|
4j3liepqlz2640150312.gif (1.67 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
4j3liepqlz2640150312.gif
2024-9-6 10:01 上傳
" f! u* d1 H! S
點擊上方名片關(guān)注了解更多
* I+ ~5 Q/ m0 l7 S8 R, f. B1 j0 K* Y
- w' g! K( A5 y! o3 q
6 [1 p* l( t! v( ~& M2 g4 K一、 摘要磁珠主要由鐵氧體及線圈組成,磁珠抑制干擾的主要原理是利用高頻時通過電阻發(fā)熱將干擾消耗。如果長期處于干擾強烈的情況下,磁珠有可能過熱燒毀。5 }+ a& k0 s) c1 ~
二、 問題描述我們的產(chǎn)品用在工業(yè)現(xiàn)場,產(chǎn)品在發(fā)貨約1萬臺,運行兩個月后,從客戶返回約10臺損壞的設(shè)備,經(jīng)過研發(fā)分析,這些損壞的產(chǎn)品都是同一個地方損壞,如下圖1中的磁珠L1,、L3,磁珠外觀有明顯的燒毀痕跡,但是前級的保險、TV,后級的電源芯片都沒有損壞。( d0 J) J, G4 X. t; T5 ~5 h
說明:產(chǎn)品的功耗約24V、0.3A,磁珠的選型為1200Ω/1A/L1206。從選型的規(guī)格降額上是沒有問題的。
& K/ i! K% I# a# r( R- V2 p
ou1vyvz0xa5640150412.png (176.16 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
ou1vyvz0xa5640150412.png
2024-9-6 10:01 上傳
c) |6 m9 z. ?. d0 q
& b! E- }3 D: j$ h; |
p1kvrc4yaz5640150512.jpg (79 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
p1kvrc4yaz5640150512.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
9 M- T% b5 n" E7 b! Z3 s( q- s
圖1 :損壞器件的器件. u" [3 p$ q+ I; [1 U& s! d. v( g
: C/ f( J7 W3 L' ~三、 原因分析由于保險、TVS、電源芯片都沒有損壞,基本上可以排除過流的情況,結(jié)合客戶的現(xiàn)場應(yīng)用,客戶使用DC24V供電,DC24V上同時掛載了50多個交流接觸器,用于過程控制,接觸器的動作頻率約1次/S。經(jīng)過現(xiàn)場工程師的示波器測試,現(xiàn)場捕捉到非常高的浪涌干擾。在電源端口處最高可以測試到DC57V、60MHZ左右的脈沖干擾。斷開接觸器后,該干擾消失,說明是有與接觸器導(dǎo)致的干擾。2 p0 h" a5 n" e
vtoh2vtfuyc640150612.jpg (246.64 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
vtoh2vtfuyc640150612.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
+ D d/ O7 a" P8 }圖2 :使用示波器余暉功能抓到的波形) i- D2 I, V+ @& Q! }
我們先來了解一下磁珠的內(nèi)部結(jié)構(gòu),磁珠由線圈、鐵氧體磁芯和外面的鍍層和封裝構(gòu)成,如下圖3,可以看出,磁珠主要是有線圈包裹多層鐵氧體組成。
9 b) [. O5 A7 x7 {
iab2ugqprl2640150712.png (92.6 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
iab2ugqprl2640150712.png
2024-9-6 10:01 上傳
9 I7 u0 E/ C: `/ a# E$ }) O
圖3 :磁珠示意圖(左)、實物圖(中)、等效電路圖(右)8 g0 w- ]! J! H1 z* K
1 L% z" _/ H$ o! A0 j根據(jù)圖3,看我們可以推算出磁珠的阻抗計算公式:* o4 I3 G8 U7 q$ t G
t0mgeuphydg640150812.png (6.83 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
t0mgeuphydg640150812.png
2024-9-6 10:01 上傳
0 e4 R. F9 n7 }; | y將公式展開后得到:
( i6 z3 z# R! h- W- C
1cqxnbvabri640150912.png (8.24 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
1cqxnbvabri640150912.png
2024-9-6 10:01 上傳
/ _3 X6 a/ e) g ^將公式展開后得到:* _; X6 d9 K! T0 i; \; O! P- ]! p
be5kjt5f4qr640151012.jpg (114.97 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
be5kjt5f4qr640151012.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
6 o1 e9 Z- d# N- F- U) Y8 H
3 q: F, \1 R1 h2 M% h8 H7 `
拿村田的磁珠:MPZ1608B471ATA00為例,參數(shù)從pdf文檔中知道,R1=470Ω,L1=8.6uH,C1=0.2583pF,R2=0.110Ω。將該參數(shù)帶入matlab中進行計算,如圖5所示,兩者對比,規(guī)格書的原圖與Matlab繪制的大致趨勢是一樣的,諧振頻率也相同,不過總體形狀還是差挺大的。那為什么會這樣呢?這個磁珠的模型稱為簡易模型,既然是簡易的,那就有更復(fù)雜的,復(fù)雜的我沒找到具體的電路模型,但是TDK給出了SPICE NETLIST,我們可以看出一些差異。我分別下載下來簡易模型和復(fù)雜模型的SPICE NETLIST,使用txt分別打開文件?梢钥吹剑唵文P屠锩嬷挥蠧1,L1,R1,R2。而復(fù)雜模型就復(fù)雜多了,C有兩個,L有7個,R有9個。
6 T: H/ ~* |3 _7 {可以想象到的是,復(fù)雜模型的各種寄生參數(shù)更多,也更符合實際的器件。規(guī)格書中的曲線應(yīng)該是從復(fù)雜模型得出來的。
# D+ z/ y& v% R' z( {2 J; F因此我們實際使用過程,直接使用廠家提供的頻率阻抗曲線圖即可。
, |& Q0 s% u- l- Z4 S4 D3 _1 M
vfvpuf2uswt640151112.jpg (173.5 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
vfvpuf2uswt640151112.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
5 N; i7 f* |8 R2 o5 `- e圖4:規(guī)格書和matlab計算對比) S( {/ E" l% J
nelapxix0cw640151212.jpg (194.38 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
nelapxix0cw640151212.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
6 z/ U6 C' ]1 b% M圖5:磁珠的簡易模型和復(fù)雜模型2 [: ?/ ^! Y& ` s) i' q) l
可以想象到的是,復(fù)雜模型的各種寄生參數(shù)更多,也更符合實際的器件。規(guī)格書中的曲線應(yīng)該是從復(fù)雜模型得出來的。因此我們實際使用過程,直接使用廠家提供的頻率阻抗曲線圖即可。
2 h" _0 v4 z# w) }/ S, Y原因分析到這里,讀者可能已經(jīng)知道答案了, 就是長期處于強干擾的情況下,磁珠會一直處于能耗狀態(tài),一致將高頻干擾轉(zhuǎn)換為熱能消耗,如果加上產(chǎn)品處于高溫場景,則溫度會疊加,當長期發(fā)熱大約散熱的情況下,磁珠會不斷溫升,最終的后果就是圖1中的磁珠燒毀。
) _" h9 F7 @( E- b2 V% V4 t* A6 r# W0 s e$ u% R
四、 解決方案設(shè)計者在電源端口加入磁珠,最主要的目的是在高頻幾十Mhz~幾百Mhz的高頻干擾過濾,同時又要考慮干擾抑制的效果,我們可以采用壓敏電阻+共模電感+電容+TVS的濾波模式,如圖6,壓敏電阻放置于最前端,主要是考慮壓敏電阻流通容量較大,很容易做到數(shù)百A,但是壓敏的響應(yīng)時間最長可達數(shù)十nS,高于nS級別的干擾還是無能為力的。TVS的響應(yīng)時間可達nS級別,但是TVS的流通能力相對于MOV較小,因此需要在MOV和TVS之間增加共模電感,共模電感和前后端的電容可以構(gòu)成退耦電路,可以將較高的尖峰脈沖削平,減少TVS的壓力。剩余的殘壓,可以使用TVS繼續(xù)降低,TVS的響應(yīng)時間為nS級別,理論上可以應(yīng)對1Ghz的干擾頻率,而后級需要防護的電源芯片還有去耦電容,在高頻率的干擾在實際傳導(dǎo)應(yīng)用中幾乎很少出現(xiàn)。( d v* w' _) z+ \* B1 d: H
uddyllqbyc2640151312.jpg (219.13 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
uddyllqbyc2640151312.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
' F, ~+ Q1 @9 Q( U圖6:經(jīng)過防護和去耦以后可以大幅度降低干擾。6 O2 O6 I0 }# H! `
6 J% L4 P" e7 M' i$ O
wj4njnjbpwa640151412.png (248.92 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
wj4njnjbpwa640151412.png
2024-9-6 10:01 上傳
9 M- t" l& J, U2 K( x圖7:完整的DC端口輸入防護方案
1 t/ I4 {( D- v( L$ F第一級為濾波方案,由圖B組成,其中C5、C7使用C1812/1nF/2kV的陶瓷電容組成,選用這么大封裝主要是由于做涌浪測試時,由于電容并非理想電容,內(nèi)部有ESR,高壓下電容會發(fā)熱,因此需要較大封裝的電容提高流通能力,C6為差模濾波,主要的流通途徑有壓敏電阻R1以及后級的電解電容等,因此封裝C0805,耐壓100V即可。
. a$ e6 ]/ Z+ t3 B第二級為防護方案,由圖A組成,自恢復(fù)保險和壓敏電阻的流通能力要相當,否則,當保險比壓敏流通能力大很多時,有可能出現(xiàn)壓敏已經(jīng)開始嚴重發(fā)熱,有可能短路起火,但是保險還沒有斷開,將會導(dǎo)致起火事故。當壓敏比保險流通能力大很多時,正常的干擾脈沖,有可能導(dǎo)致保險斷開,電路無法工作。壓敏這個位置替代TVS的主要目的是由于相同封裝大小的器件,壓敏的流通能力比TVS大很多倍,性價比十分突出。" d& Z* T8 Y+ i1 a3 B/ h
第三級為濾波方案,如圖C所示,主要由電容和共模電感組成,由于壓敏電阻的響應(yīng)時間較慢(相對于TVS),為us級別,而后級的TVS響應(yīng)時間為nS級別,并且前端的壓敏主要缺點是防護不精準,有殘壓,因此需要共模電感阻尼效應(yīng),將高頻尖峰脈沖削平,然后通過電解電容以及陶瓷電容的泄放通道泄放到負極。
, Z$ t$ y6 c9 A. P第四級為防護方案,如圖D所示,由于前端的壓敏響應(yīng)時間較慢,以及有殘壓殘留,因此該處需要增加TVS進行最后的防護,防止還有過高頻率的脈沖進入后級電路,該處TVS使用600W即可。4 U( S9 d8 M& P8 U0 ?0 d
第五級為濾波方案,如圖E,濾波放置于TVS后級,為后級的電源芯片提供最后的濾波已經(jīng)儲能應(yīng)用。
2 A+ f! O! O2 o/ D7 X' c
5 z0 W! r0 H8 U& i- e* A$ M: W五、 總結(jié)雖然供應(yīng)商信誓旦旦宣稱磁珠可以通過XXA的電流,很多工程師就深信不疑,但是很容易忽略磁珠的結(jié)構(gòu)缺陷,使用一坨的鐵氧體包裹較小的線圈,并且是能耗器件,在高溫的環(huán)境下,如果發(fā)熱比散熱高很多,很容易會導(dǎo)致發(fā)熱燒毀。如果讀者信心還很足,建議可以解刨一個磁珠,看看內(nèi)部的線圈大小,能不能應(yīng)對你需求的電流。/ N# M- Y; [1 y& P
32vvlvpmwl2640151512.jpg (281.39 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
32vvlvpmwl2640151512.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
5 U- l5 Z, P& @8 K6 @6 T V( ~/ ?
rd20vhpvuca640151612.jpg (168.38 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
rd20vhpvuca640151612.jpg
2024-9-6 10:01 上傳
! Q- ?! k$ k4 u; U
聲明:7 ?1 e' O( o* \( e0 P* J
聲明:文章來源網(wǎng)絡(luò)。本號對所有原創(chuàng)、轉(zhuǎn)載文章的陳述與觀點均保持中立,推送文章僅供讀者學習和交流。文章、圖片等版權(quán)歸原作者享有,如有侵權(quán),聯(lián)系刪除。投稿/招聘/推廣/宣傳/技術(shù)咨詢 請加微信:woniu26a推薦閱讀▼( Y1 H) a( c$ K
電路設(shè)計-電路分析& }- F- g" s# r7 C. O |. a
emc相關(guān)文章+ i8 z, A. k2 Z, n
電子元器件- ^$ I7 @/ u7 L$ x. k
后臺回復(fù)“加群”,管理員拉你加入同行技術(shù)交流群。 |
|