Що саме відбувається із сигналами, що потрапляють у загальний режим дроселя?


22

Я намагаюся краще зрозуміти принципи, що стоять у загальному режимі дроселя. Я зробив кілька малюнків для уточнення.

 
Сигнали диференціального режиму

Диференціальні струми (керовані диференційними напругами) створюють рівні, але протилежні магнітні поля B в ядрі індуктора:

введіть тут опис зображення

Ці магнітні поля скасовують одне одного, тому чистий потік в ядрі дорівнює нулю. Таким чином, ці диференціальні струми не «відчувають» ніякого опору.

 
Сигнали загального режиму

Навпаки, струми загального режиму генерують рівні та аддиктивні магнітні поля в ядрі. Ось чому вони "відчувають" високий опір, і не можуть пройти (або проникнути через засоби, які сильно ослаблені).

введіть тут опис зображення

Але що саме відбувається? У мене є кілька теорій, які я опишу нижче.

 
Сигнали загального режиму - теорія 1

Першою моєю думкою було б, що загальний режим сигналу потрапляє в дросель і створює магнітний потік всередині. Тим самим втрачається багато енергії (гістерезис та, можливо, інші ефекти), як тепло. Лише невелика частина проходить через:

введіть тут опис зображення

введіть тут опис зображення

Який загальний режим дроселів поводився б саме таким чином? "Спалювання" сплеску напруги здається мені дуже бажаним ефектом.

 
Сигнали загального режиму - теорія 2

Можливо, сплеск напруги насправді не отримує шансу накопичити багато ядра магнітного потоку, або, можливо, ядро ​​просто не «втрачає». Спід напруги відскакує від серцевини і повертається назад. Лише невелика частина проходить через:

введіть тут опис зображення

Хоча система з правого боку дроселя захищена, система зліва повинна мати справу з відбитими сигналами. Можуть з’явитися такі неприємні речі, як стоячі хвилі.

 
Мої запитання

У мене є кілька питань до вас:

  1. Ви вважаєте, що теорія 1 або теорія 2 є найбільш правдоподібною?

  2. Як ви вважаєте, деякі типи дроселів загального режиму мають тенденцію поводитись так, як описано в теорії 1, інші як у теорії 2?

  3. Можливо, обидві мої теорії просто невірно. Якщо так, що насправді відбувається?

Будь ласка, просвіти мене.

Відповіді:


15

Додавши до відповіді Енді, не потрібно повторювати те, що він написав.

З того, що ви пишете, я думаю, що ваша проблема полягає в більш інтуїтивному розумінні того, як працює дросель. Розглянемо індуктор:

введіть тут опис зображення

Цей індуктор має лише один провід. Струм, що протікає через, створює магнітний потік, який підхоплюється самою котушкою і створює напругу, яка протистоїть зміні струму. Я думаю, ви знаєте про це.

Тепер розділіть дріт по довжині. Тепер у вас той самий індуктор, але з двома проводами, накрученими в одному напрямку:

введіть тут опис зображення

Струм загального режиму протікає через ці дроти в тому ж напрямку. Таким чином, не має значення, чи є у вас один провід, що проводить струм I, або два дроти, кожен з яких здійснює I / 2.

(Якщо обидва дроти з'єднані, як на першому знімку Енді, то результат такий же, як і один провід).

Першою моєю думкою було б, що загальний режим сигналу потрапляє в дросель і створює магнітний потік всередині. Тим самим втрачається багато енергії (гістерезис та, можливо, інші ефекти), як тепло. Лише невелика частина пробивається

Отже, це не так, як це працює. Це просто індуктор, який не діє на диференціальні сигнали, лише на загальноприйняті режими. Він додає загальний режим імпедансу завдяки своїй індуктивності.

Але як він видаляє шум?

Простий. Це індуктор, тому він буде перешкоджати потоку високочастотного загального режиму струму, просто додаючи опір.

введіть тут опис зображення

Тут два джерела змінного струму "Vhc1" і "Vhc2" мають однакове значення, тому вони додають загальний шум напруги в режимі "LINE1" і "LINE2".

Ця шумова напруга призведе до струму через дросель, потім обладнання справа, і цей струм буде або повертатися через явну землю (якщо обидва шматки передач заземлені) або будь-якими засобами, які вона може знайти (паразитна ємність через повітря або інші кабелі, підключені до іншого обладнання).

Струм, що проходить через загальночастотний режим, що проходить через кабелі, перетворює їх на антени, що є поганою ідеєю.

Дросель додає опір ланцюгу, зменшуючи тим самим струм. Просто як це.

введіть тут опис зображення

На наведеному вище малюнку дросель зліва додає лінії загального імпедансу режиму, а ковпачки коротко закріплюють залишок загального режиму в землі. Це в основному дільник напруги або фільтр низької частоти LC, за винятком того, що він обробляє два дроти замість одного.

Подумайте «дільник напруги». Дросель збільшує опір джерела шуму, що дозволяє кришкам мати кращий фільтруючий ефект.

Спосіб намотування дротів може мати різний вплив. Для найкращого звичайного режиму фільтрації скрутіть дроти разом (або обмотайте цілий кабель навколо магнітного сердечника). Показані дроселі мають деяку відстань між двома проводами, тому ефективність фільтра в загальному режимі буде трохи меншою. Однак ізоляція між двома проводами набагато краща, і ця обмотка також додає диференційовану індуктивність режиму в кожному проводі, що змушує компонент виконувати дві ролі.

Можна використовувати більше двох проводів. Насправді ви можете провести цілий кабель через феритове ядро ​​(шукайте USB-кабель з одним із них на своєму комп’ютері):

введіть тут опис зображення

Графік показує вам імпеданс, доданий до вашого кабелю в загальному режимі.

Також ферритні дроселі є втратними. Це означає, що матеріал розроблений як досить шалений трансформатор, що має низьку ефективність на високій частоті. Він має високий гістерезис. Це означає, що перетворює магнітні поля ВЧ в тепло. Отже, вище певної частоти, індуктор перестає бути індуктивним і поводиться більше, як резистор.

Якщо ви покладете дросель на кабель, факт його втрати дуже корисний, оскільки він вбиває резонанси, які в іншому випадку можуть перетворити кабель на ефективну антену.

EDIT

Перевірте опір феритової кульки. Цей не є загальним дроселем, але цікаві властивості полягають у самому феритовому матеріалі. Якби це двобічна рана, імпеданс загального режиму мав би ті ж характеристики.

введіть тут опис зображення

( джерело )

Ділянка з позначкою "X" має індуктивний опір. А частина з позначкою "R" - це опір. Ця частина висмоктується як індуктор, вона мала б дуже низький Q, багато втрат, ніякого способу зробити налаштовану схему резервуарів LC з цим. Однак втрати великі, коли ви хочете перетворити високочастотний шум у тепло.

Є багато різних феритових матеріалів, деякі оптимізовані для низьких втрат та виготовлення індукторів хорошої якості, інші оптимізовані для великих втрат на певних частотах.

Якщо це вказано як "придушення EMI" або "феритовий куля" або "дросель", а не як індуктор, ви отримаєте втратні матеріали. Тоді вам слід перевірити криву опору, щоб переконатися, що вони фільтрують потрібні частоти.


Дуже дякую. Ви написали повну статтю про цю тему! Я хотів би заскочити на ваші останні пункти. Ви кажете: "Крім того, феритові дроселі є втратними. ... факт, що він втрачає, дуже корисний, оскільки вбиває резонанси". Не могли б ви заглибитись у цю тему? Як я можу розрізнити фільтр загального режиму з втратою від не втрати та які типи графіків допомагають мені їх оцінити?
К.Мульєр

перевірити правки вище
peufeu

Дуже дякую за редагування. На жаль, у багатьох таблицях даних загальних режимів дроселів дається лише графік, що показує загальний опір Z, не розбиваючи його на компоненти R і X. Втрати в феритовому ядрі ідеально підходять для «спалювання» шуму. Але чи не було б доцільно ставити паралельні конденсатори до або після і після загального дроселя? Як би ви їх обчислили, щоб не виникало неприємних ефектів дзвінка та коливань?
Дуже

У прикладі головного фільтра, наведеному вище, є ковпачки. Однак якщо ваш пристрій є, скажімо, пристроєм usb з власним живленням, як невеликий корпус жорсткого диска, тоді немає землі / землі, з якою можна зв’язати кришки. Таким чином, єдиним способом зменшити шум у звичайному режимі та не допустити, щоб кабель був антеною, це не в першу чергу генерувати шум або збільшувати імпеданс загального режиму кабелю за допомогою дроселя.
peufeu

@DanielTork Я не впевнений, про що ви запитуєте ... Індуктор працює так: струм в котушці створює магнітне поле, яке створює магнітний потік в тій же котушці, який створює напругу всередині котушки, протилежно змінюючи струм. У загальному режимі дроселя є 2 котушки замість 1. Коли струм працює в двох котушках у зворотному напрямку, вони створюють магнітні поля протилежної полярності, які скасовуються, тому він не створює магнітного потоку і не викликає напруги в котушках.
peufeu

12

Для звичайних дроселів загального режиму імпеданс диференціального режиму суттєво зменшується до опорів дроту, тоді як імпеданс загального режиму значною мірою індуктивний, опір проводу як невеликий компонент.

Оскільки чим вище індуктивність, тим вищий загальний режим ослаблення сигналу, мета - мати більш високу індуктивність. Це призводить до розробок, спрямованих на уникнення насичення ядра та втрати в ядрі, отже, навіть з урахуванням нелінійності феромагнітного ядра, звичайний, двообмоточний, загальний дросель подає по суті індуктивний опір сигналу загального режиму.

Тому дуже мало енергії розсіюється всередині дроселя, отже, сигнал загального режиму по суті "відбивається назад", звідки він походить (теорія №2 вашої).

Дивіться цей відповідний документ від ST:

Зокрема ці уривки (моє наголос):


введіть тут опис зображення

[...]

введіть тут опис зображення


Ясно лише: факт, що індуктивний опір передбачає відображення до джерела, залежить від принципу збереження енергії. Оскільки по суті не існує резистивного компонента, який би міг рахувати енергію сигналу загального режиму, яка буде розсіюватися (перетворюватися в тепло), ця енергія повинна йти кудись інше: вона буде (тимчасово) зберігатися в магнітному полі, що накопичується в дроселі і відбився назад, звідки прийшов.


Однак справжній дросель CM матиме більш складну поведінку, насамперед через паразитарну ємність, і демонструватиме резонансний пік за своєю величиною імпедансу, як показано тут синьою кривою (з того ж документу, зв'язаного вище):

введіть тут опис зображення


Цікаво, дуже дякую :-). Я просто не розумію фігуру нижче. Чому синя крива - імпеданс загального режиму - лише 3 Ом для частот нижче 30 МГц? Насправді для цих частот імпеданс диференціального режиму здається вищим, ніж загальний імпеданс режиму. Це дивно ...
К.Мюльєр

@ K.Mulier Це не дивно, якщо ви розумієте рівняння у наведених вище уривках. З рівнянь 8,9 ми бачимо, що для низьких частот, тобто f & to; 0, Z1diff = R1 abd Z2diff = R2. З рівнянь 6,7 ми бачимо, що Z1cm & cong; R1 і Z2cm & cong; R2. Ця остання приблизна рівність краще наближається до коефіцієнта зв'язку k 1, який є лише теоретичним. Якщо L1 і L2 не відповідають M, то Z1cm буде більше, ніж Z1diff. Те ж саме стосується і Z2. До речі, ми говоримо про величину імпедансу тут.
Лоренцо Донаті підтримує Моніку

9

Для нормальних диференціальних струмів обидві обмотки ефективно «віднімають» індуктивність, і тому струм ледь не перешкоджає.

Коли струм є загальним режимом, повна індуктивність обох котушок присутня, і тому струм набагато сильніше перешкоджає.

Нижче наведено малюнок, який повинен допомогти. Показано один вхід і вихід, який демонструє різні імпеданси, які ви отримуєте при зворотному напрямку одного з струмів.

Перший сценарій - це спільний режим, який ми б намагалися заблокувати:

введіть тут опис зображення

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.