Điều gì chính xác xảy ra với các tín hiệu nhấn một chế độ chung bị sặc?


22

Tôi đang cố gắng để hiểu rõ hơn các nguyên tắc đằng sau chế độ chung bị sặc. Tôi đã làm một vài bản vẽ để làm rõ.

 
Tín hiệu chế độ vi sai

Dòng điện vi sai (được điều khiển bởi điện áp vi sai) tạo ra từ trường B bằng nhau nhưng ngược chiều trong lõi cuộn cảm:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Các từ trường này triệt tiêu lẫn nhau, do đó từ thông ròng trong lõi bằng không. Như vậy, các dòng điện vi sai này không "cảm thấy" bất kỳ trở kháng nào.

 
Tín hiệu chế độ chung

Ngược lại, dòng điện chế độ chung tạo ra từ trường bằng nhau và phụ gia trong lõi. Đó là lý do tại sao họ "cảm thấy" trở kháng cao và không thể vượt qua (hoặc vượt qua có nghĩa là họ bị suy giảm nghiêm trọng).

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Nhưng chính xác thì chuyện gì xảy ra? Tôi có một số lý thuyết, mà tôi sẽ mô tả dưới đây.

 
Tín hiệu chế độ chung - Lý thuyết 1

Suy nghĩ đầu tiên của tôi sẽ là tín hiệu chế độ chung chạm vào cuộn cảm và tạo ra một từ thông bên trong. Bằng cách này, rất nhiều năng lượng bị mất (độ trễ và có lẽ các hiệu ứng khác) dưới dạng nhiệt. Chỉ một phần nhỏ được thông qua:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Loại sặc chế độ phổ biến nào sẽ hành xử theo cách đặc biệt này? "Đốt cháy" điện áp tăng vọt dường như là một hiệu ứng rất mong muốn đối với tôi.

 
Tín hiệu chế độ chung - Lý thuyết 2

Có lẽ điện áp tăng vọt không thực sự có cơ hội tích tụ nhiều từ thông trong lõi, hoặc có thể lõi đơn giản là không "mất" đủ. Điện áp tăng vọt ra khỏi lõi và quay trở lại. Chỉ một phần nhỏ được thông qua:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Mặc dù hệ thống ở phía bên phải của cuộn cảm được bảo vệ, hệ thống bên trái phải xử lý tín hiệu phản xạ. Những thứ khó chịu như sóng đứng có thể xuất hiện.

 
Những câu hỏi của tôi

Tôi có một vài câu hỏi cho bạn:

  1. Bạn có nghĩ lý thuyết 1 hay lý thuyết 2 là hợp lý nhất không?

  2. Bạn có nghĩ rằng một số loại cuộn cảm chế độ phổ biến có xu hướng hành xử như được mô tả trong lý thuyết 1, những loại khác như trong lý thuyết 2 không?

  3. Có lẽ cả hai lý thuyết của tôi đều sai. Nếu vậy, những gì thực sự xảy ra?

Vui lòng làm sáng tỏ cho tôi.

Câu trả lời:


15

Thêm vào câu trả lời của Andy, không cần lặp lại những gì anh viết.

Từ những gì bạn viết, tôi nghĩ vấn đề của bạn là về cách hiểu trực giác cách thức hoạt động của cuộn cảm. Hãy xem xét một cuộn cảm:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Cuộn cảm này chỉ có một dây. Dòng điện chạy qua tạo ra một từ thông được cuộn bởi chính cuộn dây và tạo ra một điện áp chống lại sự thay đổi của dòng điện. Tôi cho rằng bạn biết về điều đó.

Bây giờ, chia dây theo chiều dọc. Bây giờ bạn có cùng một cuộn cảm, nhưng với hai dây quấn theo cùng một hướng:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Dòng điện chế độ chung chạy qua các dây này theo cùng một hướng. Do đó, không có vấn đề gì nếu bạn có một dây mang dòng I hoặc hai dây mỗi dây mang I / 2.

(Nếu cả hai dây được kết nối như trên hình ảnh đầu tiên của Andy, thì kết quả giống như có một dây).

Suy nghĩ đầu tiên của tôi sẽ là tín hiệu chế độ chung chạm vào cuộn cảm và tạo ra một từ thông bên trong. Bằng cách này, rất nhiều năng lượng bị mất (độ trễ và có lẽ các hiệu ứng khác) dưới dạng nhiệt. Chỉ một phần nhỏ được thông qua

Vì vậy, đây không phải là cách nó hoạt động. Nó chỉ đơn giản là một cuộn cảm không hoạt động trên các tín hiệu vi sai, chỉ trên các chế độ chung. Nó thêm trở kháng chế độ phổ biến do độ tự cảm của nó.

Nhưng làm thế nào để loại bỏ tiếng ồn?

Đơn giản. Đây là một cuộn cảm, vì vậy nó sẽ cản trở dòng chảy của chế độ chung tần số cao, chỉ đơn giản bằng cách thêm trở kháng.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Ở đây, hai nguồn AC "Vhc1" và "Vhc2" có cùng giá trị, vì vậy chúng thêm nhiễu điện áp chế độ chung vào "LINE1" và "LINE2".

Điện áp nhiễu này sẽ dẫn đến một dòng điện qua cuộn cảm, sau đó là thiết bị bên phải và dòng điện này sẽ trở lại qua một mặt đất rõ ràng (nếu cả hai phần của thiết bị được nối đất) hoặc thông qua bất kỳ phương tiện nào có thể tìm thấy (điện dung ký sinh thông qua không khí, hoặc cáp khác kết nối với thiết bị khác).

Dòng điện chế độ chung HF chạy qua dây cáp biến chúng thành ăng ten, đó là một ý tưởng tồi.

Cuộn cảm thêm trở kháng trên mạch, do đó làm giảm dòng điện. Đơn giản như thế.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Trong ảnh trên, cuộn cảm ở bên trái có thêm trở kháng chế độ chung cho đường dây và các mũ ngắn tiếng ồn chế độ chung còn lại với trái đất. Về cơ bản, đây là một bộ chia điện áp hoặc bộ lọc thông thấp LC, ngoại trừ nó xử lý hai dây thay vì một.

Hãy nghĩ "bộ chia điện áp". Cuộn cảm làm tăng trở kháng của nguồn nhiễu, cho phép các nắp có hiệu ứng lọc tốt hơn.

Cách dây là vết thương có thể có tác dụng khác nhau. Để lọc chế độ chung tốt nhất, hãy xoắn các dây với nhau (hoặc cuộn toàn bộ cáp quanh lõi từ tính). Các cuộn cảm bạn hiển thị có một số khoảng cách giữa hai dây, vì vậy hiệu quả lọc chế độ phổ biến sẽ ít hơn một chút. Tuy nhiên, cách điện giữa hai dây tốt hơn nhiều, và cuộn dây này cũng thêm độ tự cảm chế độ vi sai trong mỗi dây, làm cho thành phần thực hiện hai vai trò.

Nhiều hơn hai dây có thể được sử dụng. Trên thực tế, bạn có thể luồn toàn bộ cáp qua lõi ferrite (tìm cáp USB có một trong các cáp này trên máy tính của bạn):

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Biểu đồ cho bạn biết trở kháng được thêm vào cáp của bạn ở chế độ chung.

Ngoài ra, cuộn cảm ferrite là mất mát. Điều này có nghĩa là vật liệu này được thiết kế để trở thành một máy biến áp khá nhảm nhí, với hiệu suất thấp ở tần số cao. Nó có độ trễ cao. Điều này có nghĩa là nó biến từ trường HF thành nhiệt. Vì vậy, trên một tần số nhất định, cuộn cảm ngừng cảm ứng và hoạt động giống như một điện trở.

Nếu bạn đặt cuộn cảm trên cáp, thực tế nó bị mất rất hữu ích, vì nó giết chết các cộng hưởng có thể biến cáp thành ăng ten hiệu quả.

CHỈNH SỬA

Kiểm tra trở kháng của hạt ferrite. Đây không phải là một chế độ chung bị sặc, nhưng các thuộc tính thú vị nằm trong chính vật liệu ferrite. Nếu đó là vết thương đơn lẻ, trở kháng chế độ chung sẽ có cùng đặc điểm.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

( nguồn )

Phần được đánh dấu "X" là trở kháng cảm ứng. Và phần được đánh dấu "R" là điện trở. Phần này sẽ hút như một cuộn cảm, nó sẽ có Q rất thấp, tổn thất rất nhiều, không có cách nào để tạo ra một mạch tank LC được điều chỉnh với điều đó. Tuy nhiên, tổn thất là công cụ tuyệt vời khi bạn muốn biến tiếng ồn HF thành nhiệt.

Có rất nhiều vật liệu ferrite khác nhau, một số được tối ưu hóa cho tổn thất thấp và làm cho cuộn cảm chất lượng tốt, một số khác được tối ưu hóa cho tổn thất cao ở tần số nhất định.

Nếu nó được chỉ định là "triệt tiêu EMI" hoặc "hạt ferrite" hoặc "sặc" và không phải là cuộn cảm, bạn sẽ nhận được các vật liệu bị mất. Sau đó, bạn phải kiểm tra đường cong trở kháng để đảm bảo họ sẽ lọc tần số bạn muốn.


Cảm ơn bạn rất nhiều. Bạn đã viết một bài viết hoàn chỉnh về chủ đề này! Tôi muốn nhảy vào đoạn cuối của bạn. Bạn nói: "Ngoài ra, cuộn cảm ferrite là mất mát. ... thực tế là mất mát là rất hữu ích, vì nó giết chết các cộng hưởng." Có lẽ bạn có thể đi sâu hơn vào chủ đề này? Làm cách nào để phân biệt bộ lọc chế độ chung mất dữ liệu và không mất và loại biểu đồ giúp tôi đánh giá chúng là gì?
K.Mulier

kiểm tra chỉnh sửa ở trên
peufeu

Cảm ơn bạn rất nhiều vì đã chỉnh sửa. Thật không may, nhiều datasheets chế độ phổ biến chỉ đưa ra một biểu đồ hiển thị tổng trở kháng Z, không tách nó ra trong các thành phần R và X. Các tổn thất trong lõi ferrite là hoàn hảo để "đốt cháy" tiếng ồn. Nhưng không nên đặt tụ điện song song trước hoặc / và sau khi chế độ chung bị sặc? Làm thế nào bạn sẽ tính toán chúng, như vậy mà hiệu ứng rung và dao động khó chịu không xảy ra? Cảm ơn bạn rất nhiều vì tất cả sự giúp đỡ của bạn :-)
K.Mulier

Trong ví dụ về bộ lọc chính ở trên, có mũ. Tuy nhiên, nếu thiết bị của bạn là một thiết bị usb tự cấp nguồn như một ổ cứng nhỏ, thì không có đất / mặt đất để liên kết các nắp. Vì vậy, cách duy nhất để giảm nhiễu chế độ phổ biến và ngăn cáp trở thành ăng-ten là không tạo ra nhiễu ở nơi đầu tiên, hoặc tăng trở kháng chế độ chung của cáp với cuộn cảm.
peufeu

@DanielTork Tôi không chắc bạn đang hỏi gì ... Một cuộn cảm hoạt động như thế này: dòng điện trong một cuộn dây tạo ra từ trường, tạo ra từ thông trong cùng một cuộn dây, tạo ra điện áp bên trong cuộn dây đối nghịch với sự thay đổi của dòng điện. Một cuộn cảm ở chế độ chung có 2 cuộn dây thay vì 1. Khi dòng điện chạy trong 2 cuộn dây ngược chiều nhau, chúng tạo ra từ trường có cực ngược nhau, do đó nó không tạo ra từ thông và không tạo ra điện áp vào cuộn dây.
peufeu

12

Đối với cuộn cảm ở chế độ chung thông thường, trở kháng chế độ vi sai giảm về cơ bản đối với điện trở dây, trong khi trở kháng chế độ chung phần lớn là cảm ứng, với điện trở dây là một thành phần nhỏ.

Vì độ tự cảm càng cao, độ suy giảm tín hiệu chế độ chung càng cao, mục tiêu là có độ tự cảm cao hơn. Điều này dẫn đến các thiết kế nhằm tránh bão hòa lõi và tổn thất lõi, do đó, thậm chí có tính đến tính phi tuyến tính từ lõi sắt từ, một cuộn cảm thông thường, hai cuộn dây, phổ biến hơn thể hiện trở kháng cơ bản đối với tín hiệu chế độ chung.

Do đó, rất ít năng lượng bị tiêu tán bên trong cuộn cảm, do đó tín hiệu chế độ chung về cơ bản là "phản xạ lại" từ nơi nó đến (lý thuyết số 2 của bạn).

Xem tài liệu liên quan này từ ST:

Cụ thể những đoạn trích này (nhấn mạnh của tôi):


nhập mô tả hình ảnh ở đây

[...]

nhập mô tả hình ảnh ở đây


Nói rõ hơn: thực tế là trở kháng quy nạp ngụ ý sự phản xạ đối với nguồn phụ thuộc vào sự bảo toàn nguyên lý năng lượng. Vì về cơ bản không có thành phần điện trở nào có thể giải thích năng lượng tín hiệu chế độ chung bị tiêu tán (chuyển thành nhiệt), năng lượng đó phải đi đến một nơi khác: nó sẽ (tạm thời) được lưu trữ trong từ trường tích tụ trong cuộn cảm và phản ánh lại từ nơi nó đến.


Tuy nhiên, một cuộn cảm CM thực sự sẽ có hành vi phức tạp hơn, chủ yếu là do điện dung ký sinh và cho thấy cực đại cộng hưởng ở cường độ trở kháng của nó, như được hiển thị ở đây bởi đường cong màu xanh (từ cùng một tài liệu được liên kết ở trên):

nhập mô tả hình ảnh ở đây


Thật thú vị, cảm ơn bạn rất nhiều :-). Tôi chỉ không hiểu hình dưới đây. Tại sao đường cong màu xanh - trở kháng chế độ phổ biến - chỉ 3 Ohm cho tần số dưới 30 MHz? Trong thực tế, đối với các tần số này, trở kháng chế độ vi sai dường như cao hơn trở kháng chế độ chung. Thật lạ ...
K.Mulier 27/07/17

@ K.Mulier Điều đó không có gì lạ nếu bạn hiểu các phương trình trong đoạn trích ở trên. Từ các biểu thức.8,9, chúng ta thấy rằng đối với các tần số thấp, tức là f & về; 0, Z1diff = R1 abd Z2diff = R2. Từ các biểu thức.6,7, chúng ta thấy rằng Z1cm & cong; R1 và Z2cm & cong; R2. Hệ số gần đúng cuối cùng này được tính gần đúng hơn khi hệ số ghép k gần 1, chỉ là lý thuyết. Nếu L1 và L2 không khớp với M, thì Z1cm sẽ lớn hơn Z1diff. Điều tương tự giữ cho Z2. BTW, chúng ta đang nói về cường độ trở kháng ở đây.
Lorenzo Donati hỗ trợ Monica

9

Đối với dòng điện vi sai thông thường, hai cuộn dây "trừ" điện cảm của chúng một cách hiệu quả và do đó dòng điện hầu như không bị cản trở.

Khi dòng điện là chế độ chung, độ tự cảm đầy đủ của cả hai cuộn dây đều có mặt và do đó dòng điện bị cản trở mạnh hơn nhiều.

Dưới đây là một hình ảnh nên giúp đỡ. Một đầu vào và đầu ra duy nhất được hiển thị cho thấy các trở kháng khác nhau mà bạn có được khi bạn đảo ngược hướng của một trong các dòng điện.

Kịch bản đầu tiên là cho một chế độ phổ biến hiện tại mà chúng tôi sẽ tìm cách chặn: -

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.