Проблемы с электромагнитными помехами могут возникнуть где угодно, поскольку электромагнитная энергия может непредсказуемо соединяться с системами, вызывая нежелательные эффекты.
Электромагнитные помехи возникают, когда три элемента соединяются вместе:
- Источник помех;
- Приемник помех;
- Путь передачи;
Согласно этой простой схеме, минимизация электромагнитных помех может быть достигнута путем устранения одного из трех элементов:
- Подавление источника;
- Защита приемника от шума;
- Уменьшение передачи помех;
Любое устройство, которое подавляет шум между источником и приемником, действует как экран электромагнитного излучения (ЭМИ).
Помехи могут распространяться по-разному:
Излучением в виде электромагнитной волны в свободном пространстве. Для подавления требуется экранирование проводящими или поглощающими материалами.
Проводимостью по проводящему пути. Решением для подавления являются ферриты в виде колец.
Синфазный шум или высокочастотный ток в неэкранированных кабелях создают магнитное поле и это является наиболее распространенным способом передачи сигнала помех в систему. При изучении проблемы помех очень часто внимание фокусируется на критических компонентах, а обычные кабельные линии упускаются из виду. Кабель может улавливать некоторый шум и переносить его в другие области, проходимые кабелем.
Возникает необходимость подавления синфазных ЭМИ не только на внутренних, но и на внешних кабелях электронной аппаратуры.
Существуют трубчатые фильтры для коаксиального кабеля и прямоугольные для плоских ленточных кабелей. Также доступны разъемные типы для решений по модернизации. Эти фильтры обеспечивают высокий уровень импеданса в широком диапазоне частот. Ферритовые кабельные фильтры экономически эффективны, так как они подавляют любой электромагнитный шум и уменьшают необходимость в других, более сложных мерах экранирования.
Подавление электромагнитных помех с помощью ферритовых фильтров
Ферритовые фильтры обеспечивают отличный метод подавления проводимых помех на кабелях. Кабели могут действовать как антенны и излучать радиочастотную помеху на частотах выше 30 МГц. Ферритовые фильтры являются экономически эффективнее других альтернативных решений по подавлению помех, таких как фильтры ЭМИ или полное экранирование.
Защита кабеля ферритами применяется в телекоммуникациях, приборостроении, электронной обработке данных в следующих местах:
- Внутренние и внешние компьютерные кабели для передачи данных (для мониторов, принтеров, процессоров, клавиатур);
- Внутренние и внешние силовые кабели;
- Кабели связи;
- Кабели между платой ПК и разъемами для передачи данных.
Низкочастотные сигналы не оказываю большого влияния фильтр. На низких частотах ферритовый сердечник вызывает индуктивность с низкими потерями, что приводит к незначительному увеличению импеданса. Помехи обычно возникают на повышенных частотах, и там картина меняется. Магнитные потери начинают увеличиваться и на частоте так называемого ферримагнитного резонанса проницаемость быстро падает до нуля, а импеданс достигает максимума. Этот импеданс, наиболее важный параметр для подавления, становится почти полностью резистивным, а на очень высоких частотах даже емкостным с потерями. В то время как для индукторов рабочая частота должна оставаться значительно ниже резонансной, эффективное подавление помех достигается до гораздо более высоких частот. Импеданс достигает пика на резонансной частоте, и феррит эффективен в широкой полосе частот вокруг него.
Вокруг ферримагнитного резонанса импеданс ферритового сердечника в значительной степени резистивный, что является благоприятной характеристикой по нескольким причинам:
- Индуктор с низкими потерями может резонировать с емкостью последовательно, что приводит к почти нулевому импедансу и усилению помех. Более резистивный импеданс не может резонировать и надежен независимо от импедансов источника и нагрузки.
- Резистивный импеданс рассеивает мешающие сигналы, а не отражает их к источнику. Колебания на высокой частоте могут повредить полупроводники или повлиять на работу схемы, и поэтому их лучше поглощать.
- Форма кривой импеданса изменяется с потерями материала. Материал с потерями покажет плавное изменение импеданса с частотой и реальное широкополосное затухание. Сигналы помех часто возникают в широком спектре
Часто подавление электромагнитных помех требуется на кабелях, несущих питание постоянного или переменного тока. В этом случае компенсация тока необходима, чтобы избежать насыщения феррита, что приведет к потере импеданса. Компенсация тока основана на принципе, что в кабелях, проходящих через ферритовый сердечник, переносимая нагрузка и сигнальные токи обычно сбалансированы. Эти токи генерируют противоположные потоки равной величины, которые уравновешиваются, и насыщения не происходит. Однако сигналы ЭМИ обычно распространяются в одном направлении по всем проводникам. Они вызывают поток в феррите и будут подавлены повышенным сопротивлением. Для высокочастотных сигналов компенсация тока является выгодным эффектом по другим причинам, чем насыщение. В кабеле ввода-вывода обычный радиочастотный сигнал может быть подавлен вместе с помехами. Поскольку фактический сигнал находится в дифференциальном режиме, компенсация тока позволяет избежать нежелательного демпфирования фактического сигнала.
Ферритовый фильтр в основном активен против синфазных помех, хотя его небольшая паразитная индуктивность также будет иметь некоторый эффект против дифференциальных помех. Ферритовые фильтры для экранирования кабеля доступны в различных формах и могут быть:
- Цельными, для монтажа во время производства кабеля:
- Раздельными, для монтажа на существующие кабели:
Этот тип фильтров был разработан для легкой установки, когда проблема помех обнаруживается после окончательного проектирования. Зазор между половинками оказывает незначительное влияние на магнитные характеристики. Импеданс практически не изменяется, а пропускная способность тока увеличивается. Две половинки крепятся специальными зажимами с защелками.
Выбор феррита
При выборе ферритового фильтра для решения проблемы помех необходимо учитывать некоторые важные аспекты применения:
- Форма сердечника, обычно определяется типом кабеля.
- Требования к установке для выбора типа цельного или разделенного сердечника.
- Характеристики феррита.