Hur fungerar Ferrite-pärlor och hur väljer du rätt?

Vad är en Ferrite Bead och hur fungerar Ferrite Pärlor?

Ferritpärlor är passiva elektroniska komponenter som kan undertrycka högfrekventa signaler på en strömförsörjningsledning. De är vanligtvis placerade runt ett kraft / jordlinje-par som kommer in på en viss enhet, till exempel nätkabeln till din bärbara dator. Dessa pärlor fungerar enligt Faradays lag; magnetkärnan runt en ledare inducerar en bakre EMF i närvaro av en högfrekvenssignal, väsentligen dämpar ferritfrekvenssvaret.

Ferriter är magnetiska material, och att placera detta material i en ferritklämma runt strömförsörjningen / jordledningen möjliggör en källa till induktiv impedans för signaler som passerar genom linjen. Det kan locka dig att tänka på dem som en standardinduktor, men de är mer komplexa än så. I verkligheten är en ferritpärla en olinjär komponent; impedansen det ger förändringar var lastströmmen och spänningsfallet över ferritförändringen. Den förenklade kretsmodellen för en ferritpärla hjälper dig att förstå dess frekvensegenskaper. Dessa attribut kan dock ändras som en funktion av ström och temperatur.

Vad används Ferrite Pärlor till?

Eftersom ferritpärlsimpedans är induktiv används ferritpärlor för att dämpa högfrekvenssignaler i elektroniska komponenter. Eftersom en ferritsträngt choke kan placeras på kraftledningen som ansluter till en elektronisk anordning, kan den avlägsna alla falska högfrekventa brus som finns på en kraftanslutning, eller som matas ut från en likströmskälla. Denna ferritklämmanvändning är ett av många sätt att undertrycka strömförsörjningsbuller, till exempel från en växlad strömförsörjning. Denna ferritpärlapplikation som ett ferritfilter ger undertryckning och eliminering av genomfört EMI.

Bland de olika ferritpärlanvändningar som filter är en EMI-filterpärla / strömförsörjningsfilterpärla vanligtvis värderad för en viss likström. Strömmar större än det angivna värdet kan skada komponenten. Det besvärande är att denna gräns drastiskt påverkas av värme. När temperaturen ökar minskar märkströmmen snabbt. Nominell ström påverkar också ferritens impedans. När likström ökar kommer en ferritpärla att "mättas" och förlora induktansen. Vid relativt höga strömmar kan mättnad reducera ferritpärlsimpedansen med upp till 90%.

Ferrite Bead vs. Inductor

Även om en ferritpärla kan modelleras som en induktor, uppför den sig inte som en typisk induktor. Om du undrar hur du mäter beteendet hos en ferritpärla kontra induktorbeteende, skulle du skicka en analog signal genom pärlan och svepa frekvensen över flera storleksordningar. Om du skapar ett Bode-diagram för frekvenssvepna mätningar för en ferritpärla, kommer du att upptäcka att ferritpärlan ger brantare avrullning vid högre frekvenser jämfört med en induktor med liknande lågfrekvensbeteende.

En ferritpärla kan modelleras som kondensatorer och induktorer, och ett motstånd parallellt, med detta RLC-nätverk kopplat med ett seriemotstånd. Seriemotståndet kvantifierar enhetens

motstånd mot DC-strömmar. Induktorn i denna modell representerar en ferritpärls primär funktion för att dämpa högfrekvenssignaler, dvs tillhandahålla induktiv impedans genom Faradays lag. Parallellmotståndet i denna modell står för förluster i virvelströmmar som induceras i ferritpärlan vid höga frekvenser. Slutligen står kondensatorn i denna modell för komponentens naturliga parasitkapacitans.

När du tittar på en ferritpärlsimpedanskurva kan du se att impedansen, som främst är resistiv, är extremt hög i endast ett tunt band. Kulens induktans dominerar inom detta tunna band. Vid högre frekvenser börjar ferritpärlsimpedansen att se kapacitiv över och impedansen minskar snabbt. Så småningom, när frekvensen fortsätter att öka, kommer den kapacitiva impedansen att sjunka till ett mycket litet värde, och ferritpärlsimpedansen verkar rent resistiv.

Ferrite Bead Selection Guide

Nu när du har ferritteorin under ditt bälte är det dags att välja en för din enhet. Detta är inte särskilt svårt, och om du vill veta hur du väljer en ferritpärla för en design, måste du bara vara uppmärksam på specifikationerna för en pärla. Du kanske undrar, är ferritpärlor nödvändiga för min design? Liksom många tekniska beslut är svaret inte så enkelt. Om

du vet att ditt styrelse kommer att uppleva genomfört EMI inom ett visst frekvensområde, och du måste dämpa dessa frekvenser, då kan en ferritpärla vara rätt val för din design.

Baserat på det induktiva beteendet hos ferritpärlor är det naturligt att dra slutsatsen att ferritpärlor "dämpar höga frekvenser" utan att ta hänsyn till mycket mer. Ferritpärlor fungerar emellertid inte som ett bredbandsfil med lågpass eftersom de bara kan hjälpa till att dämpa ett specifikt frekvensområde. Du måste välja ett ferritpärrval och kväva där dina oönskade frekvenser är i dess resistiva band. Om du går lite för lågt eller lite för högt kommer pärlan inte att ha önskad effekt.

Innan du väljer en specifik ferritpärla för din design, bör du se om tillverkaren kan förse dig med impedans kontra lastströmkurvor för ferritpärlan. Överlägset är detta det bästa verktyget du kan använda om du är osäker på hur du väljer en ferritpärla. Om dina lastströmmar är mycket höga måste du välja en ferritpärla som kan motstå dem utan att mättas och förlora sin impedans inom önskat frekvensområde.

försiktighetsåtgärder

Ferritpärlor och ferrit-kvävningar är väsentligen resistiva laster vid höga frekvenser, vilket innebär att de kan orsaka några problem i din krets. När du placerar en pärla måste du tänka på spänningsfall och värmeavledning.

Under dagar med högre spänningskretsar var spänningsfall inte så mycket. Nu har vi massor av lågeffektkretsar som kan använda spänningar ner omkring 2 V. På dessa nivåer har du inte råd att förlora mycket. Ferritpärlor orsakar nödvändigtvis ett likspänningsfall i din krets. Det kanske inte verkar så mycket, men om dina integrerade kretsar (IC: er) har ett kort högströmsläge kan förlusten bli betydande. Placera dina ferritpärlor där de inte orsakar problem med spänningsfall.

Eftersom ferritmaterial är resistiva vid höga frekvenser, sprider de främst den absorberade energin som värme. Denna värme är inte nödvändigtvis ett problem för din PCB när en ferrit choke används på en strömförsörjningsledning, men den kan bli en när den används för att sprida höga frekvenser vid hög ström. Om ditt system är särskilt bullrigt och pärlan kommer att absorbera massor av höga frekvenser kan detta värme bli mer ett problem. Se till att du tar hänsyn till pärlens värmeavledning.

Ferritpärlor kan vara ganska användbara, men bara om du förstår exakt hur de fungerar. Kom ihåg att de dämpar signaler i ett ganska litet band, och deras effektivitet beror på temperatur och belastningsström. För att bäst använda en ferritpärla bör du se till att den uppfyller dina exakta specifikationer. Se till att ta hänsyn till spänningsfall och värme när du placerar pärlan.

För mer information, kontakta oss på sales@xfullstar.com