Mehrfachresonanzen für Induktoren mit Kern

Resonanzen in Bauteilen sind für Elektronikentwickler ein bekanntes Thema bei Arbeiten im Hochfrequenzbereich (z. B. EMI/EMV). Vergessen Sie nicht, Ihre Komponenten mit einem Impedanzanalysator zu testen, insbesondere wenn es sich um kundenspezifische magnetische Komponenten handelt.

Designer, die im Hochfrequenzbereich arbeiten, wissen, dass die Impedanz von Komponenten als Funktion der Frequenz nicht ideal ist. Dies ist von entscheidender Bedeutung, wenn versucht wird, Schaltkreise für hohe Frequenzen zu entwerfen, beispielsweise in drahtlosen HF-Systemen oder beim EMI/EMV-Design.

Wenn Sie die Grundlagen der Schaltungstheorie erlernen, arbeiten Sie zunächst mit Kapazitäten, Induktivitäten, Widerständen usw. Wenn Sie dann versuchen, Ihre Schaltungen aufzubauen, ersetzen Sie diese idealen Elemente durch Kondensatoren, Induktivitäten, Widerstände usw.

Wenn die reale Komponente dem idealen Element entspricht, funktioniert die Schaltung wie theoretisch erwartet. Wenn das Verhalten der Komponente jedoch nicht ideal ist, kann es zu unerwarteten Ergebnissen kommen und Sie müssen ein komplexeres Modell dafür finden.

In Abbildung 1 sehen Sie ein typisches Diagramm (Maß) der Impedanz eines Kondensators und einer Induktivität. Die Reaktion eines echten Kondensators ist nicht ideal (Abbildung 1, links) und bei der Eigenresonanzfrequenz SRF = 1,18 MHz (Phase 0º) wechselt der Kondensator von einer idealen kapazitiven Reaktion (1/ωC) zu einer induktiven Reaktion (ωL). weil die Parasiten in der Komponente.

Abbildung 1: Impedanz eines Kondensators (links) und einer Induktivität (rechts).

Die Reaktion eines echten Induktors ist nicht ideal (Abbildung 1, rechts). Bei der Eigenresonanzfrequenz SRF = 1,87 MHz (Phase 0º) wechselt der Induktor von einer idealen induktiven Reaktion (ωL) zu einer kapazitiven Reaktion (1/ωC), weil die Parasiten in der Komponente.

Dies liegt daran, dass wir beim Entwurf von HF-/EMI-Schaltkreisen (Filter, Entkopplungsnetzwerke usw.) typische Reihen- und Parallel-Ersatzresonanzkreise berücksichtigen (Abbildung 2).

Abbildung 2: Typisches Modell für einen Kondensator (links) und für eine Induktivität (rechts).

Ein sehr interessanter Fall findet sich bei vielen Induktoren mit Kern, wie sie in leistungselektronischen Schaltkreisen mit gestapelten Kernen und mehradrigen Kabeln verwendet werden (Abbildung 3): Transformatoren, Leistungsfaktorkorrekturschaltungen, EMV-Filter usw.

Abbildung 3: Ein typischer Induktor mit gestapelten Kernen und mehradrigem Kabel

Die Reaktion der Impedanz auf die Frequenz dieser Induktoren bietet mehrere Resonanzen, wie in Abbildung 4 dargestellt. Beachten Sie, dass die Komponente mehrere Resonanzfrequenzen bietet (nicht nur eine).

Abbildung 4: Typische Reaktion für einen Induktor mit gestapelten Kernen und mehradrigem Kabel.

Für den Designer ist es schwierig, die Komponente zu modellieren, da mehrere Serien- und Parallelresonanzkreise erforderlich sind, um dieses Verhalten zu reproduzieren (ein wirklich komplexes Modell). Einige Designer verwenden S-Parameter zur Modellierung der Komponente, achten jedoch auf Nichtlinearität wie Sättigung. Warum sind diese Resonanzen gefährlich?

Denn für EMI/EMV werden Induktivitäten oft in Reihe verwendet (Tiefpassfilter, PFC-Induktivität usw.). Die Idee besteht darin, bei niedrigen Frequenzen eine niedrige Impedanz und bei hohen Frequenzen eine hohe Impedanz zu bieten.

Wenn Sie jedoch an Resonanzen für die Markierungen 2, 4 und 6 denken, weist die Komponente bei diesen Frequenzen eine niedrige Impedanz auf („Kurzschluss“), sodass Sie bei diesen Frequenzen einen Anstieg der Emissionen feststellen werden. In unserem Beispiel 10,9 MHz, 31,4 MHz und 61,2 MHz

Wenn Sie die Reaktion Ihres Induktors nicht in Ihrem Impedanzanalysator messen, ist es schwierig zu verstehen, warum die Emissionen bei diesen Frequenzen besonders schlimm sind.

Die Situation kann auf verschiedene Arten gelöst werden, z. B. durch Austauschen des Induktors, Ersetzen der Kerne durch Kerne mit Verlusten in diesen Frequenzen (Resonanzen treten bei niedrigem Q auf), durch Ändern der Wicklungsstrategie usw.

Mein letzter Rat: Testen Sie Ihre Induktoren mit gestapelten Kernen, um die Emissionen mit ihren Resonanzfrequenzen zu vergleichen. Manchmal werden Sie von diesem Vergleich überrascht sein.

Arthur Medium erhielt seinen M.Sc. (1990) und promovierte (1997) in Elektrotechnik an der Universität Zaragoza (Spanien), wo er seit 1992 eine Lehrprofessur für EMI/EMC/RF/SI innehatte. Seit 1990 ist er in der Forschung und Entwicklung tätig Projekte in den Bereichen EMI/EMC/SI/RF für Kommunikation, Industrie und wissenschaftliche/medizinische Anwendungen mit fundierter Erfahrung in Schulung, Beratung und Fehlerbehebung für Unternehmen in Spanien, den USA, der Schweiz, Frankreich, Großbritannien, Italien, Belgien, Deutschland, Kanada, Die Niederlande, Portugal und Singapur. Er ist der Gründer von The HF-Magic Lab®, einem Speziallabor für Design, Diagnose, Fehlerbehebung und Schulung in den Bereichen EMI/EMC/SI und RF an der I3A (Universität Zaragoza), und seit 2011 ist er Dozent für Besser Associates (CA, USA) bietet öffentliche und Vor-Ort-Kurse zu EMI/EMC/SI/RF-Themen in den USA an, insbesondere im Silicon Valley/San Francisco Bay Area. Er ist Senior Member des IEEE, seit 1999 aktives Mitglied (Vorsitzender 2013–2016) des MTT-17 (HF/VHF/UHF) Technical Committee der Microwave Theory and Techniques Society und Mitglied der Electromagnetic Compatibility Society. Arturo ist unter [email protected] erreichbar. Website: www.cartoontronics.com.

arturo medianocomponentsemcemiEMI/EMC/SI/RF PraxistippsPraxistippsRF

Arturo Mediano erhielt seinen M.Sc. (1990) und promovierte (1997) in Elektrotechnik an der Universität Zaragoza (Spanien), wo er seit 1992 eine Lehrprofessur für EMI/EMC/RF/SI innehatte. Seit 1990 ist er in der Forschung und Entwicklung tätig Projekte in den Bereichen EMI/EMC/SI/RF für Kommunikation, Industrie und wissenschaftliche/medizinische Anwendungen mit fundierter Erfahrung in Schulung, Beratung und Fehlerbehebung für Unternehmen in Spanien, den USA, der Schweiz, Frankreich, Großbritannien, Italien, Belgien, Deutschland, Kanada, Die Niederlande, Portugal und Singapur. Er ist der Gründer von The HF-Magic Lab®, einem Speziallabor für Design, Diagnose, Fehlerbehebung und Schulung in den Bereichen EMI/EMC/SI und RF an der I3A (Universität Zaragoza), und seit 2011 ist er Dozent für Besser Associates (CA, USA) bietet öffentliche und Vor-Ort-Kurse zu EMI/EMC/SI/RF-Themen in den USA an, insbesondere im Silicon Valley/San Francisco Bay Area. Er ist Senior Member des IEEE, seit 1999 aktives Mitglied (Vorsitzender 2013–2016) des MTT-17 (HF/VHF/UHF) Technical Committee der Microwave Theory and Techniques Society und Mitglied der Electromagnetic Compatibility Society.

Deine Email-Adresse wird nicht veröffentlicht.

Kommentar

Name*

Email*

Webseite

Speichern Sie meinen Namen, meine E-Mail-Adresse und meine Website in diesem Browser für den nächsten Kommentar.

D