I trasformatori e gli induttori elettrici utilizzano spesso nuclei di ferrite, che sono centri magnetici. Sono disponibili in varie dimensioni e forme e sono realizzati in materiali ceramici. Grazie alla loro elevata permeabilità magnetica, alla bassa conduttività e alla capacità di ridurre le perdite ad alta frequenza, i nuclei di ferrite sono utili per ridurre i livelli di rumore e le correnti di modo comune nelle apparecchiature elettriche.
In questo post analizzeremo come i nuclei di ferrite riescono a ridurre le EMI nei cavi.
Perché i nuclei di ferrite vengono utilizzati nei cavi per sopprimere le EMI?
I gadget elettronici utilizzano centri di ferrite per ridurre il rumore. Sono un metodo efficace per ridurre la corrente di modo comune e la radiazione incorporando una resistenza ad alta frequenza in un filo. Si trovano in genere nelle tastiere, nei mouse e nelle connessioni dei computer.
Quando un gadget è alimentato da un trasformatore esterno o da un'altra fonte, anche le linee di alimentazione utilizzano nuclei di ferrite.
Le radiazioni condotte e/o emesse dal cavo sono ridotte dall'anima, che funge da bobina di modo comune. Inoltre, contribuiscono a ridurre gli strappi dei fili ad alta frequenza. I nuclei di ferrite funzionano essenzialmente come resistenze ad alta frequenza con resistenza nulla in corrente continua o a bassa frequenza.
Svolgono un ruolo particolarmente importante nell'attenuare le trasmissioni di rumore indesiderato oltre i 10 MHz. Tuttavia, a causa della loro impedenza relativamente bassa a queste frequenze, non sono molto utili per le trasmissioni via cavo a bassa frequenza, ovvero quelle inferiori a 10 MHz. Per aumentare la resistenza dei nuclei di ferrite si possono utilizzare più spire, ma ciò riduce le prestazioni ad alta frequenza dei nuclei e aumenta la capacità di avvolgimento.
Specifiche e significato del nucleo in ferrite
A seconda della loro composizione e struttura, i centri di ferrite funzionano in modo diverso quando si tratta di filtrare le interferenze elettromagnetiche. Il motivo è che la permeabilità magnetica varia a seconda dei componenti, così come la resistenza.
Sono particolarmente importanti per attenuare le trasmissioni di rumore indesiderato al di sopra dei 10 MHz. Tuttavia, sono meno utili per le perdite dei cavi a bassa frequenza, al di sotto dei 10 MHz, poiché la loro impedenza è troppo bassa per funzionare a queste frequenze. Le spire multiple possono aumentare la resistenza dei nuclei di ferrite, ma in questo modo la capacità di interavvolgimento aumenta e le prestazioni ad alta frequenza dei nuclei ne risentono.
Caratteristiche e significato del nucleo in ferrite
A seconda dei materiali e delle forme utilizzate, i centri di ferrite funzionano in modo diverso in termini di riduzione delle interferenze elettromagnetiche. A causa del fatto che i vari materiali hanno diverse permeabilità magnetiche e quindi diverse impedenze.
L'utilizzo di materiali in ferrite influisce anche sulla relazione tra le componenti di reattanza e resistenza. Le caratteristiche dei centri di ferrite.
Pertanto, non ci sarà alcuna induttanza o resistenza in assenza di campo magnetico.
Un induttore viene creato collegando il filo al centro di ferrite per ridurre la corrente di modo comune. Di conseguenza, qualsiasi corrente farà sì che il nucleo generi un campo magnetico simile a quello di un induttore. Di conseguenza, si ottiene il vantaggio di aumentare la frequenza e l'impedenza.
L'induttanza di modo comune è un meccanismo che presenta un'elevata resistenza alle correnti di modo comune e una bassa impedenza alle correnti di modo differenziale. L'elevata resistenza dell'induttanza blocca l'emergere di correnti di modo comune. Grazie alle perdite minime dei nuclei di ferrite utilizzati, le correnti di modo comune vengono convertite in calore all'interno dei nuclei.
La corrente di modo comune nei cavi e nei gruppi di fili è la principale fonte di guasti. Questa corrente può anche ritornare attraverso un percorso diverso, come un piano di massa, un filo vicino o qualsiasi altro percorso imprevisto. In un circuito, le correnti di modo comune seguono il percorso di minor resistenza.
Conclusione
Per ridurre il rumore nei cavi, i centri di ferrite sono l'opzione ideale. I cavi di alimentazione ne beneficiano, il che li rende perfetti per una varietà di esigenze elettriche e contribuisce a migliorarne le prestazioni. Per prevenire i problemi di emissione elettromagnetica nei cavi, Cosmo Ferrites produce nuclei di ferrite di altissima qualità. Potete chiedere consiglio al nostro team se volete saperne di più sulla loro efficienza e sul loro utilizzo per la vostra applicazione.
Che cos'è una perlina di ferrite e come funziona?
Le sfere di ferrite sono componenti elettrici passivi in grado di sopprimere i segnali ad alta frequenza su una linea di alimentazione. Spesso vengono collocati attorno a una coppia di linee di alimentazione/massa in ingresso a un dispositivo specifico, come il cavo di alimentazione del computer portatile. Il nucleo magnetico che circonda il conduttore provoca una CEM di ritorno in presenza di un segnale ad alta frequenza, attenuando essenzialmente la risposta in frequenza della ferrite, secondo la legge di Faraday. Le perle di ferrite standard sono disponibili presso produttori specializzati come Coilcraft, ma per alcuni compiti possono essere necessarie perle personalizzate.
Le ferriti sono materiali magnetici che, se collocati in un morsetto di ferrite attorno a una linea di alimentazione/massa, offrono una fonte di impedenza induttiva per i segnali che viaggiano attraverso la linea. Questo potrebbe far pensare che si tratti di semplici induttori, ma non è così. Una perlina di ferrite, in realtà, è un componente non lineare; l'impedenza che fornisce cambia al variare della corrente di carico e della caduta di tensione sulla ferrite. Il modello di circuito semplificato di una perlina di ferrite può aiutare a comprendere le sue caratteristiche di frequenza. Tuttavia, è bene tenere presente che queste caratteristiche possono variare in base alla corrente e alla temperatura.
A quali scopi servono le perle di ferrite?
Poiché l'impedenza delle perle di ferrite è induttiva, gli induttori di perle di ferrite sono utilizzati nei componenti elettronici per attenuare i segnali ad alta frequenza. Quando una bobina di ferrite viene collegata a una linea di alimentazione che collega un'apparecchiatura elettronica, riduce qualsiasi rumore spurio ad alta frequenza che può essere presente sulla connessione di alimentazione o in uscita da una sorgente di alimentazione CC. L'uso di questo morsetto di ferrite è uno dei diversi approcci alla riduzione del rumore, come quello utilizzato da un alimentatore a commutazione. Questo metodo di utilizzo delle sfere di ferrite come filtro di ferrite sopprime ed elimina le EMI trasmesse.
Una perlina di filtro EMI/filtro di alimentazione è spesso classificata per una specifica soglia di corrente CC, che è una delle molte applicazioni delle perline di ferrite come filtri. Le correnti che superano il valore specificato possono danneggiare il componente. Il problema è che il calore ha un impatto significativo su questo limite. La corrente nominale diminuisce rapidamente all'aumentare della temperatura. Anche l'impedenza della ferrite è influenzata dalla corrente nominale. Una perlina di ferrite si "satura" e perde induttanza all'aumentare della corrente CC. La saturazione può ridurre l'impedenza della ferrite fino a 90% a correnti ragionevolmente elevate.
Induttore vs perlina di ferrite
Sebbene una perlina di ferrite possa essere trattata come un induttore, gli induttori di ferrite non si comportano normalmente. Per confrontare il comportamento di una perlina di ferrite con quello di un induttore, trasmettete un segnale analogico attraverso la perlina e spazzate la frequenza attraverso più ordini di grandezza. Se si tracciano i dati di una perlina di ferrite su un diagramma di Bode, si noterà che la perlina di ferrite ha un roll-off più netto alle alte frequenze rispetto a un induttore con caratteristiche identiche a bassa frequenza.
In parallelo con una rete RLC accoppiata a un resistore in serie, una perlina di ferrite può essere rappresentata come un condensatore e un induttore, oltre che come un resistore. Il resistore in serie misura la resistenza del dispositivo alla corrente continua (DC). In questo concetto, l'induttore rappresenta una perlina di ferrite con lo scopo principale di attenuare i segnali ad alta frequenza, cioè di produrre un'impedenza induttiva attraverso la legge di Faraday. In questo modello, il resistore parallelo compensa le perdite di corrente parassita causate dalla ferrite alle alte frequenze. Infine, in questo approccio, il condensatore compensa la capacità parassita intrinseca del componente.
La curva di impedenza di una perlina di ferrite mostra che l'impedenza prevalentemente resistiva è straordinariamente elevata solo in una piccola fascia. In quest'area ristretta, l'induttanza della perlina è dominante. A frequenze più elevate, l'impedenza della perlina di ferrite diventa capacitiva e diminuisce rapidamente. All'aumentare della frequenza, l'impedenza capacitiva si riduce a un valore molto piccolo e l'impedenza della perlina di ferrite sembra totalmente resistiva.
Ora che avete imparato a conoscere il principio della ferrite, è il momento di sceglierne una per il vostro gadget. Non è difficile e se volete sapere come scegliere una perlina di ferrite per un progetto, dovete semplicemente prestare attenzione alle specifiche della perlina. Forse vi starete chiedendo se le perle di ferrite sono necessarie per il mio progetto. La soluzione, come molte decisioni tecniche, non è così semplice. Se sapete che la vostra scheda sarà soggetta a EMI condotte entro un certo intervallo di frequenze e avete bisogno di attenuare queste frequenze, una perlina di ferrite può essere la soluzione giusta per il vostro progetto.
Senza una riflessione più approfondita, è semplice supporre che le perle di ferrite "attenuino le alte frequenze" in base alla loro attività induttiva. Tuttavia, le perle di ferrite non possono funzionare come un ampio filtro passa-basso, poiché possono attenuare solo una gamma ristretta di frequenze. È necessario scegliere una perlina di ferrite e strozzare le frequenze indesiderate nella banda resistiva. Se si va troppo in basso o troppo in alto, la perlina non avrà l'impatto desiderato.
Prima di scegliere una determinata perlina di ferrite per il vostro progetto, verificate se il produttore è in grado di fornirvi le curve dell'impedenza rispetto alla corrente di carico della perlina. È di gran lunga il miglior strumento da utilizzare se non si è sicuri di come scegliere una ferrite. Se le correnti di carico sono molto elevate, è necessario scegliere una ferrite in grado di tollerarle senza saturare e perdere impedenza nell'intervallo di frequenza accettabile.
