Как работают ферритовые бусы и как выбрать правильный?

Что такое ферритовые шарики и как работают ферритовые шарики?

Ферритовые шарики представляют собой пассивные электронные компоненты, которые могут подавлять высокочастотные сигналы в линии электропитания. Обычно они располагаются вокруг пары линии электропитания / заземления, которая подключается к определенному устройству, такому как шнур питания для вашего ноутбука. Эти бусы работают по закону Фарадея; магнитный сердечник вокруг проводника индуцирует обратную ЭДС в присутствии высокочастотного сигнала, существенно ослабляя частотную характеристику феррита.

Ферриты являются магнитными материалами, и размещение этого материала в ферритовом зажиме вокруг линии электропитания / заземления обеспечивает источник индуктивного сопротивления для сигналов, проходящих через линию. Это может побудить вас думать о них как о стандартном индукторе, но они более сложны. В действительности ферритовый шарик является нелинейным компонентом; изменения импеданса, которые он обеспечивает, были током нагрузки и падением напряжения на феррите. Упрощенная модель цепи ферритового шарика поможет вам понять его частотные характеристики. Однако эти атрибуты могут изменяться в зависимости от тока и температуры.

Для чего используются ферритовые бусины?

Поскольку импеданс ферритовых шариков является индуктивным, ферритовые шарики используются для ослабления высокочастотных сигналов в электронных компонентах. Поскольку дроссель с ферритовыми шариками может быть размещен на линии электропередачи, соединяющей электронное устройство, он может удалять любые побочные высокочастотные шумы, присутствующие в разъеме питания, или которые выводятся из источника питания постоянного тока. Такое использование ферритового зажима является одним из многих способов подавления шума источника питания, такого как шум от импульсного источника питания. Это применение ферритовых шариков в качестве ферритового фильтра обеспечивает подавление и устранение наведенных электромагнитных помех.

Среди различных ферритовых шариков, используемых в качестве фильтра, шарик фильтра электромагнитных помех / шарик фильтра источника питания обычно рассчитан на определенный постоянный ток. Токи, превышающие указанное значение, могут повредить компонент. Проблема в том, что этот предел сильно зависит от жары. При повышении температуры номинальный ток быстро уменьшается. Номинальный ток также влияет на полное сопротивление феррита. При увеличении постоянного тока ферритовый шарик будет «насыщаться» и терять индуктивность. При относительно высоких токах насыщение может снизить полное сопротивление ферритовых шариков до 90%.

Ферритовый шарик против Индуктора

Хотя ферритовый шарик можно смоделировать как индуктор, он не ведет себя как типичный индуктор. Если вам интересно, как измерить поведение ферритовых бусин и индукторов, вы бы отправили аналоговый сигнал через бусинку и развернули бы частоту на несколько порядков. Если вы создадите график Боде для измерения развертки по частоте для ферритового шарика, вы обнаружите, что ферритовый шарик обеспечивает более крутой спад на более высоких частотах по сравнению с индуктором с аналогичным поведением на низких частотах.

Ферритовый шарик может быть смоделирован как конденсаторы и индукторы, а также резистор параллельно, с этой RLC-сетью, соединенной с последовательным резистором. Последовательный резистор количественно оценивает

сопротивление постоянному току. Индуктор в этой модели представляет собой первичную функцию ферритовых шариков по ослаблению высокочастотных сигналов, т. Е. Обеспечивает индуктивный импеданс по закону Фарадея. Параллельный резистор в этой модели учитывает потери в вихревых токах, которые индуцируются внутри ферритового шарика на высоких частотах. Наконец, конденсатор в этой модели учитывает естественную паразитную емкость компонента.

Если посмотреть на кривую полного сопротивления ферритовых шариков, можно увидеть, что полное сопротивление, которое в первую очередь является резистивным, чрезвычайно велико только в тонкой полосе. Индуктивность шарика доминирует в этой тонкой полосе. На более высоких частотах импеданс ферритовых шариков начинает казаться емкостным, и импеданс быстро уменьшается. В конце концов, по мере того как частота продолжает увеличиваться, емкостное сопротивление падает до очень малого значения, и сопротивление ферритового шарика выглядит чисто резистивным.

Руководство по выбору ферритовых шариков

Теперь, когда у вас есть теория феррита под вашим поясом, пришло время выбрать одну для вашего устройства. Это не очень сложно, и если вы хотите знать, как выбрать ферритовый шарик для дизайна, вам просто нужно обратить внимание на характеристики шарика. Вы можете быть удивлены, нужны ли ферритовые шарики для моего дизайна? Как и многие инженерные решения, ответ не так прост. Если

Вы знаете, что ваша плата будет испытывать электромагнитные помехи в определенном диапазоне частот, и вам нужно ослабить эти частоты, тогда ферритовый шарик может быть правильным выбором для вашей конструкции.

Исходя из индуктивного поведения ферритовых шариков, естественно сделать вывод, что ферритовые шарики «ослабляют высокие частоты» без особого дальнейшего рассмотрения. Однако ферритовые шарики не действуют как широкополосный фильтр нижних частот, поскольку они могут только помочь ослабить определенный диапазон частот. Вы должны выбрать ферритовый шарик и дросселировать, где ваши нежелательные частоты находятся в его резистивной полосе. Если вы идете слишком низко или слишком высоко, бусинка не даст желаемого эффекта.

Прежде чем выбрать конкретный ферритовый шарик для вашей конструкции, вы должны увидеть, может ли производитель предоставить вам кривые сопротивления и тока нагрузки для ферритового шарика. Безусловно, это лучший инструмент, который вы можете использовать, если не знаете, как выбрать ферритовый шарик. Если ваши токи нагрузки очень высоки, вам нужно выбрать ферритовый шарик, который сможет выдержать их, не пропуская и не теряя их сопротивление в желаемом диапазоне частот.

Предостережения

Ферритовые шарики и ферритовые дроссели являются по существу резистивными нагрузками на высоких частотах, что означает, что они могут вызвать некоторые проблемы в вашей цепи. При размещении бусинки вам нужно подумать о падении напряжения и рассеивании тепла.

Во времена цепей с более высоким напряжением падение напряжения не имело большого значения. Теперь у нас есть множество цепей с низким энергопотреблением, которые могут использовать напряжение ниже 2 В. На этих уровнях вы не можете позволить себе много терять. Ферритовые шарики обязательно вызывают падение напряжения постоянного тока в вашей цепи. Это может показаться не таким уж большим, но если ваши интегральные схемы (ИС) имеют короткое состояние высокого тока, потери могут стать значительными. Разместите ферритовые шарики там, где они не вызовут проблем с падением напряжения.

Поскольку ферритовые материалы резистивны на высоких частотах, они в основном рассеивают поглощенную энергию в виде тепла. Это тепло не обязательно является проблемой для вашей печатной платы, когда на линии электропитания используется ферритовый дроссель, но оно может стать таким, когда оно используется для рассеивания высоких частот при высоком токе. Если ваша система особенно шумная, и бусина будет поглощать много высоких частот, это тепло может стать большей проблемой. Обязательно примите во внимание тепловыделение бортов.

Ферритовые бусы могут быть весьма полезны, но только если вы точно понимаете, как они работают. Помните, что они ослабляют сигналы в довольно небольшой полосе, и их эффективность зависит от температуры и тока нагрузки. Чтобы лучше всего использовать ферритовый шарик, вы должны убедиться, что он соответствует вашим точным спецификациям. Затем, при установке валика, обязательно учитывайте падение напряжения и нагрев.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по sales@xfullstar.com