Aplicaciones de los dispositivos de supresión de ferrita: Los dispositivos de supresión de ferrita son ampliamente utilizados en PCB, líneas eléctricas y líneas de datos.
Aplicaciones de los dispositivos de supresión de ferrita en PCB:
El método principal de diseño de EMI es la supresión de fuente, que consiste en suprimir EMI en la fuente en la PCB. La idea es confinar el ruido a un área pequeña y evitar acoplar el ruido de alta frecuencia a otros circuitos que pueden generar emisiones más fuertes al conectar cables.
La fuente de EMI en una PCB proviene de los circuitos digitales. Su corriente de alta frecuencia crea una caída de voltaje de modo común entre la línea eléctrica y la tierra, causando perturbaciones de modo común. El desacoplamiento de condensadores en líneas de alimentación o señal puede cortocircuitar el ruido de alta frecuencia de los interruptores IC, pero los condensadores de desacoplamiento a menudo causan resonancias de alta frecuencia y crean nuevas perturbaciones. La adición de un cordón de supresión de ferrita a la entrada de alimentación de la placa atenúa eficazmente el ruido de alta frecuencia.
Aplicaciones de los dispositivos de supresión de ferrita en líneas eléctricas:
El cable de alimentación transmitirá la perturbación de la red eléctrica externa y el ruido de la fuente de alimentación conmutada a la placa base. Los dispositivos de supresión de ferrita están instalados en el puerto de salida de la fuente de alimentación y la entrada de la línea de alimentación de PCB, que no solo pueden suprimir la transmisión de perturbaciones de alta frecuencia entre la fuente de alimentación y la PCB, sino también suprimir la perturbación mutua del ruido de alta frecuencia entre la PCB.
Es importante tener en cuenta que cuando se aplican dispositivos de ferrita a las líneas eléctricas, a veces hay corrientes de polarización. La impedancia y la pérdida de inserción de la ferrita disminuyen a medida que aumenta la corriente de polarización. Cuando la corriente de polarización aumenta a un cierto valor, el dispositivo de supresión de ferrita se satura. En el diseño de EMC, es necesario considerar el problema de la pérdida de inserción reducida en la saturación. Cuanto menor sea la permeabilidad de la ferrita, menos se verá afectada la pérdida de inserción por la corriente de polarización y menos saturada estará. Por lo tanto, es necesario seleccionar materiales con baja permeabilidad y componentes con una gran área de sección transversal para los dispositivos de supresión de ferrita utilizados en líneas eléctricas.
Cuando la corriente de polarización es grande, el cable de salida (cable vivo de CA, cable positivo de CC) y el cable de retorno (cable central de CA, cable de tierra de CC) de la fuente de alimentación se pueden enroscar en un núcleo / anillo al mismo tiempo. Esto evita la saturación y suprime el ruido de modo común.
Aplicación de dispositivos de supresión de ferrita en líneas de señal:
El área más utilizada para los componentes de supresión de ferrita es en las líneas de señal. Por ejemplo, en algunos productos, la señal EMI pasará a través del cable de host a pantalla al circuito del controlador host y luego se acoplará a la CPU, de modo que el circuito no funcionará correctamente. Al mismo tiempo, los datos o el ruido de la placa base también se pueden radiar a través de los cables de conexión. Las perlas de ferrita se pueden usar entre el circuito de transmisión y el circuito de visualización para suprimir el ruido de alta frecuencia. La señal de datos puede pasar a través de las perlas de ferrita casi sin pérdidas.
Los cables planos también se pueden tratar con dispositivos de supresión de ferrita específicos para suprimir el ruido antes de que se radie.
Selección de dispositivos de supresión de ferrita
Los dispositivos de supresión de ferrita están disponibles en una variedad de materiales, formas y tamaños.
Con el fin de seleccionar el componente de supresión correcto que será más eficaz para suprimir el ruido, el ingeniero de diseño necesita conocer la frecuencia y la intensidad de la señal EMI que se va a suprimir, el efecto de la supresión requerida, es decir, la pérdida de inserción, y la huella permitida, incluyendo el diámetro interno del núcleo, el diámetro exterior y las dimensiones de la longitud.
Se determina el tamaño del núcleo/anillo de ferrita: cuanto mayor sea la diferencia entre los diámetros interior y exterior del núcleo/anillo, mayor será la dirección axial y mayor será la impedancia. Pero el diámetro interior debe estar bien envuelto alrededor del alambre. Por lo tanto, para lograr una gran atenuación, se debe usar un anillo magnético grande tanto como sea posible.
Número de vueltas de un estrangulador de modo común: Aumentar el número de vueltas que pasan por el anillo puede aumentar la impedancia de las frecuencias bajas, pero la impedancia de las frecuencias altas disminuye debido al aumento de la capacitancia parásita, por lo que es un error común aumentar ciegamente el número de vueltas para aumentar la cantidad de atenuación. Cuando la banda de interferencia a suprimir es amplia, se pueden enrollar diferentes vueltas alrededor de los dos anillos magnéticos. Por ejemplo, un dispositivo puede tener dos puntos de frecuencia que superan la radiación estándar, uno a 40 MHz y el otro a 500 MHz. Si la prueba determina que se debe a la radiación de modo común del cable. Al colocar un marco magnético en el cable durante 1 vuelta, la interferencia de 500MHz se reduce significativamente y ya no supera el estándar. Sin embargo, todavía se supera la frecuencia de 40 MHz. Luego, use un anillo magnético para envolver el cable alrededor del anillo magnético durante más de 3 vueltas, y la interferencia de 40 MHz se reduce y ya no excede el estándar. Esto se debe al hecho de que al aumentar el número de anillos de ferrita en el cable aumenta la impedancia de la baja frecuencia, y la impedancia de la alta frecuencia disminuye a medida que aumenta el número de vueltas del devanado. La razón de este fenómeno es el aumento de la capacitancia parásita. Dado que el efecto del anillo de ferrita depende de la impedancia del bucle de modo común original, cuanto menor sea la impedancia del bucle original, más obvio será el efecto del anillo magnético. Por lo tanto, cuando se instalan filtros capacitivos en ambos extremos del cable original, la impedancia es muy baja y el efecto del anillo magnético será más obvio.
Nota: Las perlas de ferrita son dispositivos que consumen mucha energía. Consume energía de alta frecuencia en forma de calor. Esto solo puede explicarse por las características de resistencia y no por la inductancia.
Los diferentes materiales de supresión de ferrita tienen diferentes rangos de frecuencia de supresión óptimos, que están relacionados con la permeabilidad inicial. En general, cuanto mayor sea la permeabilidad inicial del material, menor será la frecuencia de supresión aplicable.
La siguiente tabla muestra la relación entre la permeabilidad inicial y la frecuencia óptima de supresión de los materiales magnéticos de ferrita de alta frecuencia de uso común, en el caso de corriente de polarización de CC o CA de baja frecuencia, es necesario considerar la disminución y saturación del rendimiento de supresión y tratar de elegir materiales con baja permeabilidad. Por otro lado, para materiales magnéticos que utilizan inductores de modo común aplicados en la entrada de CA de las líneas eléctricas, es necesario suprimir el ruido de interferencia de modo común de 10 MHz o menos, y es necesario seleccionar un parámetro de material magnético con una permeabilidad inicial más alta, y se recomienda el rango de 7000 a 10 K.
Permeabilidad inicial Rango de frecuencia de supresión óptimo/MHz
125 >200
850 30-200
2500 10-30
5000 <10
Después de seleccionar el material de ferrita, es necesario seleccionar la forma y el tamaño del elemento de supresión. La forma y el tamaño del elemento de supresión afectan el efecto de supresión sobre el ruido.
En general, cuanto mayor sea el volumen de ferrita, mejor será la inhibición. Cuando el volumen es constante, la impedancia de una forma larga y delgada es mayor que la de una forma corta y gruesa, y el efecto de supresión es mejor. Sin embargo, en el caso de la corriente de polarización de CC o CA, se debe tener en cuenta el problema de la saturación magnética. Cuanto mayor sea el área de la sección transversal (valor del parámetro Ae) del elemento de supresión de ferrita, menos saturado estará y mayor será la corriente de polarización que puede tolerar. Además, cuanto menor sea el diámetro interior de la ferrita, mejor será el efecto de inhibición.
En resumen, el principio de la selección del dispositivo de supresión de ferrita es seleccionar un dispositivo de supresión de ferrita que sea lo más largo, grueso posible y tenga un orificio interior lo más pequeño posible bajo la condición de que el espacio lo permita para su uso.
Permeabilidad inicial Rango de frecuencia de supresión óptimo/MHz
125 >200
850 30-200
2500 10-30
5000 <10
Después de seleccionar el material de ferrita, es necesario seleccionar la forma y el tamaño del elemento de supresión. La forma y el tamaño del elemento de supresión afectan el efecto de supresión sobre el ruido.
En general, cuanto mayor sea el volumen de ferrita, mejor será la inhibición. Cuando el volumen es constante, la impedancia de una forma larga y delgada es mayor que la de una forma corta y gruesa, y el efecto de supresión es mejor. Sin embargo, en el caso de la corriente de polarización de CC o CA, se debe tener en cuenta el problema de la saturación magnética. Cuanto mayor sea el área de la sección transversal (valor del parámetro Ae) del elemento de supresión de ferrita, menos saturado estará y mayor será la corriente de polarización que puede tolerar. Además, cuanto menor sea el diámetro interior de la ferrita, mejor será el efecto de inhibición.
En resumen, el principio de la selección del dispositivo de supresión de ferrita es seleccionar un dispositivo de supresión de ferrita que sea lo más largo, grueso posible y tenga un orificio interior lo más pequeño posible bajo la condición de que el espacio lo permita para su uso.
Montaje de materiales magnéticos de ferrita
En la mayoría de los casos, el mismo dispositivo de supresión de ferrita debe instalarse lo más cerca posible de la fuente de la molestia. Esto evita el acoplamiento del ruido a otros lugares donde el ruido puede ser más difícil de suprimir. Sin embargo, en circuitos de E/S, donde los alambres o cables entran o salen del blindaje, el dispositivo de ferrita debe instalarse lo más cerca posible de la entrada y salida del blindaje para evitar el acoplamiento de ruido en otro lugar antes de pasar a través del dispositivo de supresión de ferrita.
Nota: Si el dispositivo de material magnético de ferrita está desgastado en el cable, se recomienda sellarlo con un tubo termorretráctil.