuyên lõi có thể được lắp trực tiếp trên bảng kim loại, sử dụng bảng kim loại để đóng vai trò cách ly tần số cao. Tuy nhiên, khi sử dụng tụ điện xuyên lõi vấn đề cần chú ý là vấn đề lắp đặt.
Điểm yếu lớn nhất của tụ điện xuyên lõi là sợ nhiệt độ cao và tác động của nhiệt độ, gây khó khăn lớn khi hàn tụ điện xuyên lõi vào tấm kim loại.
Nhiều tụ điện bị hỏng trong quá trình hàn. Đặc biệt khi cần lắp số lượng lớn tụ lõi trên bảng điều khiển, chỉ cần có hư hỏng thì rất khó sửa chữa, vì khi tháo tụ điện hư ra sẽ gây hư hỏng cho các tụ điện khác ở gần đó.
2. Độ tự cảm ở chế độ chung
Vì các vấn đề mà EMC gặp phải chủ yếu là nhiễu chế độ chung, nên cuộn cảm chế độ chung cũng là một trong những thành phần mạnh mẽ được sử dụng phổ biến của chúng tôi.
Cuộn cảm chế độ chung là một thiết bị triệt tiêu nhiễu chế độ chung với lõi ferrite, bao gồm hai cuộn dây có cùng kích thước và cùng số vòng dây được quấn đối xứng trên cùng một lõi từ vòng ferrite để tạo thành một thiết bị bốn cực, mà có hiệu ứng triệt tiêu điện cảm lớn đối với tín hiệu chế độ chung và điện cảm rò rỉ nhỏ đối với tín hiệu chế độ vi sai.
Nguyên tắc là khi dòng điện ở chế độ chung chạy qua, từ thông trong vòng từ tính chồng lên nhau, do đó có độ tự cảm đáng kể, ngăn cản dòng điện ở chế độ chung và khi hai cuộn dây chạy qua dòng điện ở chế độ vi sai, từ thông sẽ trong vòng từ triệt tiêu lẫn nhau và hầu như không có độ tự cảm nên dòng điện ở chế độ vi sai có thể đi qua mà không bị suy giảm.
Do đó, cuộn cảm chế độ chung có thể triệt tiêu hiệu quả tín hiệu nhiễu chế độ chung trong đường cân bằng, nhưng không ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu chế độ vi sai thông thường.
Cuộn cảm chế độ chung phải đáp ứng các yêu cầu sau khi chúng được sản xuất:
(1) Các dây quấn trên lõi cuộn dây phải được cách điện để đảm bảo không xảy ra hiện tượng đoản mạch đánh thủng giữa các vòng cuộn dây dưới tác động của quá điện áp tức thời;
(2) Khi cuộn dây chạy qua dòng điện lớn tức thời, lõi từ không được bão hòa;
(3) Lõi từ trong cuộn dây phải được cách điện với cuộn dây để tránh đánh thủng giữa hai lõi dưới tác động của quá điện áp tức thời;
(4) Cuộn dây phải được quấn thành một lớp càng nhiều càng tốt, để giảm điện dung ký sinh của cuộn dây và tăng cường khả năng truyền quá điện áp nhất thời của cuộn dây.
Trong trường hợp bình thường, đồng thời chú ý đến việc lựa chọn dải tần cần lọc, trở kháng chế độ chung càng lớn thì càng tốt, vì vậy chúng ta cần xem xét dữ liệu thiết bị khi chọn cuộn cảm chế độ chung, chủ yếu theo đường cong tần số trở kháng.
Ngoài ra, khi lựa chọn, hãy chú ý đến tác động của trở kháng chế độ vi sai đến tín hiệu, chủ yếu tập trung vào trở kháng chế độ vi sai, đặc biệt chú ý đến các cổng tốc độ cao.
3. Hạt từ tính
Trong quá trình thiết kế sản phẩm mạch kỹ thuật số EMC, chúng tôi thường sử dụng hạt từ tính, vật liệu ferrite là hợp kim sắt-magiê hoặc hợp kim sắt-niken, vật liệu này có tính thấm từ cao, có thể làm chất cảm giữa cuộn dây trong trường hợp điện áp cao. tần số và điện trở cao tạo ra điện dung tối thiểu.
Vật liệu ferrite thường được sử dụng ở tần số cao, vì ở tần số thấp, đặc tính tự cảm chính của chúng làm cho tổn thất trên đường dây rất nhỏ. Ở tần số cao, chúng chủ yếu là các tỷ số đặc tính điện kháng và thay đổi theo tần số. Trong các ứng dụng thực tế, vật liệu ferrite được sử dụng làm bộ suy giảm tần số cao cho các mạch tần số vô tuyến.
Trên thực tế, ferrite tương đương tốt hơn với sự song song của điện trở và điện cảm, điện trở bị ngắn mạch bởi cuộn cảm ở tần số thấp và trở kháng của cuộn cảm trở nên khá cao ở tần số cao, do đó dòng điện đều đi qua điện trở.
Ferrite là một thiết bị tiêu thụ trong đó năng lượng tần số cao được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt, được xác định bởi đặc tính điện trở của nó. Hạt từ tính Ferrite có đặc tính lọc tần số cao tốt hơn so với cuộn cảm thông thường.
Ferrite có điện trở ở tần số cao, tương đương với một cuộn cảm có hệ số chất lượng rất thấp nên có thể duy trì trở kháng cao trên dải tần rộng, từ đó nâng cao hiệu quả lọc tần số cao.
Ở dải tần số thấp, trở kháng bao gồm độ tự cảm. Ở tần số thấp, R rất nhỏ và độ thấm từ của lõi cao nên độ tự cảm lớn. L đóng vai trò chính và nhiễu điện từ bị triệt tiêu bởi sự phản xạ. Và lúc này, tổn thất của lõi từ nhỏ, toàn bộ thiết bị có tổn thất thấp, đặc tính Q của cuộn cảm cao, cuộn cảm này dễ gây ra cộng hưởng nên ở dải tần số thấp, đôi khi có thể có hiện tượng nhiễu tăng cường sau khi sử dụng hạt từ tính ferrite.
Ở dải tần số cao, trở kháng bao gồm các thành phần điện trở. Khi tần số tăng, độ thẩm thấu của lõi từ giảm dẫn đến độ tự cảm của cuộn cảm giảm và thành phần điện kháng cảm ứng cũng giảm.
Tuy nhiên, lúc này độ suy hao của lõi từ tăng lên, thành phần điện trở tăng lên dẫn đến tổng trở kháng tăng lên và khi tín hiệu tần số cao đi qua ferrite, nhiễu điện từ sẽ được hấp thụ và chuyển thành dạng của sự tản nhiệt.
Các thành phần triệt tiêu Ferrite được sử dụng rộng rãi trong các bảng mạch in, đường dây điện và đường dữ liệu. Ví dụ, một bộ phận triệt tiêu ferit được thêm vào đầu vào của dây nguồn của bảng in để lọc nhiễu tần số cao.
Vòng từ tính hoặc hạt từ tính Ferrite được sử dụng đặc biệt để triệt tiêu nhiễu tần số cao và nhiễu cực đại trên đường tín hiệu và đường dây điện, đồng thời nó cũng có khả năng hấp thụ nhiễu xung phóng tĩnh điện. Việc sử dụng hạt từ tính chip hoặc cuộn cảm chip chủ yếu phụ thuộc vào ứng dụng thực tế.
Cuộn cảm chip được sử dụng trong các mạch cộng hưởng. Khi cần loại bỏ tiếng ồn EMI không cần thiết, việc sử dụng hạt từ tính chip là lựa chọn tốt nhất.
Ứng dụng của hạt từ tính chip và cuộn cảm chip
Cuộn cảm chip:Tần số vô tuyến (RF) và thông tin liên lạc không dây, thiết bị công nghệ thông tin, máy dò radar, thiết bị điện tử ô tô, điện thoại di động, máy nhắn tin, thiết bị âm thanh, trợ lý kỹ thuật số cá nhân (PDA), hệ thống điều khiển từ xa không dây và mô-đun cung cấp điện áp thấp.
Hạt từ tính chip:Mạch tạo đồng hồ, lọc giữa mạch analog và kỹ thuật số, đầu nối bên trong đầu vào/đầu ra I/O (như cổng nối tiếp, cổng song song, bàn phím, chuột, viễn thông đường dài, mạng cục bộ), mạch RF và thiết bị logic dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, lọc tần số cao gây nhiễu trong các mạch cấp nguồn, máy tính, máy in, đầu ghi video (VCRS), khử nhiễu EMI trong hệ thống tivi và điện thoại di động.
Đơn vị của hạt từ là ohm, vì đơn vị của hạt từ là danh nghĩa phù hợp với trở kháng mà nó tạo ra ở một tần số nhất định và đơn vị của trở kháng cũng là ohm.
BẢNG DỮ LIỆU hạt từ tính nói chung sẽ cung cấp các đặc tính tần số và trở kháng của đường cong, thường là 100 MHz làm tiêu chuẩn, ví dụ: khi tần số 100 MHz khi trở kháng của hạt từ tương đương với 1000 ohms.
Đối với dải tần muốn lọc thì chúng ta cần chọn trở kháng của hạt từ càng lớn thì càng tốt, thường chọn trở kháng 600 ohm trở lên.
Ngoài ra, khi lựa chọn hạt từ tính, cần chú ý đến dòng hạt từ tính, thường cần giảm 80% và cần xem xét ảnh hưởng của trở kháng DC đến sụt áp khi sử dụng trong mạch điện.
Thời gian đăng: 24-07-2023
