Cách Sử Dụng Hạt Ferrite, Chip, Lõi và Tấm

Nhắc đến từ ferrite xung quanh một số nhà thiết kế mạch, và trong tâm trí họ có lẽ sẽ nghĩ ngay đến “hạt ferrite”. Những linh kiện này thường được đưa vào thiết kế với một mục đích đơn giản: chặn mọi thứ trừ dòng điện một chiều (DC). Một cách rất đơn giản, hạt ferrite, bất kể hình dạng của chúng, được dự định là một mạch thông thấp đơn giản. Nhưng còn các loại ferrite khác thì sao? Chức năng điện của chúng so với một hạt ferrite đơn giản như thế nào?

Có một số loại ferrite để xem xét sử dụng trong thiết kế của bạn. Mặc dù tất cả chúng đều tuân theo cùng một quy luật vật lý, nhưng chúng có thể cung cấp các chức năng khác nhau trong thiết kế của bạn tùy thuộc vào hình dạng và vị trí đặt chúng. Cụ thể, có một số vấn đề mà một loại ferrite thay thế có thể giải quyết mà không thể tiếp cận được với hạt ferrite.

Các Loại Ferrite, Ứng Dụng Khác Nhau

Bắt đầu tìm hiểu trên một số trang web của nhà sản xuất linh kiện, và bạn sẽ thấy một số thuật ngữ không nhất quán xung quanh hạt ferrite. Một số công ty sẽ sử dụng tên chính xác của sản phẩm khi mô tả về ferrite, trong khi các hướng dẫn sản phẩm khác chỉ đơn giản gọi mọi thứ là hạt ferrite. Sau đó, có các tấm ferrite, không phải nhà sản xuất hạt ferrite nào cũng cung cấp. Một số hướng dẫn về EMI cũng sẽ đề cập đến "hạt ferrite" chung chung khi nói về linh kiện nào là giải pháp kỳ diệu cho EMI của bạn, và thường không nói rõ cách hoặc nơi đặt linh kiện.

Mục đích của việc sử dụng ferrite là để tận dụng độ nhạy từ cao của các vật liệu ferimagnetic để giảm tiếng ồn và bức xạ. Những vật liệu này có giá trị μ cao trong phương trình cảm ứng tiêu chuẩn. Khi được sử dụng như cuộn cảm, giá trị μ cao chính là thứ cho bạn một cảm ứng lớn trong một gói nhỏ về mặt vật lý. Để xuyên qua mọi sự nhầm lẫn, hãy cùng xem xét từng lựa chọn ferrite này để xem cái nào là lựa chọn tốt nhất cho hệ thống của bạn.

Lõi Ferrite

Đây là cách tham chiếu phổ biến nhất đến hạt ferrite mà bạn sẽ tìm thấy trên các diễn đàn, trong các hướng dẫn và nơi khác. Chúng ta thường làm không tốt trong việc phân biệt điều này với cuộn cảm, hạt ferrite gắn trên bo mạch, và cuộn cảm chế độ chung vì lý do chúng ta sẽ thấy ngay sau đây. Một số nhà sản xuất ferrite sẽ gọi đây là cuộn cảm ferrite hoặc kẹp ferrite thay vì lõi ferrite, và điều này trở nên gây nhầm lẫn bởi vì một số nhà sản xuất sẽ sử dụng các thuật ngữ này một cách có thể thay thế cho nhau cho một cái gì đó khác (hoặc là cuộn cảm chế độ chung hoặc cuộn cảm chế độ khác biệt, hoặc hạt ferrite dạng chip). Hãy lưu ý điều này khi xem xét việc sử dụng ferrite dạng vòng để kẹp dây nguồn, và khi xem xét các sản phẩm trên trang web của nhà sản xuất.

Dù thuật ngữ nào được sử dụng để chỉ thành phần này, nó được dự định để đặt trên dây nguồn đi vào hệ thống với ý định là giảm tiếng ồn chế độ chung được dẫn truyền từ lưới điện. Bạn đôi khi sẽ thấy điều này như một lõi dạng vòng bao quanh dây ra từ phích cắm điện DC của bạn. Nếu bạn đang đọc điều này trên laptop, có lẽ có một lõi ferrite trên dây nguồn.

Hạt Ferrite dạng Chip

Các linh kiện này cơ bản được thiết kế để làm cuộn cảm với lõi ferrite trong một gói SMD nhỏ với kích thước đất tiêu chuẩn. Chúng cũng thường được gọi là “hạt ferrite chip”, vì vậy có một sự phân biệt quan trọng với lõi ferrite tiêu chuẩn được tìm thấy trên dây nguồn. Mục đích của các linh kiện này là cung cấp độ tự cảm cao trong một gói nhỏ về mặt vật lý, nhỏ hơn nhiều so với những gì bạn sẽ thấy đối với cuộn cảm lõi không khí tiêu chuẩn.

Hạt ferrite dạng chip cũng có thể được đóng gói như các thành phần chip mỏng thấp để cung cấp bộ lọc nhiễu chế độ chung hoặc chế độ khác biệt. Tần số cắt của các linh kiện này có thể đạt hàng trăm MHz. Điều quan trọng cần lưu ý là các giá trị trở kháng sẽ khác nhau đối với nhiễu chế độ khác biệt so với nhiễu chế độ chung. Ví dụ, hãy xem đường cong trở kháng cho một hạt ferrite dạng chip dưới đây. Trở kháng chế độ chung thể hiện hành vi điển hình của một cuộn cảm đơn cuối, nhưng thành phần chế độ khác biệt vẫn có trở kháng cao, hạn chế việc sử dụng loại linh kiện này như một bộ lọc chế độ khác biệt trừ khi bạn lo lắng về việc lọc đến tần số ~GHz.

Đĩa Ferrite

Những linh kiện này thực chất là các tấm hoặc đĩa làm từ vật liệu ferrimagnetic, và chúng được đặt trong một vỏ bọc gần linh kiện gây nhiễu. Một ứng dụng phổ biến là trong điện tử công suất để chống lại tiếng ồn chuyển mạch mà không cần thêm mạch lọc vào bố trí. Những vật liệu này có thể cung cấp sự che chắn chống lại tiếng ồn ghép từ do nguồn dI/dt cao tạo ra, như bạn sẽ gặp trong một điều chỉnh công suất chuyển mạch dòng cao. Chúng cũng cung cấp sự ức chế EMI bức xạ, hoạt động như một vật liệu che chắn tiêu chuẩn. Tuy nhiên, hãy chắc chắn kiểm tra giá trị của μ so với tần số đối với những vật liệu này để xác định hiệu quả che chắn.

Cuộn Cảm Chế Độ Chung

Thường được gọi là một cặp cuộn cảm ghép, những linh kiện này bao gồm một lõi ferrite hình trụ với dây quấn để cung cấp lọc tiếng ồn chế độ chung, mặc dù đảo ngược việc quấn dây trên một trong những linh kiện này sẽ cung cấp lọc chế độ sai biệt. Những linh kiện này có thể được sử dụng với các linh kiện phản ứng khác để cung cấp lọc chế độ hỗn hợp ở bậc 2 và cao hơn. Một mạch điển hình cung cấp lọc tiếng ồn chế độ chung và chế độ sai biệt với độ giảm 12 dB/octave được hiển thị dưới đây.

Tóm Tắt

Mục đích sử dụng hạt ferrite đôi khi được truyền đạt không rõ ràng, mặc dù mọi người đều đồng ý rằng mục đích chính là để giảm thiểu EMI. Trên thực tế, hạt ferrite không phải là giải pháp cho mọi vấn đề EMI, và trong một số trường hợp, việc đặt chúng vào mạch có thể tạo ra một vấn đề EMI mới do hành vi bandstop của hạt ferrite thực tế. Việc giảm thiểu EMI phức tạp hơn nhiều so với chỉ việc đặt một hạt ferrite trên dây nguồn hoặc trên đường dẫn nguồn của một IC, như Kella Knack mô tả trong một bài viết gần đây. Thông thường, bạn sẽ cần nhiều hơn một giải pháp nhắm vào các dải tần số khác nhau, nhưng chỉ sau khi bạn đã tuân theo một số phương pháp bố trí tốt nhất cho EMI thấp.

Nếu bạn phát hiện ra rằng mình cần phải đặt một hạt ferrite, lõi, tấm, hoặc SMD ferrite trên PCB của mình, hãy sử dụng công cụ CAD trong Altium Designer® để đặt và định tuyến các linh kiện trên bố cục PCB của bạn. Khi bạn cần so sánh hiệu quả của hệ thống với và không có ferrite trên bảng mạch, bạn có thể sử dụng tiện ích mở rộng EDB Exporter để nhập thiết kế vào các bộ giải Ansys field solvers và thực hiện một loạt các mô phỏng SI/PI. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365™ giúp việc hợp tác và chia sẻ dự án của bạn trở nên dễ dàng.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.