Cosa succede esattamente ai segnali che colpiscono una strozzatura di modo comune?


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Sto cercando di comprendere meglio i principi alla base della strozzatura in modalità comune. Ho fatto alcuni disegni per chiarire.

 
Segnali della modalità differenziale

Le correnti differenziali (guidate da tensioni differenziali) creano campi magnetici B uguali ma opposti nel nucleo dell'induttore:

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Questi campi magnetici si annullano a vicenda, quindi il flusso netto nell'anima è zero. Pertanto, queste correnti differenziali non "avvertono" alcuna impedenza.

 
Segnali di modo comune

Al contrario, le correnti di modo comune generano campi magnetici uguali e additivi nel nucleo. Ecco perché "sentono" un'impedenza elevata e non possono attraversare (o attraversare significa che sono altamente attenuati).

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Ma cosa succede esattamente ? Ho diverse teorie, che descriverò di seguito.

 
Segnali di modo comune - Teoria 1

Il mio primo pensiero sarebbe che il segnale del modo comune colpisca lo starter e crei un flusso magnetico all'interno. In questo modo, molta energia viene persa (isteresi e forse altri effetti) sotto forma di calore. Solo una piccola parte riesce:

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Che tipo di strozzatore di modo comune si comporterebbe in questo modo particolare? "Bruciare" il picco di tensione mi sembra un effetto molto desiderabile.

 
Segnali di modo comune - Teoria 2

Forse il picco di tensione non ha davvero la possibilità di accumulare molto flusso magnetico nel nucleo, o forse il nucleo semplicemente non è abbastanza "in perdita". Il picco di tensione rimbalza sul nucleo e torna indietro. Passa solo una piccola parte:

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Sebbene il sistema sul lato destro dello starter sia protetto, il sistema a sinistra deve gestire i segnali riflessi. Potrebbero apparire cose brutte come le onde stazionarie.

 
Le mie domande

Ho alcune domande per te:

  1. Pensi che la teoria 1 o la teoria 2 sia la più plausibile?

  2. Pensi che alcuni tipi di strozzatori di modo comune tendano a comportarsi come descritto nella teoria 1, altri come nella teoria 2?

  3. Forse entrambe le mie teorie sono semplicemente sbagliate. In tal caso, cosa succede realmente?

Per favore, illuminami.

Risposte:


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Aggiungendo alla risposta di Andy, non è necessario ripetere ciò che ha scritto.

Da quello che scrivi, penso che il tuo problema sia più sulla comprensione intuitiva di come funziona lo starter. Considera un induttore:

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Questo induttore ha solo un filo. La corrente che fluisce crea un flusso magnetico che viene raccolto dalla bobina stessa e crea una tensione che si oppone al cambiamento di corrente. Suppongo tu lo sappia.

Ora, dividere il filo nel senso della lunghezza. Ora hai lo stesso induttore, ma con due fili avvolti nella stessa direzione:

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La corrente di modo comune scorre attraverso questi fili nella stessa direzione. Pertanto, non importa se si dispone di un filo che trasporta corrente I o di due fili ciascuno con I / 2.

(Se entrambi i fili sono collegati come nella prima immagine di Andy, il risultato è lo stesso di avere un filo).

Il mio primo pensiero sarebbe che il segnale del modo comune colpisca lo starter e crei un flusso magnetico all'interno. In questo modo, molta energia viene persa (isteresi e forse altri effetti) sotto forma di calore. Passa solo una piccola parte

Quindi, non è così che funziona. È semplicemente un induttore che non agisce sui segnali differenziali, ma solo su quelli di modo comune. Aggiunge impedenza di modo comune a causa della sua induttanza.

Ma come rimuove il rumore?

Semplice. È un induttore, quindi impedirà il flusso della corrente di modo comune ad alta frequenza, semplicemente aggiungendo impedenza.

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Qui, le due fonti CA "Vhc1" e "Vhc2" hanno lo stesso valore, quindi aggiungono rumore di tensione di modo comune a "LINE1" e "LINE2".

Questa tensione di rumore provocherà una corrente attraverso lo starter, quindi l'apparecchiatura a destra e questa corrente ritornerà attraverso una terra esplicita (se entrambi i dispositivi sono collegati a terra) o attraverso qualunque mezzo possa trovare (capacità parassita attraverso la aria o altri cavi collegati ad altre apparecchiature).

La corrente di modo comune HF che scorre attraverso i cavi li trasforma in antenne, il che è una cattiva idea.

Lo starter aggiunge impedenza sul circuito, riducendo così la corrente. Semplice come quella.

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Nella foto sopra, lo starter a sinistra aggiunge impedenza di modo comune alla linea e i cappucci riducono a terra il rumore di modo comune rimanente. Questo è fondamentalmente un partitore di tensione, o un filtro passa-basso LC, tranne che gestisce due fili anziché uno.

Pensa al "divisore di tensione". Lo starter aumenta l'impedenza della fonte di rumore, che consente ai tappi di avere un migliore effetto di filtraggio.

Il modo in cui i fili vengono avvolti può avere vari effetti. Per un migliore filtraggio in modalità comune, attorciglia i fili (o avvolgi un intero cavo attorno al nucleo magnetico). Le strozzature che mostri hanno una certa distanza tra i due fili, quindi l'efficienza di filtraggio in modalità comune sarà un po 'meno. Tuttavia, l'isolamento tra i due fili è molto migliore e questo avvolgimento aggiunge anche induttanza in modalità differenziale in ciascun filo, il che rende il componente svolgere due ruoli.

È possibile utilizzare più di due fili. In effetti, puoi infilare un intero cavo attraverso un nucleo di ferrite (cerca un cavo USB con uno di questi sul tuo computer):

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Il grafico indica l'impedenza aggiunta al cavo in modalità comune.

Inoltre, gli strozzatori di ferrite sono in perdita. Ciò significa che il materiale è progettato per essere un trasformatore piuttosto scadente, con bassa efficienza ad alta frequenza. Ha un'isteresi elevata. Ciò significa che trasforma i campi magnetici ad alta frequenza in calore. Quindi al di sopra di una certa frequenza, l'induttore smette di essere induttivo e si comporta più come un resistore.

Se metti lo starter su un cavo, il fatto che sia a perdita è molto utile, poiché uccide le risonanze che altrimenti potrebbero trasformare il cavo in un'antenna efficiente.

MODIFICARE

Controllare l'impedenza di una perla di ferrite. Questo non è uno starter di modo comune, ma le proprietà interessanti sono nel materiale di ferrite stesso. Se fosse una ferita bifilare, l'impedenza di modo comune avrebbe le stesse caratteristiche.

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( fonte )

La parte contrassegnata con "X" è impedenza induttiva. E la parte contrassegnata con "R" è resistenza. Questa parte farebbe schifo come induttore, avrebbe una Q molto bassa, molte perdite, nessun modo per fare un circuito di serbatoio LC sintonizzato con quello. Tuttavia, le perdite sono grandi cose quando si desidera trasformare il rumore HF in calore.

Esistono molti materiali diversi in ferrite, alcuni sono ottimizzati per basse perdite e producono induttori di buona qualità, altri sono ottimizzati per perdite elevate a determinate frequenze.

Se è specificato come "soppressione EMI" o "tallone di ferrite" o "soffocamento" e non come induttore, otterrai materiali con perdite. Quindi devi controllare la curva di impedenza per assicurarti che filtrino le frequenze desiderate.


Grazie mille. Hai scritto un articolo completo sull'argomento! Vorrei approfondire i tuoi ultimi paragrafi. Dici: "Inoltre, gli strozzatori di ferrite sono in perdita ... il fatto che sia in perdita è molto utile, poiché uccide le risonanze". Potresti approfondire questo argomento? Come faccio a distinguere un filtro in modalità comune lossy vs non lossy e quali sono i tipi di grafici che mi aiutano a valutarli?
K.Mulier,

controlla la modifica sopra
peufeu,

Grazie mille per la modifica. Sfortunatamente, molti fogli di dati di strozzature di modo comune forniscono solo un grafico che mostra l'impedenza totale Z, non la suddivide in componenti R e X. Le perdite nel nucleo di ferrite sono perfette per "bruciare" il rumore. Ma non sarebbe consigliabile mettere condensatori paralleli prima o / e dopo lo starter di modo comune? Come li calcoleresti, in modo tale che non si verifichino fastidiosi effetti di suoneria e oscillazione? Grazie mille per tutto il tuo aiuto :-)
K.Mulier,

Nell'esempio di filtro di rete sopra, ci sono tappi. Tuttavia, se il tuo dispositivo è, diciamo, un dispositivo USB autoalimentato come un piccolo contenitore per HDD, allora non c'è terra / terra a cui collegare i cappucci. Pertanto, l'unico modo per ridurre il rumore in modalità comune e impedire al cavo di essere un'antenna sarebbe quello di non generare il rumore in primo luogo o aumentare l'impedenza in modalità comune del cavo con uno starter.
Peufeu,

@DanielTork Non sono sicuro di ciò che stai chiedendo ... Un induttore funziona in questo modo: la corrente in una bobina crea un campo magnetico, che crea un flusso magnetico nella stessa bobina, che crea tensione all'interno della bobina opposta al cambio di corrente. Un induttanza di modo comune ha 2 bobine invece di 1. Quando la corrente scorre nelle 2 bobine nella direzione opposta, creano campi magnetici di polarità opposta che si annullano, quindi non crea flusso magnetico e non induce tensione nelle bobine.
peufeu,

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Per gli induttanze di modo comune ordinario, l'impedenza di modo differenziale si riduce essenzialmente alle resistenze del filo, mentre l'impedenza di modo comune è ampiamente induttiva, con la resistenza del filo come un piccolo componente.

Poiché maggiore è l'induttanza, maggiore è l'attenuazione del segnale in modo comune, l'obiettivo è avere un'induttanza maggiore. Questo porta a progetti che mirano ad evitare la saturazione e le perdite del nucleo, quindi, anche tenendo conto della non linearità dal nucleo ferromagnetico, un comune, doppio avvolgimento, più strozzatura comune presenta un'impedenza essenzialmente induttiva al segnale del modo comune.

Pertanto, pochissima energia viene dissipata all'interno dello starter, quindi il segnale in modalità comune viene essenzialmente "riflesso" da dove proviene (teoria n. 2 della tua).

Vedi questo documento pertinente da ST:

In particolare questi estratti (sottolineatura mia):


inserisci qui la descrizione dell'immagine

[...]

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Giusto per essere espliciti: il fatto che un'impedenza induttiva implichi una riflessione verso la fonte dipende dal principio di conservazione dell'energia. Poiché non esiste essenzialmente alcun componente resistivo che possa spiegare la dissipazione (conversione in calore) del segnale in modo comune, quell'energia deve andare altrove: sarà (temporaneamente) immagazzinata nel campo magnetico che si accumula nello starter e riflesso da dove veniva.


Tuttavia, un vero strozzatore CM avrà un comportamento più complesso, principalmente a causa della capacità parassita e mostrerà un picco di risonanza nella sua ampiezza di impedenza, come mostrato qui dalla curva blu (dallo stesso documento collegato sopra):

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Interessante, grazie mille :-). Non capisco la figura qui sotto. Perché la curva blu - l'impedenza di modo comune - solo 3 Ohm per frequenze inferiori a 30 MHz? In effetti, per queste frequenze l'impedenza di modo differenziale sembra essere superiore all'impedenza di modo comune. È strano ...
K.Mulier,

@ K.Mulier Non è strano se capisci le equazioni nei brani sopra. Da Eqs.8,9 vediamo che per le basse frequenze, cioè f & verso; 0, Z1diff = R1 ab Z2diff = R2. Da Eqs.6,7 vediamo che Z1cm & cong; R1 e Z2cm & cong; R2. Quest'ultima uguaglianza approssimativa è meglio approssimata quando il coefficiente di accoppiamento k si avvicina a 1, che è solo teorico. Se L1 e L2 non corrispondono a M, allora Z1cm sarà maggiore di Z1diff. Lo stesso vale per Z2. A proposito, stiamo parlando di magnitudo di impedenza qui.
Lorenzo Donati supporta Monica il

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Per le normali correnti differenziali, i due avvolgimenti "sottraggono" effettivamente le loro induttanze e quindi la corrente è appena impedita.

Quando la corrente è in modalità comune, è presente la piena induttanza di entrambe le bobine e quindi la corrente è molto più fortemente impedita.

Di seguito è una foto che dovrebbe aiutare. Viene mostrato un singolo input e output che dimostra le diverse impedenze che si ottengono quando si inverte la direzione di una delle correnti.

Il primo scenario è per una corrente in modalità comune che vorremmo bloccare: -

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