Guida a perline, manicotti e nuclei di ferrite
Quando si progettano apparecchiature elettroniche, è necessario controllare l'interferenza elettromagnetica (EMI) in un dispositivo per proteggere i componenti, e spesso le apparecchiature esterne, dai danni causati dai livelli di rumore ad alta frequenza.
Cosa sono le perline di ferrite?
Le interferenze elettromagnetiche (EMI) si verificano quando un campo elettromagnetico interferisce con un altro, causando delle distorsioni di entrambi i campi.
Alcune delle cause più comuni di EMI sono gli alimentatori a commutazione, le saldature ad arco, le boccole del motore e i contatti elettrici. Tutti questi aspetti possono essere problematici, non solo nelle apparecchiature stesse, ma anche in altre apparecchiature elettroniche nella zona circostante.
L'effetto delle EMI indesiderate può variare da lieve a disastroso. Ad esempio, le fonti di alimentazione producono EMI a bassa frequenza per armadi di dati e alloggiamenti per cavi elettrici. Se il cablaggio non è correttamente installato e protetto, sono possibili sovratensioni ad alta tensione, che generano rumore elettrico. Questi picchi possono danneggiare l'hardware, spesso corrompendo i dati. Ciò potrebbe interrompere le attività aziendali a molti livelli.
Per contrastare questi rischi, le soluzioni in ferrite vengono utilizzate per una vasta gamma di applicazioni, persino come componenti di generatori industriali. Le ferriti sono realizzate in composti ceramici con ossidi di ferro integrati con composti di nichel, zinco e manganese. Un singolo circuito di protezione su un PCB utilizza una singola perlina di ferrite a due conduttori.
Come funzionano le perline di ferrite?
Perline e nuclei di ferrite sono utilizzati nella progettazione di apparecchiature per eliminare e dissipare i livelli di rumore ad alta frequenza causati dai dispositivi elettromagnetici. I componenti in ferrite sono utilizzati per attenuare le EMI e possono essere estremamente efficaci.
Naturalmente, l'uso di cavi schermati con messa a terra e installati correttamente aiuta a sopprimere le EMI. Tuttavia, anche i nuclei di ferrite possono dover essere installati sul cablaggio. Il tipo di filtro di nucleo in ferrite utilizzato per sopprimere le EMI dipende da diversi fattori, tra cui:
- Quando si usa la ferrite (ad esempio, un filtro di induttanza a perline di ferrite può essere saldato direttamente a un circuito stampato)
- Quando è installata la soppressione EMI (ad esempio, è possibile installare un soppressore EMI in ferrite per cavi dopo che l'apparecchiatura è già in uso)
Come già detto, i cavi di controllo e alimentazione schermati correttamente installati sono un'opzione per eliminare i problemi di EMI che causano danni. Tuttavia, i manicotti di ferrite e le perline di ferrite sono altre soluzioni utili che riducono l'emissione EMI dai dispositivi. Impediscono che il cavo si comporti come un'antenna per altre fonti responsabili per le EMI e sono soluzioni molto convenienti.
Sono disponibili diversi tipi di materiali in ferrite e diverse forme di nucleo e perline in ferrite, ciascuno progettato per una specifica applicazione. La maggior parte agisce come "magneti morbidi", il che significa che producono solo le proprietà magnetiche necessarie per sopprimere le EMI vaganti quando sono sotto tensione.
Le specifiche del nucleo in ferrite sono solitamente denominate valori di permeabilità relativa del nucleo in ferrite. Questi valori sono determinati dalle esigenze specifiche della vostra applicazione. I produttori elencheranno questi valori, insieme ad altre informazioni necessarie nei documenti forniti con le specifiche del prodotto. Queste informazioni includono una tabella di saturazione del nucleo di ferrite per aiutarvi a calcolare i tipi di materiale in ferrite e il prodotto di cui avete bisogno per la vostra applicazione progettuale.
Cosa sono i nuclei di ferrite?
Quando si lavora con i componenti dell'induttore a perline di ferrite, si utilizza un calcolatore di induttanza per determinare i valori necessari per eliminare le EMI presenti nei componenti elettronici del progetto.
In alcune applicazioni, le EMI possono essere eliminati utilizzando un trasformatore di nucleo di ferrite. Il trasformatore stesso è costruito utilizzando un nucleo magnetico in cui gli avvolgimenti della bobina (induttore) sono realizzati su un componente del nucleo di ferrite.
Prima di progettare un trasformatore, controllate i requisiti e l'applicazione esatta, tra cui tensione di ingresso, tensione di uscita, corrente e frequenza di funzionamento.
I manicotti e i nuclei vengono spesso utilizzati per il cablaggio di alimentazione e controllo su dispositivi elettronici ed elettrici. I toroidi a manicotto vengono solitamente installati dopo che tutti i cavi sono stati collegati.
Tipi di ferriti
Per iniziare a scegliere il tipo corretto di nucleo, perline o manicotto in ferrite di cui avete bisogno per le vostre applicazioni di progettazione, utilizzate questo pratico grafico.
Per proteggere molteplici circuiti adiacenti su una scheda PCB, si utilizza una perlina soppressore multilinea.
Per il cablaggio rotondo, viene spesso utilizzato un manicotto quadrato in ferrite. L'anima è contenuta in un involucro in plastica con cardini che si apre per consentire l'inserimento del cavo, quindi si incastra insieme per fissare il nucleo in ferrite A5 attorno al cavo per eliminare le EMI. Per l'installazione su cavi esterni a scopo di retrofit o test, utilizzare un manicotto quadrato in ferrite con involucro in plastica.
Un'altra opzione è l'uso di un manicotto in ferrite con involucro rotondo in plastica, con le dimensioni per adattarsi al cavo utilizzato. Sia i nuclei di ferrite a cassa quadrata che quelli tondi attenuano qualsiasi forma di emissione di EMI e vengono spesso utilizzati come retrofit o a scopo di prova per calcolare le specifiche del filtro del nucleo di ferrite e i requisiti di progettazione. Per l'installazione su cavi di alimentazione tondi, utilizzare un manicotto in ferrite con involucro rotondo in plastica.
Per far passare il cavo attraverso e intorno a un nucleo in ferrite senza bisogno di involucro, utilizzare un toroide a manicotto in ferrite, rotondo/senza involucro.
Ferriti intere per cavi piatti
Per cavi piatti in dispositivi elettronici, utilizzare un nucleo in ferrite per cavi piatti.
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