Come funzionano le perle di ferrite e come si sceglie quella giusta?

Che cos'è una perla di ferrite e come funzionano le perle di ferrite?

Le perle di ferrite sono componenti elettronici passivi che possono sopprimere i segnali ad alta frequenza su una linea di alimentazione. Normalmente sono posizionati attorno a una coppia di linea di alimentazione / terra che arriva a un particolare dispositivo, ad esempio il cavo di alimentazione del laptop. Queste perle funzionano secondo la legge di Faraday; il nucleo magnetico attorno a un conduttore induce un EMF posteriore in presenza di un segnale ad alta frequenza, attenuando essenzialmente la risposta in frequenza della ferrite.

Le ferriti sono materiali magnetici e il posizionamento di questo materiale in un morsetto di ferrite attorno all'alimentazione / linea di terra consente di fornire una sorgente di impedenza induttiva per i segnali che passano attraverso la linea. Ciò potrebbe indurti a pensare a loro come a un induttore standard, ma sono più complessi di così. In realtà, una perla di ferrite è un componente non lineare; l'impedenza che fornisce i cambiamenti era la corrente di carico e la caduta di tensione attraverso il cambio di ferrite. Il modello di circuito semplificato di una perla di ferrite ti aiuterà a capire le sue caratteristiche di frequenza. Tuttavia, questi attributi possono cambiare in funzione della corrente e della temperatura.

A cosa servono le perle di ferrite?

Poiché l'impedenza del tallone di ferrite è induttiva, le sfere di ferrite vengono utilizzate per attenuare i segnali ad alta frequenza nei componenti elettronici. Poiché uno starter di ferrite può essere posizionato sulla linea di alimentazione che si collega a un dispositivo elettronico, può rimuovere qualsiasi rumore spurio ad alta frequenza presente su una connessione di alimentazione o che viene emesso da un alimentatore CC. Questo uso del morsetto di ferrite è uno dei molti modi per sopprimere il rumore dell'alimentazione, come quello di un alimentatore a commutazione. Questa applicazione di microsfere di ferrite come filtro in ferrite fornisce la soppressione e l'eliminazione dell'IME condotto.

Tra i vari talloni di ferrite usati come filtro, un cordone di filtro EMI / un tallone di filtro di alimentazione è generalmente valutato per una certa corrente CC. Correnti superiori al valore specificato possono danneggiare il componente. La cosa problematica è che questo limite è drasticamente influenzato dal calore. All'aumentare della temperatura, la corrente nominale diminuisce rapidamente. La corrente nominale influisce anche sull'impedenza della ferrite. All'aumentare della corrente continua, una perlina di ferrite "si saturerà" e perderà l'induttanza. A correnti relativamente elevate, la saturazione può ridurre l'impedenza del tallone di ferrite fino al 90%.

Perlina di ferrite contro induttore

Sebbene un tallone di ferrite possa essere modellato come un induttore, non si comporta come un induttore tipico. Se ti stai chiedendo come misurare il comportamento di un tallone di ferrite rispetto al comportamento dell'induttore, invierai un segnale analogico attraverso il tallone e spazza la frequenza su diversi ordini di grandezza. Se si crea un diagramma di Bode per le misurazioni con sweep di frequenza per un tallone di ferrite, si scoprirà che il tallone di ferrite fornisce un roll-off più ripido a frequenze più elevate rispetto a un induttore con un comportamento a bassa frequenza simile.

Un tallone di ferrite può essere modellato come condensatori e induttori e un resistore in parallelo, con questa rete RLC cablata con un resistore serie. Il resistore serie quantifica il dispositivo

resistenza alle correnti DC. L'induttore in questo modello rappresenta una funzione primaria delle sfere di ferrite di attenuare i segnali ad alta frequenza, ovvero fornire impedenza induttiva attraverso la Legge di Faraday. Il resistore parallelo in questo modello tiene conto delle perdite nelle correnti parassite indotte all'interno del tallone di ferrite ad alte frequenze. Infine, il condensatore in questo modello tiene conto della capacità parassita naturale del componente.

Quando si osserva una curva di impedenza del tallone di ferrite, si può vedere che l'impedenza, che è principalmente resistiva, è estremamente elevata solo in una banda sottile. L'induttanza del tallone domina all'interno di questa banda sottile. A frequenze più alte, l'impedenza del tallone di ferrite inizia a comparire capacitiva e l'impedenza diminuisce rapidamente. Alla fine, mentre la frequenza continua ad aumentare, l'impedenza capacitiva scenderà a un valore molto piccolo e l'impedenza del tallone di ferrite appare puramente resistiva.

Guida alla selezione delle perle di ferrite

Ora che hai sotto controllo la teoria della ferrite, è tempo di sceglierne una per il tuo dispositivo. Questo non è molto difficile e se vuoi sapere come selezionare una perla di ferrite per un design, devi solo prestare attenzione alle specifiche di una perla. Ti starai chiedendo, sono necessarie perle di ferrite per il mio design? Come molte decisioni ingegneristiche, la risposta non è così semplice. Se

sai che la tua scheda sperimenterà EMI condotte all'interno di un intervallo di frequenza specifico e devi attenuare queste frequenze, quindi una perlina di ferrite potrebbe essere la scelta giusta per il tuo design.

Sulla base del comportamento induttivo delle perle di ferrite, è naturale concludere che le perle di ferrite "attenuano le alte frequenze" senza ulteriori considerazioni. Tuttavia, i granuli di ferrite non agiscono come un filtro passa-basso a banda larga in quanto possono solo aiutare ad attenuare un intervallo specifico di frequenze. Devi scegliere una perlina di ferrite e soffocare dove le tue frequenze indesiderate sono nella sua banda resistiva. Se scendi un po 'troppo in basso o un po' troppo in alto, il tallone non avrà l'effetto desiderato.

Prima di selezionare un tallone di ferrite specifico per la progettazione, è necessario verificare se il produttore può fornire curve di impedenza e corrente di carico per il tallone di ferrite. Di gran lunga, questo è lo strumento migliore che puoi usare se non sei sicuro di come selezionare un tallone di ferrite. Se le tue correnti di carico sono molto elevate, dovrai selezionare un tallone di ferrite in grado di resistere senza saturare e perdere la loro impedenza all'interno della gamma di frequenza desiderata.

Precauzioni

Le perle di ferrite e gli strozzatori di ferrite sono essenzialmente carichi resistivi alle alte frequenze, il che significa che possono causare alcuni problemi nel circuito. Quando si posiziona un tallone, è necessario pensare alla caduta di tensione e alla dissipazione del calore.

Ai tempi dei circuiti a più alta tensione, la caduta di tensione non era un grosso problema. Ora abbiamo molti circuiti a bassa potenza che possono usare tensioni inferiori a 2 V. A quei livelli, non puoi permetterti di perdere molto. Le perle di ferrite causano necessariamente una caduta di tensione CC nel circuito. Potrebbe non sembrare molto, ma se i tuoi circuiti integrati (CI) hanno un breve stato di assorbimento ad alta corrente, la perdita potrebbe diventare significativa. Posiziona le perle di ferrite dove non causeranno problemi di caduta di tensione.

Poiché i materiali in ferrite sono resistivi alle alte frequenze, dissipano principalmente l'energia assorbita come calore. Questo calore non è necessariamente un problema per il tuo PCB quando viene utilizzato uno starter in ferrite su una linea di alimentazione, ma può diventare uno quando viene utilizzato per dissipare le alte frequenze ad alta corrente. Se il tuo sistema è particolarmente rumoroso e il tallone assorbirà molte alte frequenze, questo calore potrebbe diventare più un problema. Assicurati di tenere conto della dissipazione del calore del tallone.

Le perle di ferrite possono essere piuttosto utili, ma solo se capisci esattamente come funzionano. Ricorda che attenuano i segnali in una banda abbastanza piccola e la loro efficacia dipende dalla temperatura e dalla corrente di carico. Per utilizzare al meglio una perla di ferrite, è necessario assicurarsi che soddisfi le specifiche esatte. Quindi, quando si posiziona il tallone, assicurarsi di tenere conto della caduta di tensione e del calore.

Per ulteriori informazioni, vi preghiamo di contattarci a sales@xfullstar.com