Co dokładnie dzieje się z sygnałami uderzającymi w dławik trybu wspólnego?

Próbuję lepiej zrozumieć zasady dławika trybu wspólnego. Zrobiłem kilka rysunków do wyjaśnienia.

 
Sygnały trybu różnicowego

Prądy różnicowe (napędzane przez napięcia różnicowe) wytwarzają równe, ale przeciwne pola magnetyczne B w rdzeniu cewki indukcyjnej:

Te pola magnetyczne się znoszą, więc strumień netto w rdzeniu wynosi zero. Jako takie, te prądy różnicowe nie „czują” żadnej impedancji.

 
Sygnały trybu wspólnego

Natomiast prądy w trybie wspólnym wytwarzają równe i addytywne pola magnetyczne w rdzeniu. Dlatego „czują” wysoką impedancję i nie mogą się przedostać (lub przebicie się przez to, że są bardzo osłabione).

Ale co dokładnie się dzieje? Mam kilka teorii, które opiszę poniżej.

 
Sygnały trybu wspólnego - teoria 1

Najpierw pomyślałem, że sygnał trybu wspólnego uderza w dławik i wytwarza strumień magnetyczny w środku. W ten sposób traci się dużo energii (histereza i być może inne efekty) w postaci ciepła. Tylko niewielka część przechodzi przez:

Jaki dławik trybu wspólnego zachowałby się w ten konkretny sposób? „Wypalenie” skoku napięcia wydaje mi się bardzo pożądanym efektem.

 
Sygnały trybu wspólnego - teoria 2

Być może skok napięcia naprawdę nie ma szansy na wytworzenie dużego strumienia magnetycznego w rdzeniu, a może rdzeń po prostu nie jest wystarczająco „stratny”. Skok napięcia odbija się od rdzenia i zawraca. Tylko niewielka część przechodzi przez:

Chociaż układ po prawej stronie dławika jest chroniony, układ po lewej musi radzić sobie z odbijanymi sygnałami. Mogą pojawić się nieprzyjemne rzeczy, takie jak fale stojące.

 
Moje pytania

Mam do ciebie kilka pytań:

1. Czy uważasz, że teoria 1 lub teoria 2 jest najbardziej prawdopodobna?

2. Czy uważasz, że niektóre typy dławików w trybie wspólnym mają tendencję do zachowywania się tak, jak opisano w teorii 1, inne jak w teorii 2?

3. Być może obie moje teorie są po prostu błędne. Jeśli tak, co się właściwie dzieje?

Proszę, oświeć mnie.

Dodając do odpowiedzi Andy'ego, nie trzeba powtarzać tego, co napisał.

Z tego, co piszesz, myślę, że twój problem polega bardziej na intuicyjnym zrozumieniu działania dławika. Rozważ cewkę indukcyjną:

Ten induktor ma tylko jeden drut. Przepływający prąd tworzy strumień magnetyczny, który jest odbierany przez samą cewkę i wytwarza napięcie, które przeciwdziała zmianie prądu. Podejrzewam, że o tym wiesz.

Teraz podziel drut wzdłuż. Masz teraz ten sam induktor, ale z dwoma drutami nawiniętymi w tym samym kierunku:

Prąd w trybie wspólnym przepływa przez te przewody w tym samym kierunku. Dlatego nie ma znaczenia, czy masz jeden przewód przewodzący prąd I, czy dwa przewody przewodzące I / 2.

(Jeśli oba przewody są połączone jak na pierwszym zdjęciu Andy'ego, to wynik jest taki sam jak w przypadku jednego przewodu).

Najpierw pomyślałem, że sygnał trybu wspólnego uderza w dławik i wytwarza strumień magnetyczny w środku. W ten sposób traci się dużo energii (histereza i być może inne efekty) w postaci ciepła. Przedostaje się tylko niewielka część

Tak to nie działa. Jest to po prostu cewka indukcyjna, która nie działa na sygnały różnicowe, tylko na te wspólne. Dodaje impedancję trybu wspólnego ze względu na swoją indukcyjność.

Ale jak usuwa hałas?

Prosty. Jest to cewka indukcyjna, więc utrudni przepływ prądu w trybie wspólnym wysokiej częstotliwości, po prostu poprzez dodanie impedancji.

Tutaj dwa źródła prądu przemiennego „Vhc1” i „Vhc2” mają tę samą wartość, więc dodają szum napięcia w trybie wspólnym do „LINE1” i „LINE2”.

To napięcie szumowe spowoduje przepływ prądu przez dławik, a następnie sprzęt po prawej stronie i prąd ten powróci albo przez wyraźne uziemienie (jeśli oba elementy sprzętu zostaną uziemione), albo za pomocą wszelkich dostępnych środków (pojemność pasożytnicza przez powietrze lub inne kable podłączone do innych urządzeń).

Prąd w trybie wspólnym HF przepływający przez kable zmienia je w anteny, co jest złym pomysłem.

Dławik dodaje impedancji do obwodu, zmniejszając w ten sposób prąd. Proste.

Na powyższym zdjęciu dławik po lewej stronie dodaje impedancję trybu wspólnego do linii, a nasadki zwierają pozostałe szumy trybu wspólnego na ziemię. Jest to w zasadzie dzielnik napięcia lub filtr dolnoprzepustowy LC, z tym wyjątkiem, że obsługuje dwa przewody zamiast jednego.

Pomyśl o „dzielniku napięcia”. Dławik zwiększa impedancję źródła hałasu, co pozwala czapkom na lepszy efekt filtrowania.

Sposób nawijania drutów może mieć różne skutki. Aby uzyskać najlepsze filtrowanie w trybie wspólnym, skręć razem przewody (lub zwiń cały kabel wokół rdzenia magnetycznego). Pokazane dławiki mają pewną odległość między dwoma przewodami, więc skuteczność filtrowania w trybie wspólnym będzie nieco mniejsza. Jednak izolacja między dwoma drutami jest znacznie lepsza, a to uzwojenie dodaje również indukcyjność w trybie różnicowym w każdym drucie, co powoduje, że element spełnia dwie role.

Można użyć więcej niż dwóch przewodów. W rzeczywistości możesz przeciągnąć cały kabel przez rdzeń ferrytowy (poszukaj kabla USB z jednym z tych na komputerze):

Wykres pokazuje impedancję dodaną do kabla w trybie wspólnym.

Również dławiki ferrytowe są stratne. Oznacza to, że materiał został zaprojektowany jako dość gówniany transformator o niskiej wydajności przy wysokiej częstotliwości. Ma wysoką histerezę. Oznacza to, że zamienia pola magnetyczne HF w ciepło. Tak więc powyżej pewnej częstotliwości induktor przestaje być indukcyjny i zachowuje się bardziej jak rezystor.

Jeśli umieścisz dławik na kablu, fakt, że jest stratny, jest bardzo przydatny, ponieważ zabija rezonanse, które w przeciwnym razie mogłyby zmienić kabel w wydajną antenę.

EDYTOWAĆ

Sprawdź impedancję kulki ferrytowej. Ten nie jest dławikiem powszechnym, ale interesujące właściwości są w samym materiale ferrytowym. Gdyby była to rana bifilarna, impedancja trybu wspólnego miałaby te same cechy.

( źródło )

Część oznaczona „X” to impedancja indukcyjna. Część oznaczona „R” to opór. Ta część ssałaby jak induktor, miałaby bardzo niskie Q, dużo strat, nie da się z tym zrobić dostrojonego obwodu zbiornika LC. Jednak straty są świetne, gdy chcesz przekształcić hałas o wysokiej częstotliwości w ciepło.

Istnieje wiele różnych materiałów ferrytowych, niektóre są zoptymalizowane pod kątem niskich strat i wytwarzają induktory dobrej jakości, inne są zoptymalizowane pod kątem wysokich strat przy określonych częstotliwościach.

Jeśli jest określony jako „tłumienie EMI” lub „koralik ferrytowy” lub „dławik”, a nie jako induktor, otrzymasz materiały stratne. Następnie musisz sprawdzić krzywą impedancji, aby upewnić się, że będą filtrować częstotliwości, które chcesz.

W przypadku zwykłych dławików w trybie wspólnym impedancja w trybie różnicowym zmniejsza się zasadniczo do rezystancji drutu, podczas gdy impedancja w trybie wspólnym jest w dużej mierze indukcyjna, a rezystancja drutu jest niewielką składową.

Ponieważ im wyższa indukcyjność, tym wyższe tłumienie sygnału w trybie wspólnym, celem jest uzyskanie wyższej indukcyjności. Prowadzi to do konstrukcji, których celem jest uniknięcie nasycenia rdzenia i strat rdzenia, a zatem, nawet biorąc pod uwagę nieliniowość rdzenia ferromagnetycznego, zwykły, dwuzwojeniowy, wspólny bardziej dławik ma zasadniczo indukcyjną impedancję na sygnał trybu wspólnego.

Dlatego bardzo mało mocy jest rozpraszane wewnątrz dławika, dlatego sygnał trybu wspólnego jest zasadniczo „odbijany” skąd pochodzi (teoria nr 2).

Zobacz ten odpowiedni dokument z ST:

• AN4511 - Nota aplikacyjna - Filtry trybu wspólnego .

W szczególności te fragmenty (moje podkreślenie):

[...]

Mówiąc wprost: fakt, że impedancja indukcyjna implikuje refleksję w kierunku źródła, zależy od zasady zachowania energii. Ponieważ zasadniczo nie ma elementu rezystancyjnego, który mógłby uwzględniać rozpraszanie (przekształcanie w energię) energii sygnału w trybie wspólnym, energia ta musi iść gdzie indziej: zostanie (tymczasowo) zmagazynowana w polu magnetycznym gromadzącym się w dławiku i odbił się od miejsca, z którego przyszedł.

Jednak prawdziwy dławik CM będzie miał bardziej złożone zachowanie, głównie z powodu pojemności pasożytniczej, i będzie wykazywał szczyt rezonansowy w swojej wielkości impedancji, jak pokazano tutaj niebieską krzywą (z tego samego dokumentu połączonego powyżej):

Dla normalnych prądów różnicowych dwa uzwojenia skutecznie „odejmują” ich indukcyjności, a zatem prąd nie jest prawie hamowany.

Gdy prąd jest w trybie wspólnym, obecna jest pełna indukcyjność obu cewek, a zatem prąd jest znacznie silniej utrudniony.

Poniżej znajduje się zdjęcie, które powinno pomóc. Pokazane jest pojedyncze wejście i wyjście, które pokazuje różne impedancje, które otrzymujesz po odwróceniu kierunku jednego z prądów.

Pierwszy scenariusz dotyczy prądu w trybie wspólnym, który chcielibyśmy zablokować: