Wie funktionieren Ferritperlen und wie wählen Sie die richtige aus?

Was ist eine Ferritperle und wie funktionieren Ferritperlen?

Ferritperlen sind passive elektronische Komponenten, die Hochfrequenzsignale auf einer Stromversorgungsleitung unterdrücken können. Sie befinden sich normalerweise um ein Strom- / Erdungsleitungspaar, das an ein bestimmtes Gerät angeschlossen ist, z. B. das Netzkabel für Ihren Laptop. Diese Perlen arbeiten nach dem Faradayschen Gesetz; Der Magnetkern um einen Leiter induziert bei Vorhandensein eines Hochfrequenzsignals eine Gegen-EMK, wodurch der Ferritfrequenzgang wesentlich gedämpft wird.

Ferrite sind magnetische Materialien, und die Anordnung dieses Materials in einer Ferritklemme um die Stromversorgungs- / Masseleitung ermöglicht es, eine induktive Impedanzquelle für Signale bereitzustellen, die durch die Leitung laufen. Das könnte Sie dazu verleiten, sie als Standardinduktor zu betrachten, aber sie sind komplexer. In Wirklichkeit ist eine Ferritperle eine nichtlineare Komponente; Die Impedanz, die sie liefert, war der Laststrom und der Spannungsabfall über der Ferritänderung. Das vereinfachte Schaltungsmodell einer Ferritperle hilft Ihnen, die Frequenzcharakteristik zu verstehen. Diese Attribute können sich jedoch in Abhängigkeit von Strom und Temperatur ändern.

Wofür werden Ferritperlen verwendet?

Da die Ferritperlenimpedanz induktiv ist, werden Ferritperlen zur Dämpfung von Hochfrequenzsignalen in elektronischen Bauteilen verwendet. Da eine Ferritperlendrossel an der Stromleitung angebracht werden kann, die mit einem elektronischen Gerät verbunden ist, kann sie alle an einem Stromanschluss vorhandenen störenden Hochfrequenzstörungen beseitigen, die von einer Gleichstromversorgung ausgegeben werden. Diese Verwendung einer Ferritklemme ist eine von vielen Möglichkeiten, um das Rauschen der Stromversorgung zu unterdrücken, beispielsweise das eines Schaltnetzteils. Diese Ferritperlenanwendung als Ferritfilter sorgt für die Unterdrückung und Beseitigung von leitungsgebundener EMI.

Unter den verschiedenen Ferritperlen, die als Filter verwendet werden, ist eine EMI-Filterperle / Stromversorgungsfilterperle normalerweise für einen bestimmten Gleichstrom ausgelegt. Ströme über dem angegebenen Wert können das Bauteil beschädigen. Das Problem ist, dass diese Grenze durch Hitze drastisch beeinflusst wird. Mit steigender Temperatur nimmt der Nennstrom schnell ab. Der Nennstrom beeinflusst auch die Impedanz des Ferrits. Wenn der Gleichstrom ansteigt, "sättigt" sich eine Ferritperle und verliert die Induktivität. Bei relativ hohen Strömen kann die Sättigung die Ferritperlenimpedanz um bis zu 90% verringern.

Ferritperle gegen Induktor

Obwohl eine Ferritperle als Induktor modelliert werden kann, verhält sie sich nicht wie ein typischer Induktor. Wenn Sie sich fragen, wie Sie das Verhalten einer Ferritperle im Vergleich zur Induktivität messen können, senden Sie ein analoges Signal durch die Perle und tasten die Frequenz über mehrere Größenordnungen ab. Wenn Sie ein Bode-Diagramm für die frequenzgewobbelten Messungen für eine Ferritperle erstellen, werden Sie feststellen, dass die Ferritperle bei höheren Frequenzen eine steilere Absenkung bietet als ein Induktor mit ähnlichem Verhalten bei niedrigen Frequenzen.

Eine Ferritperle kann als Kondensatoren und Induktivitäten und ein Widerstand parallel zu diesem RLC-Netzwerk, das mit einem Vorwiderstand verdrahtet ist, modelliert werden. Der Vorwiderstand quantifiziert die Geräte

Beständigkeit gegen Gleichströme. Die Induktivität in diesem Modell repräsentiert eine Ferritperlen-Primärfunktion zur Dämpfung von Hochfrequenzsignalen, dh zur Bereitstellung einer induktiven Impedanz nach dem Faradayschen Gesetz. Der Parallelwiderstand in diesem Modell erklärt Verluste in Wirbelströmen, die bei hohen Frequenzen in der Ferritperle induziert werden. Schließlich berücksichtigt der Kondensator in diesem Modell die natürliche parasitäre Kapazität der Komponente.

Wenn Sie sich eine Ferritperlen-Impedanz-Kurve ansehen, können Sie feststellen, dass die Impedanz, die in erster Linie ohmsch ist, nur in einem dünnen Band extrem hoch ist. Innerhalb dieses dünnen Bandes dominiert die Induktivität der Perle. Bei höheren Frequenzen beginnt die Ferritperlenimpedanz kapazitiv zu erscheinen und die Impedanz nimmt schnell ab. Mit zunehmender Frequenz fällt die kapazitive Impedanz schließlich auf einen sehr kleinen Wert ab, und die Ferritperlenimpedanz scheint rein resistiv zu sein.

Auswahlhilfe für Ferritperlen

Jetzt, da Sie die Ferrittheorie im Griff haben, ist es Zeit, eine für Ihr Gerät zu wählen. Dies ist nicht sehr schwierig, und wenn Sie wissen möchten, wie eine Ferritperle für ein Design ausgewählt wird, müssen Sie nur die Spezifikationen einer Perle beachten. Sie fragen sich vielleicht, ob Ferritperlen für mein Design erforderlich sind? Wie bei vielen technischen Entscheidungen ist die Antwort nicht so einfach. Wenn

Sie wissen, dass auf Ihrem Board eine leitungsgebundene EMI innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs auftritt, und Sie müssen diese Frequenzen abschwächen. Dann ist eine Ferritperle möglicherweise die richtige Wahl für Ihr Design.

Aufgrund des induktiven Verhaltens von Ferritperlen ist es selbstverständlich, dass Ferritperlen hohe Frequenzen „dämpfen“, ohne dass dies weiter berücksichtigt wird. Ferritperlen wirken jedoch nicht wie ein Breitband-Tiefpassfilter, da sie nur zur Dämpfung eines bestimmten Frequenzbereichs beitragen können. Sie müssen eine Ferritperlenauswahl wählen und dort drosseln, wo sich Ihre unerwünschten Frequenzen in ihrem Widerstandsband befinden. Wenn Sie etwas zu tief oder zu hoch gehen, hat die Perle nicht den gewünschten Effekt.

Bevor Sie eine bestimmte Ferritperle für Ihr Design auswählen, sollten Sie prüfen, ob der Hersteller Ihnen die Impedanz- / Laststromkurven für die Ferritperle bereitstellen kann. Dies ist bei weitem das beste Werkzeug, das Sie verwenden können, wenn Sie sich nicht sicher sind, wie Sie eine Ferritperle auswählen sollen. Wenn Ihre Lastströme sehr hoch sind, müssen Sie eine Ferritperle auswählen, die diesen widersteht, ohne zu sättigen und ihre Impedanz im gewünschten Frequenzbereich zu verlieren.

Vorsichtshinweise

Ferritperlen und Ferritdrosseln sind im Wesentlichen ohmsche Lasten bei hohen Frequenzen, was bedeutet, dass sie einige Probleme in Ihrer Schaltung verursachen können. Wenn Sie eine Perle platzieren, müssen Sie über Spannungsabfall und Wärmeableitung nachdenken.

In den Tagen von Stromkreisen mit höherer Spannung war der Spannungsabfall keine große Sache. Jetzt haben wir viele Stromkreise mit geringem Stromverbrauch, die Spannungen um 2 V verwenden können. Bei diesen Pegeln können Sie es sich nicht leisten, viel zu verlieren. Ferritperlen verursachen zwangsläufig einen Gleichspannungsabfall in Ihrem Stromkreis. Es mag nicht viel erscheinen, aber wenn Ihre integrierten Schaltkreise (ICs) einen kurzen Hochstrom-Entnahmezustand aufweisen, kann der Verlust erheblich werden. Platzieren Sie Ihre Ferritperlen dort, wo sie keine Spannungsabfallprobleme verursachen.

Da Ferritmaterialien bei hohen Frequenzen resistiv sind, leiten sie die absorbierte Energie hauptsächlich als Wärme ab. Diese Wärme ist für Ihre Leiterplatte nicht unbedingt ein Problem, wenn eine Ferritdrossel in einer Stromversorgungsleitung verwendet wird. Sie kann jedoch auftreten, wenn hohe Frequenzen bei hohem Strom abgeleitet werden. Wenn Ihr System besonders laut ist und die Perle viele hohe Frequenzen absorbiert, kann diese Wärme ein größeres Problem darstellen. Achten Sie auf die Wärmeableitung der Perle.

Ferritperlen können sehr nützlich sein, aber nur, wenn Sie genau wissen, wie sie funktionieren. Denken Sie daran, dass sie Signale in einem relativ kleinen Band dämpfen und dass ihre Wirksamkeit von der Temperatur und dem Laststrom abhängt. Um eine Ferritperle optimal zu verwenden, sollten Sie sicherstellen, dass sie Ihren genauen Spezifikationen entspricht. Berücksichtigen Sie dann beim Platzieren der Perle unbedingt den Spannungsabfall und die Wärmeentwicklung.

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