Frecuencia de atenuación de perlas de ferrita

Entiendo que el uso de una perla de ferrita atenúa las corrientes de alta frecuencia y puede ayudar a reducir la EMI.

Correcto. Actúan como un bloque en serie de alta resistencia a altas frecuencias, generalmente en el rango de 30 MHz a 3 GHz. Algunos estarán más dirigidos a frecuencias más bajas y otros estarán dirigidos a frecuencias más altas. Algunos se atenuarán más; algunos atenuarán menos: -

Su elección depende de su aplicación y de lo que quiera que hagan. Tienes que decidir por qué estás contemplando usar una perla de ferrita. Eso es lo primero, es decir, ¿cuál es el problema que te hace pensar que se requiere un FB? Comience con el problema que está tratando de resolver.

Aquí hay un buen artículo sobre FB producido por Analog Devices Inc. Aquí está su circuito equivalente como se muestra en ese artículo: -

Y aquí hay otra sección de ese artículo que detalla las propiedades de impedancia de un condensador de derivación TDK MPZ1608S101A y 10 nF. Muestra diferentes escenarios de conectarlos con una resistencia de amortiguamiento en caso de que la resonancia de baja frecuencia sea demasiado problemática: -

¿Cómo se hace para determinar esta banda de frecuencia?

Esto proviene en parte de la experiencia y en parte de los resultados de laboratorio de EMC que indican que las emisiones o la susceptibilidad a las emisiones es demasiado alta.

Estoy confundido acerca de cómo seleccionar el rango de frecuencia que debe atenuarse.

Esto también proviene en parte de la experiencia y también en parte de los resultados de laboratorio de EMC que indican que las emisiones o la susceptibilidad a las emisiones es demasiado alta.

¿La perla se trata más de suprimir las corrientes que se captan de la interferencia de otros dispositivos?

Se puede utilizar una perla de ferrita para suprimir la interferencia que podría afectar a otros equipos o para suprimir las emisiones conducidas de otros equipos que afecten a su circuito. También se puede usar un FB para suprimir la EMI generada localmente que afecta a otras partes de su circuito.

Una perla de ferrita es un inductor con pérdida, es decir, una bobina conductora (o alambre recto) con material de núcleo magnético de ferrita dentro o alrededor.

Como todo inductor, su curva de impedancia tiene dos partes que forman una forma de V invertida:

• Por debajo de la frecuencia autorresonante (SRF), se comporta como un inductor: la impedancia aumenta con la frecuencia.
• Por encima de SRF, domina la capacitancia parásita paralela y se comporta como un capacitor.

Tenga en cuenta que un valor de inductor más alto (más vueltas de bobina) implica una capacitancia de entrebobinado más alta, por lo tanto, un SRF más bajo, es decir, un valor de inductor más alto puede ser peor para filtrar el ruido de alta frecuencia.

Como todo inductor que tiene un núcleo magnético (no de aire) sus propiedades dependen de las propiedades del material del núcleo, que también dependen de la frecuencia. El inductor típico que encontrará en un convertidor DC-DC tiene un núcleo optimizado para pérdidas bajas. Las perlas de ferrita están optimizadas para pérdidas elevadas . El material tiene una histéresis alta. Esto significa que convierte la corriente de alta frecuencia en calor. Esta importante propiedad permite que una perla de ferrita sea mucho mejor para filtrar el ruido de alta frecuencia que un inductor, porque se mantiene con pérdidas incluso por encima de su SRF. Entonces, en caso de que se lo pregunte, esta es la razón por la cual los inductores y las perlas son dos componentes diferentes.

Aquí hay un gráfico de impedancia para una cuenta:

La curva roja es la parte imaginaria/inductiva de la impedancia, y la azul es la parte real/resistiva de la impedancia. A baja frecuencia se comporta como un inductor, pero por encima de unas pocas decenas de MHz se comporta como una resistencia.

Entiendo que el uso de una perla de ferrita atenúa las corrientes de alta frecuencia y puede ayudar a reducir la EMI.

Lo que realmente hace es agregar impedancia en serie donde sea que la coloques en el circuito. En el ejemplo anterior, en el esquema de la derecha:

• En HF, el capacitor proporciona una ruta de baja impedancia a GND para la corriente consumida por la carga (representada como una fuente de corriente CC, pero podría ser un chip)
• En HF, la perla proporciona una ruta de alta impedancia a la fuente de alimentación.

Esto forma un divisor de corriente: la corriente de carga se compartirá entre las dos rutas en proporción inversa a la impedancia, lo que significa que la corriente de alta frecuencia pasará por el límite de desacoplamiento local y la corriente de baja frecuencia/CC pasará por el cordón. Esto evita inyectar ruido en el suministro. También mantiene los bucles de corriente de HF locales entre el chip y las tapas de desacoplamiento, lo que evita convertir las trazas de energía en antenas.

Estos dos componentes también forman un divisor de tensión. El ruido en la fuente de alimentación es bloqueado por la alta impedancia de HF de la perla y cortocircuitado por la baja impedancia de la tapa, antes de que llegue a la carga. Por lo tanto, puede esperar que el ruido de alta frecuencia en el suministro se atenúe antes de que llegue a la carga.

Tenga en cuenta que este filtro de paso bajo LC puede sonar, como lo muestra el pico en el gráfico de la función de transferencia.

Si piensa en términos de impedancia y divisores de corriente/voltaje, entonces es mucho más simple: este filtro LC es un divisor de corriente cuando considera que la entrada es corriente de carga y la salida es corriente de ruido inyectada en el suministro, y el mismo filtro LC es un divisor de voltaje cuando considera que la entrada proviene del ruido de la fuente de alimentación y la salida está en la carga.

Pensar en términos de divisor de corriente/voltaje también evita el error de pensar que la perla de ferrita hace el trabajo por sí sola y se olvida de la tapa.

Sin embargo, estoy confundido acerca de cómo seleccionar el rango de frecuencia que debe atenuarse. Por ejemplo, ¿es esto una función del rango de frecuencia de las corrientes que el IC de carga extraerá del suministro? Si es así, ¿cómo se hace para determinar esta banda de frecuencia?

Puede adivinar considerando que los chips digitales producirán ruido en los armónicos de la frecuencia del reloj. Tiempos de subida más rápidos significan más armónicos. O puede conectar un analizador de espectro y echar un vistazo.