Катушки абсолютно идентичны и намотаны идеально симметрично. Часто эти обмотки выполнены намоткой в два провода, что минимизирует индуктивность рассеивания между ними. Получается, что индуктивность синфазного дросселя для обычного импульсного тока, который в двух проводах имеет противоположное направление и одну и ту же величину, будет нулевой. Таким образом, синфазный дроссель мешает исключительно синфазным помехам, источником которых является блок питания, а не сеть переменного тока.

А если бы синфазного дросселя не было, то синфазная помеха беспрепятственно проникла бы и в сеть переменного тока, не помешали бы и конденсаторы между проводами на пути ее распространения.

Выпускаемые промышленностью выводные и SMD синфазные дроссели для плат импульсных источников питания отличаются рядом преимуществ. Они довольно компактны, не занимают много места на печатной плате, их активное сопротивление не превышает единиц мОм, а максимально допустимый ток питания через дроссель зависит по сути только от толщины провода и мощности устройства. Номинальный ток варьируется от 1мА до 10 А. Типовые величины индуктивностей — от 10 мкГн до 100 мГн.

Источник

Часто задаваемые вопросы (FAQ) по синфазным фильтрам (дросселям) TDK (Epcos)

В данном разделе представлены наиболее часто задаваемые вопросы и ответы по характеристикам и особенностям применения синфазных дросселей (синфазных фильтров) TDK (Epcos).

В: Для чего нужен синфазный фильтр?

О: Синфазные фильтры используются для подавления шума дифференциальных линий передачи данных и линий электропитания. Таким образом, использование таких фильтров обеспечивает необходимый уровень электромагнитной совместимости, повышает помехоустойчивость и надежность работы электронных устройств.

В: Где применяются синфазные дроссели?

О: Синфазные дроссели применяются для подавления синфазных помех там, где форма полезного сигнала не терпит искажений, например, видиосигналы. Синфазные дроссели используются для фильтрации помех в высокоскоростных линиях передачи и интерфейсах, таких как HDMI, DVI, USB 3.0. А также они широко применяются в цепях CAN-интерфейса в автомобильных системах управления.

В: Какой принцип работы синфазных фильтров?

О:Синфазный дроссель представляет собой связанную индуктивность, может состоять из двух, трех или четырех катушек, намотанных на общий сердечник с высокой магнитной проницаемостью. В качестве примера рассмотрим конфигурацию, в которой два медных провода намотаны на кольцевой ферритовый сердечник (рис.1). В синфазном режиме магнитные потоки катушек складываются, входной импеданс возрастает, тем самым подавляя синфазные токи и снижая амплитуду шумового сигнала. В дифференциальном режиме магнитные потоки взаимно нейтрализуют друг друга, входной импеданс равен нулю, таким образом, они никак не влияют на прохождение дифференциальных токов.

Для дифференциального сигнала синфазные дроссели работают как проводник, тогда как для синфазного тока (шумового сигнала) – как индуктивность. В случае, если частоты полезного сигнала и шума пересекаются, в дифференциальном режиме подавляется только шум.

В: Где необходимо устанавливать синфазные дроссели для эффективного противодействия ЭМП?

О: Синфазные дроссели рекомендуется устанавливать на входе и выходе дифференциального сигнала передачи данных или линий электропитания.

В: На самих фильтрах/дросселях нет маркировки направления намоток. Повлияет ли направление установки на свойства фильтра?

О: Характеристики фильтра не зависят от направления установки.

В: Используются ли синфазные фильтры/дроссели в цепях переменного тока?

О: Cинфазные фильтры рекомендуется использовать только в сигнальных линиях, а также в цепях постоянного тока.

В: Можно ли устанавливать синфазные фильтры между землей и сигнальной линией?

О: Да, можно.

В: Как правильно подобрать синфазный фильтр?

О: Частота среза синфазного фильтра должна быть в три-пять раз больше, чем частота сигнала передачи данных, а также синфазный дроссель должен показывать высокий импеданс на частоте, на которой желательно подавить шум.

В: Что такое частота среза?

Вопросы по электрическим характеристикам

В: Какие базовые параметры синфазных дросселей?

О: Основные параметры синфазных дросселей следующие:

 импеданс на тестовой частоте [Ом];

 сопротивление обмоток дросселя на постоянном токе [Ом];

 допустимый максимальный ток через дроссель [А];

Синфазные дроссели фирмы TDK/Epcos для поверхностного монтажа

Фирма TDK (Epcos) производит широкий номенклатурный ряд синфазных дросселей для различных применений: традиционные проволочные – на средние и большие токи, а также малогабаритные многослойные/тонкоплёночные чип-дроссели для сигнальных цепей. Все изделия предназначены для поверхностного монтажа и имеют стандартизованные типоразмеры, обеспечивают высокий уровень подавления синфазных помех без искажений и ослаблений полезного сигнала.

Промышленная электроника
Внешний вид	Применение	Категория	Размеры JIS[EIA]	Серия	PDF
	HDMI, DVI, DisplayPort, USB3.0	2 линии	0403[0201]	TCM0403S
			0605[0202]	TCM0605S
				TCM0605T
	HDMI, DVI, USB3.0		1210[0504]	MCZ1210DH
	HDMI, DVI			MCZ1210CH
	MIPI C-PHY	3 линии	0906[0302]	TCM0906C
	HDMI, DVI, DisplayPort, USB3.0, LAN	2 линии	2012[0805]	ACM2012H-T05
	USB2.0, LVDS		0403[0201]	TCM0403M
			0605[0202]	TCM0605G
				TCM0605M
			1210[0504]	MCZ1210AH
	Дифференциальные сигнальные линии		2012[0805]	ACM2012
		2,3 линии	2520[1008]	ACM2520
	Силовые линии	2 линии	4520[1808]	ACM4520
			7060[2824]	ACM7060
			9070[3628 inch]	ACM9070
			1211[4844]	ACM1211
			1513[6052]	ACM1513
			3225[1210]	ACP3225
	Телекоммуникации, РЧ оборудование, SMD		14mm x 10.5mm	B82792C0
		4 линии		B82792C2
		2 линии	16.6mm x 13.3mm	B82794C0
		4 линии		B82794C2
	Телекоммуникации, РЧ оборудование		13mm x 9.5mm	B82720H14
		2 линии		B82720H15
			15.2mm x 7.4mm	B82791H15
		4 линии	17.5mm x 17.5mm	B82791G14
		2 линии		B82791G15

Выбор синфазного дросселя

Для упрощения выбора синфазного фильтра компания TDK разместила на официальном сайте интерактивную программу по подбору синфазных дросселей. Данный инструмент доступен по ссылке. В соответствующих полях указываются необходимые характеристики фильтра (рис.2). В результате открывается список соответствующих изделий (рис.3) с расшифровкой базовых параметров.

Одна из самых интересных функций этого интерфейса — возможность сравнивать на одном графике до пяти различных дросселей, что делает выбор оптимального изделия намного легче. Кривые импеданса и затухания показаны для каждого дросселя в нужном диапазоне частот. Перемещая курсор по графику, в всплывающем окне можно считать данные любой точки на интересующей частоте (рис.4).

Источник

Синфазные дроссели TDK-EPCOS

Синфазные дроссели — универсальное классическое средство, позволяющее решить задачи подавления электромагнитных помех (ЭМП) и, соответственно, выполнить требования по электромагнитной совместимости (ЭМС). Эти устройства настолько привычны, что воспринимаются как нечто, не создающее проблем. Но всегда ли синфазный дроссель синфазный? Вот в чем вопрос, но на него есть ответ. И дело здесь в правильном выборе не только дросселя, но и его изготовителя и поставщика.

Когда разработчику радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) срочно приходится решать проблемы электромагнитной совместимости и подавления синфазных, а попутно и дифференциальных помех, он буквально хватается за синфазный дроссель. И это правильно. Казалось бы, тут все просто и понятно, про синфазные дроссели и их применение написано много, да и выбор их богатый, в конце концов, можно и самому сделать прибор, намотав, например, на ферритовое кольцо две проволочки. Однако проблемы, как и дьявол, всегда кроются в деталях. Вот на них-то мы и посмотрим.

В общем представлении синфазный дроссель — это связанная индуктивность, в нем на одном сердечнике намотаны как минимум две катушки (бывает, и три, и четыре). Кстати, для получения синфазного дросселя очень важна стратегия намотки (рис. 1), и это разработчикам РЭА хорошо известно. Для ясности и простоты остановимся на дросселе с двумя обмотками.

Рис. 1. Идеальный синфазный дроссель для дифференциальных токов (слева), синфазных токов (в середине) и его условное обозначение в схемах

К омпактное электрическое и электронное оборудование в основном генерирует синфазные помехи. Для того чтобы оно соответствовало требованиям безопасности (не выходя за пределы тока утечки), необходимо использовать дроссели с высоким значением асимметричной эффективной индуктивности. Для этой цели оптимальны дроссели с компенсацией тока с топологией с закрытым сердечником. Проблема насыщения сердечника за счет полезного тока в этих конструкциях решается выбором материала сердечника, но самое главное — намоткой двух катушек с равным числом витков на сердечнике. Катушки связаны таким образом, что магнитный поток, индуцированный верхней катушкой, компенсируется нижней катушкой.

Для подобного идеального дросселя магнитный поток в сердечнике обусловлен тем, что токи дифференциального режима iDM (рис. 1, слева) компенсируют друг друга, что приводит к нулевому сопротивлению (точнее, импедансу) дросселя. Но магнитные потоки Φ1 и Φ2, вызванные синфазными токами iCM (рис. 1, в середине), суммируются, что значительно увеличивает полное сопротивление (импеданс). Для получения такого прекрасного со всех точек зрения эффекта важно правильно выполнить обмотки, поэтому в условном обозначении дросселя данного типа (рис. 1, справа) используется две точки, чтобы указать, как должны быть выполнены обмотки.

Подводя итог, отметим, что синфазный дроссель выглядит как простой проводник для дифференциальных сигналов и как индуктивность для синфазных сигналов. Одно из преимуществ этих видов дросселей заключается в том, что они не будут насыщаться токами дифференциального режима. Для этих связанных индуктивностей коэффициент связи k может быть рассчитан по формуле:

здесь M — коэффициент взаимной индуктивности, а L1, L2 — индуктивности для обеих обмоток.

Значения индуктивностей для синфазного и дифференциального режима могут быть получены по формулам:

LDM = 2×(L-M) и LCM = (L+M)/2 (2)

Учитывая, что индуктивности L1 и L2 равны L и для 100%-ной идеальной связи k = 1, взаимная индуктивность M из формулы (1) получается равной индуктивности L (M = L), а индуктивности дросселя для синфазного и дифференциального режимов, как следует из формул (2), соответственно равны LDM = 0 и LCM = L.

Таким образом, подтверждается, что мы не обнаружим наличие импеданса для сигналов дифференциального режима, но будем иметь некоторое, определяемое индуктивность LCM значение импеданса для сигналов синфазного режима.

На практике взаимная компенсация магнитного потока в дифференциальном режиме не идеальна, этот факт разработчикам РЭА хорошо известен и широко используется. В дифференциальном режиме импеданс не равен нулю, он определяется такой характеристикой, как индуктивность рассеяния, и полезен для фильтрации сигналов дифференциального режима. Однако нельзя забывать и том, что в приложениях с высоким током необходимо убедиться в отсутствии эффекта насыщения сердечника дросселя.

Обратимся к наглядному и поучительному примеру. Столкнулись с крайне неприятной ситуацией, когда устройство, проверенное им на прототипе в лаборатории, провалилось на сертификационных испытаниях. Причем все элементы и компоновка были те же, что и в прототипе. Чтобы проанализировать и понять ситуацию, измерили реакцию синфазных дросселей прототипа (условно названного CHKA) и заявленного на сертификацию изделия (условно названного CHKB) с помощью векторного анализатора цепей Bode 100. Упрощенное измерение синфазного дросселя было выполнено, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Упрощенное измерение импедансов для синфазного дросселя

Результаты измерения дросселя, который удовлетворительно работал в приложении (CHKA), представлены на рис. 3.

Рис. 3. Характеристики дросселя CHKA

На рис. 3 можно увидеть, насколько велико различие импедансов синфазного режима по сравнению с дифференциальным. На втором дросселе (CHKB), снятом с изделия, на котором провалились испытания в сертификационной лаборатории, смог заметить очень тонкое отличие — на одной из катушек дросселя отсутствовал один виток (рис. 4).

Рис. 4. Дроссели, используемые в качестве примера

У дросселя CHKA было 14 витков для L1 и L2, а у дросселя CHKB — 14 витков для L1 и 13 витков для L2. Это оказалось весьма существенной разницей. Если одна из катушек отличается от другой, то индуктивность для синфазного сигнала будет уменьшена (соответственно, плохая фильтрация синфазной ЭМП), а дифференциальная индуктивность увеличена. Когда речь идет о линиях передачи, это может привести к проблемам с целостностью сигналов (англ. Signal Integrity — наличие достаточных для безошибочной передачи качественных характеристик электрического сигнала), или если речь идет о цепях питания, то в приложениях с большим током сердечник, вероятно, может быть насыщен даже номинальным рабочим током.

Данный тип дросселей наматывается вручную, так что человеческие ошибки и/или некачественные проверки конечного продукта могут создать проблему, которую трудно будет сразу обнаружить и которая способна проявиться совершенно неожиданно.

Из приведенного примера ясно видно, насколько важна идеальная симметрия для двух катушек в дросселе. Даже в случае, когда в одной из катушек отсутствует лишь один виток, импеданс синфазного дросселя для синфазного режима резко уменьшается. Если говорить в целом, то несимметричность может быть вызвана не только пропуском полного витка, как в приведенном примере, но и просто нарушениями геометрии намотки. К сожалению, нередко этого нарушения шага намотки (не забываем, что в формулу для расчета индуктивности входит величина, обратная длине обмотки, так что при равных условиях неплотно намотанная катушка будет иметь меньшую индуктивность) или пропуска части витка при терминации просто не замечают. Вот почему для ответственных применений, особенно это касается высокочастотных приложений, не рекомендуется их самостоятельное, часто полукустарное, изготовление.

Результатом нарушения неидеальности исполнения синфазного дросселя будет низкая эффективность фильтрации синфазных сигналов ЭМП в области высоких частот — для чего, собственно, эти дроссели и используются. Таким же образом индуктивность в дифференциальном режиме увеличивается с типичным эффектом насыщения сердечника или нарушениями целостности сигнала из-за снижения частоты среза фильтра, образованного индуктивностью рассеяния и, в зависимости от включения дросселя, входной или выходной емкостью.

Отсюда следует вывод: будьте осторожны с недорогими и, как правило, не гарантирующими должного качества компонентами. Это касается не только идеальности намотки, но и материалов, из которых они изготовлены, поскольку последние влияют на точность соблюдения индуктивности и ток насыщения.

В качестве выхода из ситуации можно предложить использовать для критических приложений синфазные дроссели от поставщиков, имеющих надежную репутацию на рынке. (В противном случае, как известно, скупой заплатит дважды.) Одним из таких поставщиков является TDK Corporation — японская компания, занимающаяся производством электронных компонентов и носителей информации.Позиции компании по выпуску элементов из ферритовых материалов значительно усилились в 2008 году после приобретения 90% акций еще одной известной компании EPCOS AG (Electronic Parts and Components) — европейского лидера по производству пассивных электронных компонентов. Объединение таких брендов и их технологий позволило вывести на рынок изделия в качестве, надежности и технических характеристиках которых можно не сомневаться, в том числе синфазных дросселей, специально разработанных для подавления ЭМП и решения вопросов ЭМС.

Как уже было сказано, синфазные дроссели помогают решить две важные проблемы по ЭМС. Первая — очистить цепи питания от ЭМП, то есть уменьшить их излучение цепями питания и линиями их подключения, а вторая — защитить цепи или линии передачи сигнала от воздействия ЭМП. Эти проблемы очень различаются, соответственно, для их решения требуются разные типы синфазных дросселей. Компания TDK и ее структурное подразделение EPCOS предлагают универсальные решения для обеих проблем. В портфелях предложений компании имеются синфазные дроссели, как говорится, на любой вкус и цвет — от традиционных двух- и трех- до четырехобмоточных проволочных, рассчитанных на средние и большие токи, а также миниатюрные многослойные и тонкопленочные, предназначенные для сигнальных цепей, и сборки из нескольких дросселей, выполненные в одном корпусе.

Примеры конструктивного исполнения синфазных дросселей компании EPCOS для линий питания

Источник