Frage:
Über die Möglichkeit von Stahlnägeln als EMI-Filter
ASWIN VENU
2020-01-07 10:10:34 UTC
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Ich lebe an einem Ort, an dem Ferritperlen zur EMI-Unterdrückung schwer zu bekommen sind. Ich dachte, Stahl hätte einen sehr hohen Eisenverlust, besonders bei hohen Frequenzen. Ist es also zumindest theoretisch möglich, harte Stahlnägel zu verwenden, um hochfrequentes Rauschen beispielsweise in Netzteilen zu dämpfen?

Ich weiß es nicht.Und Google hat auch nichts für ein Diagramm über die relative Impedanz gegenüber der Frequenz von Stahlnägeln gefunden.Da ich es nicht ausprobiert habe, überlasse ich es denen, die in ihren Projekten weitaus häufiger Stahlnägel anstelle von Ferritperlen verwenden als ich.
Sie leben also an einem Ort, an dem Ferritperlen schwer zu bekommen sind, Netzteile, die hochfrequente EMI erzeugen, jedoch nicht?
@BruceAbbott Ja, die hier verfügbaren SMPS-Module sind alle sehr laut.
In den meisten SMPS-Modulen ist die EMI-Unterdrückung integriert. Wenn dies nicht ausreicht, können Sie möglicherweise Teile von überschüssigen Einheiten entfernen?(Ich lebe an einem Ort, an dem Komponenten aller Art leicht zu bekommen sind, aber ich zerlege immer noch alte Geräte für Teile, anstatt alles einfach wegzuwerfen).
Ja, "am meisten".Aber ich habe noch kein Modul gesehen, das Sie in Komponentengeschäften kaufen können.Hier sind nur chinesische verfügbar.Natürlich haben es SMPS in kommerziellen und Markengeräten.Aber teure Geräte zu zerlegen macht keinen Sinn und deshalb habe ich an Stahlnägel gedacht.
Sicher ist es möglich, aber (als ich EMI-Testanforderungen hatte) bedeuteten die Wiederholbarkeitsanforderungen, dass wir solche Dinge nicht in einem Produkt verwenden konnten.Man kann auch einen Draht in einem einfachen Knoten binden, um einen Induktor zu bilden.
@BruceAbbott Die meisten "gut gebauten" Module, ja.Es gibt immer noch genug Mist auf dem Markt.
Alte Kabel zu Computermonitoren oder Fernsehgeräten abfangen?Sie kommen so ziemlich alle mit einem Ferrit.
Fünf antworten:
Andy aka
2020-01-07 14:54:36 UTC
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Ich dachte, Stahl hat einen sehr hohen Eisenverlust, besonders bei hohen Frequenzen. So ist es zumindest theoretisch möglich, hart zu verwenden Stahlnägel zur Dämpfung von Hochfrequenzgeräuschen in beispielsweise Netzteilen?

Nein, nicht wirklich. Eine Ferritperle (zum Beispiel) beruht darauf, dass das äußere Ferritmaterial (nicht der durchgehende Draht) bei niedrigen Frequenzen sowohl ein schlechter elektrischer Leiter als auch bei hohen Frequenzen ein verlustbehafteter Kondensator wird und EMI in Wärme umwandeln kann. Hier einige Beispiele aus Murata: -

enter image description here

Wie Sie sehen sollten, sind FBs so konzipiert, dass sie auf einen bestimmten Frequenzbereich abzielen. Verschiedene Werte im gleichen Modellbereich können ausgewählt werden, um eine bessere Dämpfung in bestimmten Teilen des Spektrums zu erzielen und gleichzeitig die Signalverluste relativ gering zu halten das sollte nicht wesentlich gedämpft werden.

Ich lebe an einem Ort, an dem Ferritperlen zur Emi-Unterdrückung schwer zu bekommen sind bekommen

Ein Nagel hat keine der lebenswichtigen Eigenschaften von Ferrit, die ihn als Dämpfungsglied sehr nützlich machen. dass es als verlustbehafteter Kondensator wirkt, wenn die Frequenz höher wird und daher mit der parallelen Induktivität des durchgehenden Drahtes in Resonanz steht.

Es gibt ein gutes Dokument von Analog Devices, in dem die Dinge ausführlicher erläutert werden. Dieses Dokument zeigt das entwickelte Modell für einen Tyco Electronics BMB2A1000LN2: -

enter image description here

R1 und C1 stellen das verlustbehaftete Dielektrikum des Ferritmaterials dar, und das erhalten Sie mit einem normalen Stück Eisen oder einem Nagel einfach nicht. Falls jemand den Tippfehler im obigen ADI-Bild bemerkt (L1 = 1,208 uF), sollte er 1,208 uH lesen, wodurch eine Spitzenresonanz bei etwa 112 MHz erzeugt wird.

Meinten Sie verlustbehafteten Widerstand?Denn in dem von Ihnen angegebenen Link heißt es: "Es wird über den vorgesehenen Frequenzbereich resistiv und leitet die Rauschenergie in Form von Wärme ab."und "Um hochfrequentes Rauschen zu reduzieren, muss sich die Perle im Widerstandsbereich befinden. Dies ist besonders für Filteranwendungen mit elektromagnetischer Interferenz (EMI) wünschenswert. Die Komponente wirkt wie ein Widerstand, der das hochfrequente Rauschen hemmt und es als Wärme abführt."
@ASWINVENU nein, weil ein verlustbehafteter Widerstand nur ein Widerstand ist.Ich meinte einen verlustbehafteten Kondensator, der als Kondensator parallel zu einem Widerstand modelliert werden kann.dieser Widerstand, der die dielektrischen Verluste darstellt.
Aber die Webseite sagt nichts darüber aus.Es sagt jedoch etwas über die Resonanz aus. "Eine Ferritperle kann als vereinfachte Schaltung modelliert werden, die aus Widerständen, einer Induktivität und einem Kondensator besteht, wie in Abbildung 1a gezeigt. RDC entspricht dem Gleichstromwiderstand der Perle. CPAR, LBEAD,und RAC sind (jeweils) die parasitäre Kapazität, die Perleninduktivität und der Wechselstromwiderstand (Wechselstromkernverluste), die mit dem Kügelchen verbunden sind. "
Schon früh heißt es: * Wechselstromwiderstand (Wechselstromkernverluste) im Zusammenhang mit der Perle * und dies ist das Herzstück dessen, wovon ich spreche.Der Ferritkern ist für Gleichstrom grundsätzlich nicht leitend, da Sie den Ferrit als winzige isolierte Leitfähigkeitsinseln betrachten können, die eine Kapazität zueinander besitzen, sodass diese Leitfähigkeitsinseln mit steigender Frequenz kapazitiv verbunden werden.Sie sind jedoch keine perfekten Leiter und haben daher einen Verlust. Der kombinierte Effekt ist Kapazität und Widerstand in Parallel- / Reihenanordnungen, die als einzelner Kondensator parallel zu einem Widerstand in großen Mengen modelliert werden können.
Ok, jetzt ist klar, danke.Und noch etwas: Kann ich die Toroide auf einem Computer-Motherboard zum Emi-Filtern verwenden?
@ASWINVENU Es besteht eine gute Chance, dass diese Toroidkerne aus Ferrit oder ähnlichem bestehen. Es ist also einen Versuch wert.Da jedoch nicht alle gleich sind oder für denselben Zweck hergestellt wurden, kann Ihr Kilometerstand variieren.
@ASWINVENU Die in einigen Schaltversorgungen verwendeten Toroide sind wahrscheinlich Gleichtaktfilterdrosseln. Daher ist es eine gute Idee, sie so zu verwenden, wie sie elektrisch vorgesehen sind. Sie benötigen jedoch Erdungskondensatoren, um sie effektiv zu machen.Andererseits ist es wahrscheinlich nicht so effektiv, den Ferrit neu zu verwenden, wie Sie denken, bei Frequenzen, bei denen FBs wirksam sind.FBs beginnen oberhalb von 10 MHz wirksam zu werden, und der Ferrit in Toroiden (sofern nicht speziell ausgewählt) kann EMI über 10 MHz nicht gut unterdrücken (genau wie viele FBs EMI über 100 MHz nicht gut unterdrücken können).Pferde für Kurse.
analogsystemsrf
2020-01-07 14:57:15 UTC
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Früher haben Menschen verlustbehaftete Induktoren (Drosseln) hergestellt, indem sie 100 Windungen um einen 100-Ohm-Widerstand gewickelt haben.Drossel und Widerstand parallel schalten.

Die Verwürfelung / Zufallswicklung sollte die kohärente Kapazität zwischen den Schichten des Drahtes minimieren und somit das Risiko von Resonanzen verringern.

Wenn diese RFC-Hochfrequenzdrossel in der Platte eines Klasse-C-Verstärkers wäre, würden Sie wahrscheinlich einen 2-Watt-1000-Ohm-AllenBradley-Widerstand verwenden.Der große Widerstand wurde benötigt, um die Hochspannung zu überstehen

Lesen Sie einige Konstruktionsartikel in alten ARRL-Handbüchern (Schinken).Oder QST-Magazine.

Das waren die Tage :-) +1
John Doty
2020-01-08 08:41:56 UTC
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Die vollständige Theorie hier ist sehr chaotisch. Sie haben Hauteffekt und Hystereseverlust im Spiel. Also dachte ich, ich würde ein Experiment machen. Ich habe eine Spule aus Magnetdraht Nr. 32 auf einen verzinkten 10D 3 "-Stahlnagel gewickelt. Hier ist die Spule:

enter image description here

Beachten Sie, dass das Lineal Zentimeter ist.

Ich habe die Dämpfung mit der Spule gemessen, die in Reihe zwischen einem Sinusfunktionsgenerator und einem Oszilloskop mit einem 50-Ohm-Abschlusswiderstand am Eingang geschaltet ist. Daraus berechnete ich die Impedanz gegen die Frequenz:

enter image description here

Nicht so verschieden von einer Ferritdrossel.

Bearbeiten:

Für weitere Details habe ich mehr Messungen mit einem verschärften Testaufbau durchgeführt. Ich gebe Rohmessungen für Ihren Rechenspaß. Die Eingangsspannung betrug 1 V RMS-Sinuswellen: Ich habe den Ausgang des Funktionsgenerators für jede Frequenz neu eingestellt. Die Zeitverzögerung durch den Aufbau mit kurzgeschlossener Spule betrug 29 ns, gemessen mit einer Rechteckwelle. Ich habe die unten stehende Verzögerung dafür nicht korrigiert.

  • MHz Volt Verzögerung (ns)
  • 1,0 0,36 100
  • 1,4 0,34 71
  • 2,0 0,28 59
  • 2,8 0,25 48
  • 4,0 0,21 38
  • 5,6 0,19 32
  • 8,0 0,16 28
  • 11,0 0,15 24
  • 16,0 0,16 21
  • 22,0 0,22 20

    • Die "Resonanz" ist extrem breit.

    Danke, dass du ein Experiment gemacht hast.Sie sagen also, es ist möglich, Stahlnägel zu verwenden?
    Möglich?Sicher.Möglicherweise sind einige Experimente erforderlich, um es zum Laufen zu bringen.Ein anderer Nagel kann zu einem anderen Ergebnis führen.
    Ok, meine Theorie war, dass Eisenverluste zur Dämpfung beitragen.Ist das korrekt?oder gibt es eine andere Erklärung?
    Wie gesagt, die Theorie ist schwierig.Es gibt eine Kombination aus ohmschem Verlust (Wirbelströmen) und magnetischem Hystereseverlust, aber ich habe keine Berechnung.
    Nein, ich bin nur neugierig.In der ersten Antwort sagte jemand etwas über Ferrit als verlustbehafteten Kondensator.Ich frage mich, wie das ist.Auch jemand sagte, der Nagel fungiere als kurzgeschlossener Transformator.
    6 Punkte reichen nicht aus, um das Q (und den Verlust) des Induktors zu ermitteln.Können Sie bei einigen Zwischenfrequenzen (z. B. 2,3,4,5 MHz usw.) testen, um die Spitzenantwort zu bestimmen?Was bekommen Sie auch, wenn dieselbe Spule auf einen inerten Kern gewickelt ist?(Entschuldigung für die Frage, ich würde es selbst tun, aber ich habe nicht die Ausrüstung).
    Ich stimme @BruceAbbott, zu, es besteht eine vernünftige Möglichkeit, dass die Eigenkapazität der Wicklung eine Eigenresonanzfrequenz erzeugt, und auch das Auftragen der Impedanz sagt Ihnen nicht wirklich, wie hoch die Verluste sind.Eine Impedanz von 100 Ohm bei vielleicht 1000 kHz ist nicht das, was ich allgemein als nützlich bezeichnen würde.Sie haben grundsätzlich einen Induktor mit einer niedrigen Eigenresonanzfrequenz hergestellt.
    Es könnte interessant sein, eine Sekundärwicklung mit einem Widerstand (100 Ohm?) Hinzuzufügen.Ich denke, das würde Ihnen bei höheren Frequenzen einen echten Verlust bringen.
    @Andy aka Die Steigung und die Phasenverzögerung geben Auskunft über die Dissipation.Die Steigung liegt weit unter dem, was Sie von einem LR-Tiefpass erwarten würden, und die maximale Phasenverzögerung (nach Berücksichtigung von Kabelverzögerungen) beträgt nur 25 Grad (bei 1 MHz).Es ist also ein mieser Induktor, sehr verlustbehaftet, wie die Ferrit-EMI-Induktoren.
    Ich bezweifle nicht, dass es verlustbehaftet ist, ich versuche nur, es zu charakterisieren.Wissen Sie, wie hoch die Resonanzfrequenz ist?Welche Stärke hat der Draht (und / oder wie hoch ist der Widerstand der Spule?).
    @Bruce Abbot Wie ich oben sagte, ist es # 32 Magnetdraht.Der Gleichstromwiderstand beträgt ~ 5 Ω.
    @Bruce Abt Siehe Bearbeiten.Habe Spaß.
    bobflux
    2020-01-07 16:56:13 UTC
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    Wie Andy erklärte, funktioniert Stahl nicht.Außerdem wird seine magnetische Permeabilität mit zunehmender Frequenz geringer. Wenn Sie einen Induktor über einen Nagel wickeln, wirkt der Induktor durch den leitfähigen Nagel als Transformator mit einer kurzgeschlossenen Sekundärwicklung * und der Induktor ist ziemlich unbrauchbar.

    Auf alten Kabeln können Sie Ferritkerne kostenlos erhalten.

    enter image description here

    *: Induktivitäten mit festen leitenden Kernen (wie ein Nagel) sind eine schlechte Idee.Das Wechselstrommagnetfeld induziert Wirbelströme in den Kern, wodurch der Induktor in einen Transformator verwandelt wird.Die Primärwicklung dieses Transformators ist die Induktivität, und die Sekundärwicklung ist der Kern selbst, der mit einer Sekundärspule mit einer einzigen kurzgeschlossenen Windung identisch ist.

    enter image description here

    Dies erhöht die Verluste (hier kein Problem), macht aber auch den Induktor weniger effektiv ... nicht das, was Sie zum Filtern wollen.

    Als Transformator?Ich denke nicht.Ich habe Experimente durchgeführt, bei denen nur der Primärtransformator verwendet wurde, damit er sich genau wie ein Induktor verhält.Ich glaube, Sie sprechen von Wirbelstromverlusten.
    Ja, Wirbelströme sind das, was passiert, wenn der Kern leitend ist und zur Sekundärseite des Transformators wird ... Ich habe der Antwort einige Erklärungen hinzugefügt.
    Ja das ist der Punkt.Der Ferrit leitet die EMI als Wärme in Form von Eisenverlust ab.
    Mike Waters
    2020-01-09 20:57:16 UTC
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    Nicht weniger ein Guru als Tom Rauch, W8JI selbst entlarvte die Idee, anstelle von Ferrit einen massiven Stahlkern zu verwenden.

    Von https://www.w8ji.com/steel_wool_balun.htm:

    Bolzenbaluns, Stahlwolle-Balun-Kerne und andere massive Eisen- oder Stahl- oder laminierte Kerne sind ein HOAX. Sie sind überhaupt keine Baluns. Der folgende Text erklärt, warum es sich um Scherze handelt.

    Ein Problem tritt auf, wenn sich die Magnetfelder ändern. Ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt Ströme in jedem geschlossenen Leiterweg, sogar in Eisen. Dieser Strom wird als "Wirbelstrom" bezeichnet. Die Strommenge hängt von der Größe der Eisenpartikel, die den Leiter bilden, und der Änderungsrate des Magnetfelds ab. Je größer die Partikel sind, desto größer wird die Leiterfläche für Wirbelströme. Je größer der Bereich ist, desto niedriger ist die Frequenz, bei der Wirbelstrom Probleme verursacht.

    Wirbelströme erzeugen ein eigenes entgegengesetztes Magnetfeld zum einfallenden Feld, das den Kern anregt. Wenn das Eisen einen ausreichend großen Querschnitt hat, drücken Wirbelströme und die aus den Wirbelströmen resultierende Gegen-MMF die Magnetfelder zurück aus dem Kern. Mit zunehmender Frequenz hat ein Eisenpartikel einer bestimmten Größe eine Frequenz, bei der die Induktivität abzunehmen beginnt. Dieser Effekt ist auf die "kurzgeschlossene Kurve" zurückzuführen, die einen entgegengesetzten Fluss erzeugt. Wenn die Frequenz weiter zunimmt, nimmt die Induktivität ab. Bei einer bestimmten Frequenz kann der Kern das Feld nicht mehr unterstützen und reduziert aufgrund von Wirbelströmen tatsächlich die Induktivität.

    Zum Beispiel zeigt das Einsetzen eines massiven Eisenbutzenes in eine kleine HF-Spule ein Verhalten, das fast identisch mit der Verwendung von Messing- oder Aluminiumbutzen ist. Das Einsetzen eines festen Eisenstücks kann die Magnetfeldkonzentration und -induktivität in der Nähe von Gleichstromfrequenzen erhöhen, aber bei einigen höherfrequenten Wirbelströmen und der Unfähigkeit des Kerns, Feldänderungen zu folgen, nimmt die Flusskonzentration ab ..... und erreicht schließlich Null . Bei einer gewissen Frequenz übernimmt der Zähler MMF. Die Induktivität wird tatsächlich durch den Kern reduziert. ...

    Ich habe hier denselben Test mit Eisen-, Messing- und Aluminiumkernen mit denselben Ergebnissen durchgeführt. Ich habe einen MFJ-259B verwendet, während Tom die teuren Testgeräte in seinem Labor verwendet hat.

    ... Lassen Sie uns diesen Mythos über Stahlwolle und Stahlbolzenbaluns stoppen. Audiokernmaterialien werden aus gutem Grund laminiert oder pulverisiert. HF-Kerne sind kleine isolierte Partikel, die aus einem bestimmten Grund zusammengepackt sind. Ein festes Material verhält sich nicht wie ein Material mit kleinerem Querschnitt.

    Die gleichen Prinzipien für eine gute EMI-Drossel gelten auch hier. Sicher, ein Balun leitet HF auf den Mittelleiter und die Innenseite der Abschirmung. Seine Hauptfunktion besteht jedoch darin, jeden Gleichtaktstrom an der Außenseite der Abschirmung zu drosseln.

    Außerdem wird jede unerwünschte Energie, die in einer EMI-Drossel abgeführt wird, in Form von Wärme vorliegen. Eine EMI-Filterdrossel muss einen hohen Widerstand bei HF haben, wenn sie nicht wie ein Balun HF passieren soll.

    Ich glaube, das OP spricht nicht von einem Balun, sondern von einer verlustbehafteten EMI-Drossel.Die Aufgabe eines Baluns ist es, elektromagnetische Energie zwischen seinen Ports zu übertragen.Die Aufgabe einer EMI-Drossel besteht darin, unerwünschte elektromagnetische Energie abzuleiten.Ein richtig gewählter Ferrit kann beides.Schüttgut kann nicht (obwohl "Eisenpulver" in einem isolierenden Bindemittel).
    Ja, ich spreche von verlustbehafteten Drosseln.
    Antwort bearbeitet, um weiter zu erklären.
    Und Ihre Bearbeitung hat das Problem nicht behoben.Wie meine obigen Messungen gezeigt haben, hat die um den Nagel gewickelte Spule bei MHz-Frequenzen eine große HF-Impedanz (etwa das 50-fache ihres Gleichstromwiderstands).Im Gegensatz zu einer induktiven Drossel wird diese Impedanz vom Widerstand und nicht von der Reaktanz dominiert.Reaktanz spiegelt Kraft wider, Widerstand absorbiert einen Teil davon.Dies ist eine einfache Spule, die EMI auf einem einzelnen Draht unterdrücken soll, kein Balun, der den Gleichtakt unterdrückt, sondern den Differentialmodus durchläuft.250 Ω sind dafür gut, da die charakteristische Impedanz eines Drahtes, der nicht Teil einer Übertragungsleitung ist, wahrscheinlich in dieser Größenordnung liegt.


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