Jak używać koralików, chipów, rdzeni i płyt ferrytowych

Wspomnij słowo ferryt wśród niektórych projektantów obwodów, a myśl prawdopodobnie skoczy do "koralika ferrytowego". Te komponenty zazwyczaj są dodawane do projektu z prostym zamiarem: zablokować wszystko, oprócz prądu stałego. Bardzo prosto mówiąc, koraliki ferrytowe, niezależnie od ich formy, mają być prostym obwodem dolnoprzepustowym. Ale co z innymi typami ferrytów? Jak ich funkcjonalność elektryczna porównuje się do prostej koraliki ferrytowej?

Istnieje kilka typów ferrytów, które warto rozważyć w swoim projekcie. Chociaż wszystkie podlegają tym samym prawom fizyki, mogą zapewniać różne funkcje w projekcie, w zależności od ich formy i umiejscowienia. W szczególności istnieją pewne problemy, które alternatywny ferryt może rozwiązać, a których nie można podejść z koralikiem ferrytowym.

Różne ferryty, różne zastosowania

Zacznij przeglądać strony internetowe producentów komponentów, a znajdziesz mieszane terminologie dotyczące koralików ferrytowych. Niektóre firmy będą używać poprawnej nazwy produktu przy opisywaniu ferrytów, podczas gdy inne przewodniki produktów będą nazywać wszystko koralikiem ferrytowym. Są też płytki ferrytowe, które nie są dostarczane przez każdego producenta koralików ferrytowych. Niektóre wytyczne dotyczące EMI również będą odnosić się do ogólnego „koralika ferrytowego”, wskazując, który komponent jest magicznym rozwiązaniem na EMI, zazwyczaj bez podawania, jak lub gdzie umieścić komponent.

Celem użycia ferrytu jest wykorzystanie wysokiej podatności magnetycznej materiałów ferromagnetycznych do tłumienia szumów i promieniowania. Te materiały mają wysoką wartość μ w standardowym równaniu indukcyjności. Gdy są używane jako induktory, wysoka wartość μ daje dużą indukcyjność dla fizycznie małego opakowania. Aby przebić się przez całe zamieszanie, przyjrzyjmy się każdej z tych opcji ferrytowych, aby zobaczyć, która jest najlepsza dla twojego systemu.

Rdzeń ferrytowy

To jest najczęstsze odniesienie do koralika ferrytowego, które znajdziesz na forach, w poradnikach i gdzie indziej. Często źle różnicujemy to od cewki, montowanego na płytce koralika ferrytowego i dławika trybu wspólnego z powodów, które za chwilę zobaczymy. Niektórzy producenci ferrytów będą nazywać to dławikiem ferrytowym lub zaciskiem ferrytowym zamiast rdzenia ferrytowego, co staje się mylące, ponieważ niektórzy producenci używają tych terminów zamiennie dla czegoś innego (dławiki trybu wspólnego lub różnicowego, lub koraliki ferrytowe). Bądź świadomy tego, rozważając użycie toroidalnych ferrytów do zaciskania przewodów zasilających oraz przeglądając produkty na stronie producenta.

Niezależnie od użytego terminu do opisania tego komponentu, ma on być umieszczony na przewodzie zasilającym wchodzącym do systemu z ideą tłumienia przewodzonego szumu trybu wspólnego pochodzącego z sieci. Czasami zobaczysz to jako rdzeń toroidalny owinięty wokół przewodu wyjściowego z twojej wtyczki zasilania DC. Jeśli czytasz to na swoim laptopie, prawdopodobnie na przewodzie zasilającym jest rdzeń ferrytowy.

Koraliki Ferrytowe

Te komponenty są zasadniczo przeznaczone do bycia dławikami z rdzeniem ferrytowym w małej obudowie SMD ze standardowym wzorem lądowania. Często nazywa się je również "koralikami ferrytowymi w obudowie chip", co stanowi ważne rozróżnienie względem standardowego rdzenia ferrytowego znajdującego się na przewodzie zasilającym. Celem tych komponentów jest zapewnienie wysokiej indukcyjności w fizycznie małej obudowie, znacznie mniejszej niż można by oczekiwać w przypadku typowej cewki dławika z rdzeniem powietrznym.

Koraliki ferrytowe mogą być również pakowane jako komponenty chip o niskim profilu, które zapewniają filtrację szumów wspólnych lub różnicowych. Częstotliwości odcięcia dla tych komponentów mogą osiągać setki MHz. Ważne jest, aby zauważyć, że wartości impedancji będą różne dla szumów różnicowych w porównaniu do szumów wspólnych. Na przykład, spójrz na krzywą impedancji dla koralika ferrytowego poniżej. Impedancja w trybie wspólnym pokazuje typowe zachowanie jednostronnego dławika, ale komponent w trybie różnicowym nadal ma wysoką impedancję, ograniczając użycie tego typu komponentu jako filtru w trybie różnicowym, chyba że martwisz się o filtrowanie do częstotliwości ~GHz.

Płytki ferrytowe

Te komponenty to dosłownie płytki lub dyski z materiału ferromagnetycznego, które są umieszczane w obudowie w pobliżu komponentu powodującego zakłócenia. Typowym zastosowaniem jest elektronika mocy w celu przeciwdziałania szumom przełączania bez dodawania układu filtrującego do układu. Te materiały mogą zapewniać ochronę przed szumami indukcyjnymi pochodzącymi z źródła o wysokim dI/dt, takiego jak w przypadku wysokoprądowego regulatora mocy przełączającej. Zapewniają również tłumienie promieniowanego EMI, działając jako standardowy materiał ekranujący. Jednakże, upewnij się, że sprawdziłeś wartość μ w zależności od częstotliwości dla tych materiałów, aby określić skuteczność ekranowania.

Dławiki trybu wspólnego

Najczęściej określane jako para sprzężonych induktorów, te komponenty zawierają cylindryczne rdzenie ferrytowe z nawiniętym drutem, aby zapewnić filtrację szumów trybu wspólnego, chociaż odwrócenie nawinięcia na jednym z tych komponentów zapewni filtrację trybu różnicowego. Te komponenty mogą być używane z innymi komponentami reaktywnymi do zapewnienia filtracji mieszanej trybu na 2. rzędzie i wyższym. Typowy układ zapewniający filtrację szumów trybu wspólnego i różnicowego z nachyleniem 12 dB/oktawę jest pokazany poniżej.

Podsumowanie

Często nie do końca jasno komunikuje się, po co używa się koralików ferrytowych, chociaż ogólnie zgadza się, że chodzi o tłumienie EMI. W rzeczywistości koraliki ferrytowe nie są panaceum na każdy problem z EMI i w niektórych przypadkach ich umieszczenie w obwodzie może stworzyć nowy problem z EMI ze względu na zachowanie pasmowo-zaporowe rzeczywistych koralików ferrytowych. Tłumienie EMI jest bardziej skomplikowane niż tylko umieszczenie koralika ferrytowego na przewodzie zasilającym lub na przewodzie zasilającym układu scalonego, jak opisuje Kella Knack w niedawnym artykule. Zazwyczaj potrzebujesz więcej niż jednego rozwiązania, które celuje w różne zakresy częstotliwości, ale tylko po tym, jak zastosowałeś się do najlepszych praktyk układania obwodów dla niskiego EMI.

Jeśli stwierdzisz, że musisz umieścić na swojej płytce PCB koralik ferrytowy, rdzeń, płytę lub ferryt SMD, użyj narzędzi CAD w Altium Designer® do umieszczania i trasowania komponentów w układzie PCB. Gdy potrzebujesz porównać skuteczność swojego systemu z ferrytami i bez nich na płycie, możesz użyć rozszerzenia EDB Exporter do importowania projektu do solverów polowych Ansys i przeprowadzenia szeregu symulacji SI/PI. Kiedy zakończysz projektowanie i będziesz chciał przekazać pliki swojemu producentowi, platforma Altium 365™ ułatwia współpracę i udostępnianie projektów.

Dopiero zaczynamy odkrywać możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.