¿Cómo funcionan las cuentas de ferrita y cómo elegir la correcta?

¿Qué es una cuenta de ferrita y cómo funcionan las cuentas de ferrita?

Las perlas de ferrita son componentes electrónicos pasivos que pueden suprimir las señales de alta frecuencia en una línea de suministro de energía. Normalmente se colocan alrededor de un par de línea de alimentación / tierra que ingresa a un dispositivo en particular, como el cable de alimentación de su computadora portátil. Estas cuentas funcionan de acuerdo con la Ley de Faraday; El núcleo magnético alrededor de un conductor induce una EMF inversa en presencia de una señal de alta frecuencia, atenuando esencialmente la respuesta de frecuencia de ferrita.

Las ferritas son materiales magnéticos, y colocar este material en una abrazadera de ferrita alrededor de la fuente de alimentación / línea de tierra permite una fuente de impedancia inductiva para las señales que pasan a través de la línea. Eso podría tentarlo a pensar en ellos como un inductor estándar, pero son más complejos que eso. En realidad, una cuenta de ferrita es un componente no lineal; La impedancia que proporciona cambios fue la corriente de carga y la caída de voltaje a través del cambio de ferrita. El modelo de circuito simplificado de un cordón de ferrita lo ayudará a comprender sus características de frecuencia. Sin embargo, estos atributos pueden cambiar en función de la corriente y la temperatura.

¿Para qué se utilizan las cuentas de ferrita?

Debido a que la impedancia del cordón de ferrita es inductiva, los cordones de ferrita se utilizan para atenuar las señales de alta frecuencia en componentes electrónicos. Como se puede colocar un estrangulador de cuentas de ferrita en la línea de alimentación que se conecta a un dispositivo electrónico, puede eliminar cualquier ruido espurio de alta frecuencia presente en una conexión de alimentación, o que se emite desde una fuente de alimentación de CC. Este uso de abrazadera de ferrita es una de las muchas formas de suprimir el ruido de la fuente de alimentación, como el de una fuente de alimentación de modo conmutado. Esta aplicación de cuentas de ferrita como filtro de ferrita proporciona supresión y eliminación de EMI conducida.

Entre los diversos usos del cordón de ferrita como filtro, un cordón de filtro EMI / cordón de filtro de fuente de alimentación generalmente está clasificado para una determinada corriente CC. Las corrientes superiores al valor especificado pueden dañar el componente. Lo problemático es que este límite se ve drásticamente afectado por el calor. A medida que la temperatura aumenta, la corriente nominal disminuye rápidamente. La corriente nominal también afecta la impedancia de la ferrita. A medida que aumenta la corriente continua, una perla de ferrita se "saturará" y perderá inductancia. A corrientes relativamente altas, la saturación puede reducir la impedancia del cordón de ferrita hasta en un 90%.

Cuenta de ferrita vs. Inductor

Aunque un cordón de ferrita puede modelarse como un inductor, no se comporta como un inductor típico. Si se pregunta cómo medir el comportamiento de un cordón de ferrita versus el comportamiento del inductor, debe enviar una señal analógica a través del cordón y barrer la frecuencia a través de varios órdenes de magnitud. Si crea una gráfica de Bode para las mediciones de barrido de frecuencia para una cuenta de ferrita, encontrará que la cuenta de ferrita proporciona una caída más pronunciada a frecuencias más altas en comparación con un inductor con un comportamiento similar de baja frecuencia.

Un cordón de ferrita se puede modelar como condensadores e inductores, y una resistencia en paralelo, con esta red RLC cableada con una resistencia en serie. La resistencia en serie cuantifica el dispositivo

resistencia a las corrientes DC. El inductor en este modelo representa una función primaria de perlas de ferrita de atenuar las señales de alta frecuencia, es decir, proporcionar impedancia inductiva a través de la Ley de Faraday. La resistencia paralela en este modelo explica las pérdidas en las corrientes de Foucault que se inducen dentro del cordón de ferrita a altas frecuencias. Finalmente, el capacitor en este modelo explica la capacitancia parasitaria natural del componente.

Cuando observa una curva de impedancia de cuentas de ferrita, puede ver que la impedancia, que es principalmente resistiva, es extremadamente alta solo en una banda delgada. La inductancia de la cuenta domina dentro de esta delgada banda. A frecuencias más altas, la impedancia del cordón de ferrita comienza a aparecer capacitiva y la impedancia disminuye rápidamente. Finalmente, a medida que la frecuencia continúa aumentando, la impedancia capacitiva caerá a un valor muy pequeño, y la impedancia del cordón de ferrita parece puramente resistiva.

Guía de selección de cuentas de ferrita

Ahora que tiene la teoría de la ferrita en su haber, es hora de elegir una para su dispositivo. Esto no es muy difícil, y si desea saber cómo seleccionar una cuenta de ferrita para un diseño, solo debe prestar atención a las especificaciones de una cuenta. Quizás se pregunte, ¿son necesarias las cuentas de ferrita para mi diseño? Como muchas decisiones de ingeniería, la respuesta no es tan simple. Si

sabe que su placa experimentará EMI conducida dentro de un rango de frecuencia específico, y necesita atenuar estas frecuencias, entonces un cordón de ferrita puede ser la opción correcta para su diseño.

Basado en el comportamiento inductivo de las perlas de ferrita, es natural concluir que las perlas de ferrita "atenúan las frecuencias altas" sin mucha más consideración. Sin embargo, las perlas de ferrita no actúan como un filtro de paso bajo de banda ancha, ya que solo pueden ayudar a atenuar un rango específico de frecuencias. Debe elegir una selección de cuentas de ferrita y estrangular las frecuencias no deseadas en su banda resistiva. Si va demasiado bajo o demasiado alto, el cordón no tendrá el efecto deseado.

Antes de seleccionar un cordón de ferrita específico para su diseño, debe ver si el fabricante puede proporcionarle curvas de impedancia vs. corriente de carga para el cordón de ferrita. Con mucho, esta es la mejor herramienta que puede usar si no está seguro de cómo seleccionar un cordón de ferrita. Si sus corrientes de carga son muy altas, deberá seleccionar un cordón de ferrita que pueda resistirlas sin saturar y perder su impedancia dentro del rango de frecuencia deseado.

Precauciones

Las bolas de ferrita y los estranguladores de ferrita son esencialmente cargas resistivas a altas frecuencias, lo que significa que pueden causar algunos problemas en su circuito. Al colocar un cordón, deberá pensar en la caída de voltaje y la disipación de calor.

En los días de los circuitos de mayor voltaje, la caída de voltaje no era un gran problema. Ahora tenemos muchos circuitos de baja potencia que pueden usar voltajes de alrededor de 2 V. A esos niveles, no puede permitirse perder mucho. Las perlas de ferrita necesariamente causan una caída de voltaje de CC en su circuito. Puede que no parezca mucho, pero si sus circuitos integrados (IC) tienen un estado corto de consumo de alta corriente, la pérdida podría ser significativa. Coloque sus cuentas de ferrita donde no causen problemas de caída de voltaje.

Dado que los materiales de ferrita son resistivos a altas frecuencias, disipan principalmente la energía absorbida en forma de calor. Este calor no es necesariamente un problema para su PCB cuando se usa un estrangulador de ferrita en una línea de suministro de energía, pero puede convertirse en uno cuando se usa para disipar altas frecuencias a alta corriente. Si su sistema es especialmente ruidoso y el cordón absorberá muchas frecuencias altas, este calor podría convertirse en un problema. Asegúrese de tener en cuenta la disipación de calor del cordón.

Las cuentas de ferrita pueden ser bastante útiles, pero solo si comprende exactamente cómo funcionan. Recuerde que atenúan las señales en una banda bastante pequeña, y su efectividad depende de la temperatura y la corriente de carga. Para utilizar mejor un cordón de ferrita, debe asegurarse de que cumpla con sus especificaciones exactas. Luego, al colocar el cordón, asegúrese de tener en cuenta la caída de voltaje y el calor.

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