Come Utilizzare Perle, Chip, Nuclei e Piastre di Ferrite

Parlate di ferrite a certi progettisti di circuiti, e probabilmente la mente salta subito alla "perla di ferrite". Questi componenti sono solitamente inseriti in un progetto con un intento semplice: bloccare tutto tranne la corrente continua. Molto semplicemente, le perle di ferrite, a prescindere dal loro fattore di forma, sono destinate a essere un semplice circuito passa-basso. Ma che dire degli altri tipi di ferriti? Come si confronta la loro funzionalità elettrica con quella di una semplice perla di ferrite?

Ci sono diversi tipi di ferriti da considerare per l'uso nel vostro progetto. Sebbene tutti obbediscano alle stesse leggi della fisica, possono fornire funzioni diverse nel vostro progetto a seconda del loro fattore di forma e posizionamento. In particolare, ci sono alcuni problemi che una ferrite alternativa può risolvere e che non possono essere affrontati con una perla di ferrite.

Diverse Ferriti, Diverse Applicazioni

Iniziando a guardare alcuni siti web dei produttori di componenti, troverete una terminologia mista riguardo le perle di ferrite. Alcune aziende utilizzeranno il nome corretto di un prodotto quando descrivono le ferriti, mentre altre guide di prodotto chiameranno tutto semplicemente una perla di ferrite. Poi ci sono le piastre di ferrite, che non sono fornite da ogni produttore di perle di ferrite. Alcune linee guida EMI si riferiranno anche genericamente a "perla di ferrite" quando indicano quale componente è la vostra soluzione magica per l'EMI, e tipicamente senza specificare come o dove posizionare il componente.

L'obiettivo nell'usare una ferrite è sfruttare l'alta suscettibilità magnetica dei materiali ferrimagnetici per sopprimere il rumore e le radiazioni. Questi materiali hanno un alto valore di μ nell'equazione standard dell'induttanza. Quando utilizzati come induttori, l'alto valore di μ è ciò che vi dà una grande induttanza per un pacchetto fisicamente piccolo. Per superare tutta questa confusione, diamo un'occhiata a ciascuna di queste opzioni di ferrite per vedere quale è l'opzione migliore per il vostro sistema.

Nucleo di Ferrite

Questa è la denominazione più comune che troverai nei forum, nelle guide e altrove per riferirsi a una perla di ferrite. Spesso facciamo un cattivo lavoro nel differenziare questo da un induttore, una perla di ferrite montata su scheda e un filtro a modo comune per motivi che vedremo tra poco. Alcuni produttori di ferrite la chiameranno strozzatore di ferrite o morsetto di ferrite piuttosto che nucleo di ferrite, e diventa confuso perché alcuni produttori usano questi termini in modo intercambiabile per qualcos'altro (sia filtri a modo comune che a modo differenziale, o ferriti a chip). Fai attenzione a questo quando consideri l'uso di ferriti toroidali per bloccare i cavi di alimentazione, e quando guardi i prodotti sul sito web di un produttore.

Indipendentemente dal termine usato per riferirsi a questo componente, è inteso per essere posizionato su un cavo di alimentazione che entra nel sistema con l'idea di sopprimere il rumore condotto a modo comune proveniente dalla rete. A volte vedrai questo come un nucleo toroidale che avvolge il cavo di uscita dal tuo caricabatterie DC. Se stai leggendo questo sul tuo laptop, probabilmente c'è un nucleo di ferrite sul cavo di alimentazione.

Ferriti a Chip

Questi componenti sono fondamentalmente destinati ad essere induttori con un nucleo in ferrite in un piccolo pacchetto SMD con un pattern di contatto standardizzato. Sono anche spesso chiamati "perline di ferrite a chip", quindi c'è una distinzione importante con un nucleo di ferrite standard trovato su un cavo di alimentazione. Il punto di questi componenti è fornire un'alta induttanza in un pacchetto fisicamente piccolo, molto più piccolo di quello che si vedrebbe per una tipica bobina induttore a nucleo d'aria.

Le ferriti a chip possono anche essere confezionate come componenti a chip a basso profilo che forniscono filtraggio del rumore in modo comune o differenziale. Le frequenze di taglio per questi componenti possono raggiungere centinaia di MHz. È importante notare che i valori di impedenza saranno diversi per il rumore in modo differenziale rispetto al rumore in modo comune. Per esempio, guardate la curva di impedenza per una perla di ferrite a chip qui sotto. L'impedenza in modo comune mostra il comportamento tipico di un induttore a singolo terminale, ma il componente in modo differenziale ha ancora un'alta impedenza, limitando l'uso di questo tipo di componente come filtro in modo differenziale a meno che non si sia preoccupati di filtrare fino a frequenze di ~GHz.

Piastre di Ferrite

Questi componenti sono letteralmente piastre o dischi di un materiale ferrimagnetico, e sono collocati in un involucro vicino a un componente problematico. Un'applicazione comune si trova nell'elettronica di potenza per contrastare il rumore di commutazione senza aggiungere un circuito di filtro a un layout. Questi materiali possono fornire protezione contro il rumore induttivamente accoppiato originato da una fonte ad alto dI/dt, come si potrebbe ottenere in un regolatore di potenza a commutazione ad alta corrente. Forniscono anche la soppressione delle EMI irradiate, agendo come un materiale di schermatura standard. Tuttavia, assicurati di controllare il valore di μ rispetto alla frequenza per questi materiali per determinare l'efficacia della schermatura.

Induttori di Modo Comune

Spesso definiti come una coppia di induttori accoppiati, questi componenti includono un nucleo ferrite cilindrico con un filo avvolto per fornire la filtrazione del rumore di modo comune, sebbene invertire l'avvolgimento su uno di questi componenti fornirà la filtrazione in modo differenziale. Questi componenti possono essere utilizzati con altri componenti reattivi per fornire una filtrazione mista in modo al 2° ordine e superiore. Un circuito tipico che fornisce la filtrazione del rumore di modo comune e differenziale con una pendenza di 12 dB/ottava è mostrato di seguito.

Riassunto

L'uso delle perle di ferrite è talvolta comunicato in modo poco chiaro, sebbene sia generalmente accettato che lo scopo sia sopprimere l'EMI. In realtà, le perle di ferrite non sono una soluzione universale per ogni problema di EMI e, in alcuni casi, posizionarle in un circuito creerà un nuovo problema di EMI a causa del comportamento di bandstop delle perle di ferrite reali. Sopprimere l'EMI è più complesso che semplicemente posizionare una perla di ferrite su un cavo di alimentazione o sul conduttore di alimentazione di un IC, come descrive Kella Knack in un articolo recente. Tipicamente, avrai bisogno di più di una soluzione che miri a diverse gamme di frequenza, ma solo dopo aver seguito alcune delle migliori pratiche di layout per un basso EMI.

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