Fórum ElektroLab.eu

Ako fungujú feritové odrušovacie prvky a ako si vybrať ten správny?

Ako fungujú feritové odrušovacie prvky a ako si vybrať ten správny?
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  808 zobrazení
2
 0
Rádioamatérov almanach

Niekedy by som si prial, aby som videl elektromagnetické vlny. Zjednodušilo by sa tým zistenie vplyvu EMI a jeho dôsleddkov na okolitú elektroniku. Namiesto toho, aby som sa musel obťažovať zložitými nastaveniami meracej techniky a analyzátormi signálov, mohol by som sa len pozrieť a zistiť, o čom všetkom ten rozruch je. Aj keď možno nebudeme môcť nikdy vidieť EMI, niekedy ho však môžeme "počuť", keď prejde cez audio obvody a objaví sa v podobe nežiadúceho brumu / šumu. Jedným z možných riešení ako odstrániť toto rušenie je použitie feritového odrušovacieho filtra.

Avšak feritové filtre (nazývané aj feritová tlmivka, feritová svorka, feritový golier, EMI alebo feritový kruhový filter) sú tak trochu záhadou. Rôzne typy filtrov, poskytujú rôzne reakcie na redukciu šumu. Napríklad feritové filtre s drôtenými vývodmi pracujú v širokom rozsahu frekvencií, ale ponúkajú menšiu odolnosť v aplikáciách jednosmerného prúdu. Aby ste ich mohli správne používať, musíte pochopiť ich elektromagnetické vlastnosti a ako sa menia počas ich používania. Potom, čo sa o nich dozviete všetky potrebné informácie o ich použí v teoretickej rovine, môžete si vybrať konkrétne prevedenie pre svoje zapojenie. Ak však zvolíte nevhodný typ, mohli by ste spôsobiť viac problémov, ako úžitku.

Prevedenie priebežného EMI filtra určeného na priame pripojenie na vodič. Nič ťažké - stačí ho iba zakliknúť.

Sadu takýchto filtrov si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Banggood)

Sadu takýchto filtrov si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)

Čo sú feritové filtre a ako fungujú?

Feritové EMI filtre sú pasívne elektronické komponenty, ktoré môžu potlačiť vysokofrekvenčné signály na napájacom vedení. Spravidla sú umiestnené okolo vodiča napájania a uzemnenia, ktorý prichádza do konkrétneho zariadenia, napríklad napájací kábel pre váš laptop, kde ho nájdete tesne za výstupom zo zdroja, alebo pri napájacej koncovke. Tieto filtre pracujú podľa Faradayovho zákona: magnetické jadro okolo vodiča indukuje spätné EMF(Electromagnetic fields - elektromagnetické polia) v prítomnosti vysokofrekvenčného signálu, ktorý v podstate tlmí frekvenčnú odozvu feritom. Štandardné feritové filtre je možné zakúpiť od rôznych výrobcov, hoci niektoré projekty môžu vyžadovať takéto filtre vyrobené presne na mieru.

Ferity sú magnetické materiály a umiestnenie tohto materiálu ako filtra do plastového držiaku v podobe svorky okolo vodiča napájania / uzemnenia umožňuje filtrovať zdroj induktívnej impedancie pre signály prechádzajúce cez vedenie. Feritový filter je v skutočnosti nelineárny prvok; impedancia, ktorú poskytuje, záleží od záťažového prúdu a poklesu napätia pri prechode feritom. Zjednodušený model obvodu feritového filtra vám pomôže pochopiť jeho frekvenčné charakteristiky nájdete nižšie. Nezabúdajte však, že tieto atribúty sa môžu meniť v závislosti od prúdu a teploty.

Ferit je feromagnetická keramická látka, ktorá je zlúčeninou oxidu železitého Fe2O3 (menej často Fe3O4) s oxidmi dvojmocných kovov, a ktorá má vhodné fyzikálne vlastnosti, najmä malé straty vírivými prúdmi. Je elektricky slabo alebo vôbec nie vodivá.

Na čo sa používajú feritové filtre?

Pretože impedancia feritových filtrov je induktívna, tak sa  feritové filtre používajú na tlmenie vysokofrekvenčných signálov v elektronických obvodoch. Ak je feritová filtračná tlmivka umiestnená na elektrickom vedení pripojenom k ​​elektronickému zariadeniu, odstraňuje akýkoľvek rušivý vysokofrekvenčný šum prítomný na napájacom vedení alebo vystupujúci zo zdroja jednosmerného prúdu. Toto použitie feritového filtra je jedným z mnohých postupov k potlačeniu šumu, ako napríklad zo zdroja napájania so spínaným režimom (napríklad spínané zdroje počítačov, zdroje napájania pre LED pásy). Táto aplikácia feritového filtra poskytuje pomerne dobrú supresiu a elimináciu EMI.

Medzi rôznymi použitiami feritových filtrov je obvykle filtračná časť filtra EMI  napájacieho zdroja obvykle dimenzovaná na určitý prah jednosmerného prúdu. Prúd vyšší ako špecifikovaná hodnota môže komponent poškodiť. Problémom je, že tento limit je drasticky ovplyvnený teplom. Pri zvyšovaní teploty menovitý prúd rýchlo klesá. Menovitý prúd tiež ovplyvňuje impedancia feritu. Keď sa jednosmerný prúd zvyšuje, feritový filter sa "nasýti" a stratí tak svoju indukčnosť. Pri relatívne vysokých prúdoch môže saturácia znížiť impedanciu feritových filtrov až o 90%.

Feritové filtre verzus indukčné prvky

 Ak uvažujete o tom, ako zmerať správanie sa  feritového filtra verzus jeho induktorové správanie, pošlite analógový signál cez filter a preveďte frekvenciu o niekoľko rádov. Ak potom vytvoríte bodový graf pre merania frekvencie prehnanej cez feritový filter, zistíte, že filter poskytuje strmší nábeh pri vyšších frekvenciách v porovnaní s induktorom s podobným nízkym frekvenčným správaním.

Jednoduchý, ale presný model feritového filtra pripojeného k zdroju striedavého prúdu.

Feritový filter sa dá načrtnúť ako spojenie kondenzátorov a indukčných komponentov a tiež ako rezistor paralelne s touto sieťou RLC zapojenou so sériovým odporom. Sériový odpor kvantifikuje odpor zariadenia voči jednosmerným prúdom. Indukčný prvol "L" v tomto modeli predstavuje feritový filter s primárnou funkciou tlmenia vysokofrekvenčných signálov, t. j. poskytovanie indukčnej impedancie prostredníctvom Faradayovho zákona. Paralelný odpor "R" v tomto modeli zodpovedá stratám vo vírivých prúdoch, ktoré sú indukované v feritovom filtry pri vysokých frekvenciách. Konečne kondenzátor "C" v tomto modeli zodpovedá za prirodzenú parazitickú kapacitu komponentu.

Pri pohľade na krivku impedancie feritového filtra je odporová impedancia extrémne vysoká iba v tenkom pásme. V tomto tenkom pásme dominuje indukčnosť filtra. Pri vyšších frekvenciách sa impedancia feritového filtra začína javiť ako kapacitná a impedancia sa rýchlo znižuje. Nakoniec, keď frekvencia neustále rastie, kapacitná impedancia klesne na veľmi malú hodnotu a impedancia sa javí čisto odporovo.