O que exatamente acontece com os sinais que atingem um modo comum?


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Estou tentando entender melhor os princípios por trás do estrangulamento do modo comum. Fiz alguns desenhos para esclarecer.

 
Sinais de modo diferencial

Correntes diferenciais (acionadas por tensões diferenciais) criam campos magnéticos iguais mas opostos B no núcleo do indutor:

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Esses campos magnéticos se cancelam, então o fluxo líquido no núcleo é zero. Como tal, essas correntes diferenciais não "sentem" nenhuma impedância.

 
Sinais de modo comum

Por outro lado, as correntes de modo comum geram campos magnéticos iguais e aditivos no núcleo. É por isso que eles "sentem" uma alta impedância e não conseguem passar (ou passar por meios que são altamente atenuados).

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Mas o que exatamente acontece? Eu tenho várias teorias, que descreverei abaixo.

 
Sinais de modo comum - Teoria 1

Meu primeiro pensamento seria que o sinal do modo comum atinge o estrangulamento e cria um fluxo magnético no interior. Ao fazer isso, muita energia é perdida (histerese e talvez outros efeitos) como calor. Apenas uma pequena parte passa:

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Que tipo de estrangulamento de modo comum se comportaria dessa maneira específica? "Queimar" o pico de tensão parece um efeito muito desejável para mim.

 
Sinais de modo comum - Teoria 2

Talvez o pico de tensão não tenha a chance de criar muito fluxo magnético no núcleo, ou talvez o núcleo simplesmente não seja "com perdas" o suficiente. O pico de tensão ricocheteia no núcleo e volta. Apenas uma pequena parte passa:

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Embora o sistema no lado direito do afogador esteja protegido, o sistema à esquerda precisa lidar com os sinais refletidos. Coisas desagradáveis ​​como ondas estacionárias podem aparecer.

 
Minhas perguntas

Eu tenho algumas perguntas para você:

  1. Você acha que a teoria 1 ou a teoria 2 é mais plausível?

  2. Você acha que certos tipos de bloqueadores de modo comum tendem a se comportar conforme descrito na teoria 1, outros como na teoria 2?

  3. Talvez ambas as minhas teorias estejam completamente erradas. Se sim, o que realmente acontece?

Por favor me esclareça.

Respostas:


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Adicionando a resposta de Andy, não há necessidade de repetir o que ele escreveu.

Pelo que você escreve, acho que seu problema é mais entender intuitivamente como o estrangulamento funciona. Considere um indutor:

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Este indutor possui apenas um fio. A corrente que circula cria um fluxo magnético que é captado pela própria bobina e cria uma tensão que se opõe à mudança de corrente. Suponho que você saiba disso.

Agora, divida o fio longitudinalmente. Agora você tem o mesmo indutor, mas com dois fios enrolados na mesma direção:

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A corrente no modo comum flui através desses fios na mesma direção. Portanto, não importa se você tem um fio com corrente I ou dois fios com I / 2.

(Se os dois fios estiverem conectados como na primeira foto de Andy, o resultado será o mesmo que ter um fio).

Meu primeiro pensamento seria que o sinal do modo comum atinge o estrangulamento e cria um fluxo magnético no interior. Ao fazer isso, muita energia é perdida (histerese e talvez outros efeitos) como calor. Apenas uma pequena parte passa

Então, não é assim que funciona. É simplesmente um indutor que não age em sinais diferenciais, apenas em sinais comuns. Acrescenta impedância de modo comum devido à sua indutância.

Mas como ele remove o ruído?

Simples. É um indutor, impedindo o fluxo da corrente de modo comum de alta frequência, simplesmente adicionando impedância.

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Aqui, as duas fontes CA "Vhc1" e "Vhc2" têm o mesmo valor, portanto adicionam ruído de tensão de modo comum a "LINE1" e "LINE2".

Essa tensão de ruído resultará em uma corrente através do afogador, depois no equipamento à direita, e essa corrente retornará através de um aterramento explícito (se as duas peças de engrenagem estiverem aterradas) ou por qualquer meio que possa encontrar (capacitância parasita através do ar ou outros cabos conectados a outro equipamento).

A corrente de modo comum HF que flui pelos cabos os transforma em antenas, o que é uma má ideia.

O afogador adiciona impedância ao circuito, reduzindo a corrente. Simples assim.

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Na foto acima, o estrangulamento à esquerda adiciona impedância de modo comum à linha e as tampas encurtam o ruído do modo comum restante para a terra. Este é basicamente um divisor de tensão ou um filtro passa-baixo LC, exceto que lida com dois fios em vez de um.

Pense em "divisor de tensão". O estrangulamento aumenta a impedância da fonte de ruído, o que permite que as tampas tenham um melhor efeito de filtragem.

A maneira como os fios são enrolados pode ter vários efeitos. Para uma melhor filtragem no modo comum, torça os fios juntos (ou enrole um cabo inteiro ao redor do núcleo magnético). As bobinas que você mostra têm alguma distância entre os dois fios; portanto, a eficiência da filtragem no modo comum será um pouco menor. No entanto, o isolamento entre os dois fios é muito melhor, e esse enrolamento também adiciona indutância no modo diferencial em cada fio, o que faz o componente desempenhar duas funções.

Mais de dois fios podem ser usados. Na verdade, você pode conectar um cabo inteiro através de um núcleo de ferrite (procure um cabo USB com um destes no seu computador):

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O gráfico mostra a impedância adicionada ao seu cabo no modo comum.

Além disso, as bobinas de ferrite são com perdas. Isso significa que o material foi projetado para ser um transformador de baixa qualidade, com baixa eficiência em alta frequência. Possui alta histerese. Isso significa que transforma campos magnéticos de alta frequência em calor. Portanto, acima de uma certa frequência, o indutor deixa de ser indutivo e se comporta mais como um resistor.

Se você colocar o afogador em um cabo, o fato de ele ter perdas é muito útil, pois mata as ressonâncias que, de outra forma, poderiam transformar o cabo em uma antena eficiente.

EDITAR

Verifique a impedância de um cordão de ferrite. Este não é um bloqueador de modo comum, mas as propriedades interessantes estão no próprio material de ferrita. Se fosse uma ferida bifilar, a impedância do modo comum teria as mesmas características.

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( fonte )

A parte marcada com "X" é impedância indutiva. E a parte marcada "R" é resistência. Esta parte seria péssima como indutor, teria Q muito baixo, muitas perdas, não há como fazer um circuito de tanque de LC sintonizado com isso. No entanto, as perdas são ótimas quando você deseja transformar o ruído HF em calor.

Existem diversos materiais de ferrita, alguns são otimizados para baixas perdas e produzem indutores de boa qualidade, outros são otimizados para altas perdas em determinadas frequências.

Se for especificado como "supressão de EMI" ou "cordão de ferrite" ou "estrangulamento" e não como indutor, você terá materiais com perdas. Então você deve verificar a curva de impedância para garantir que eles filtrem as frequências que você deseja.


Muito obrigado. Você escreveu um artigo completo sobre o assunto! Gostaria de pular seus últimos parágrafos. Você diz: "Além disso, as bobinas de ferrite são com perdas. ... o fato de serem com perdas é muito útil, pois mata as ressonâncias". Você poderia aprofundar-se nesse tópico? Como faço para distinguir um filtro de modo comum com ou sem perdas e quais são os tipos de gráficos que me ajudam a avaliá-los?
27717 K.Kululier

confira a edição acima
peufeu

Muito obrigado pela edição. Infelizmente, muitos modos comuns de sufocamento de modo comum fornecem apenas um gráfico que mostra a impedância total Z, não a dividindo nos componentes R e X. As perdas no núcleo de ferrita são perfeitas para "queimar" o ruído. Mas não seria aconselhável colocar capacitores paralelos antes ou / e depois do modo comum engasgar? Como você os calcularia, de modo que não ocorram efeitos desagradáveis ​​de toque e oscilação? Muito obrigado por toda a sua ajuda :-)
K.Mulier

No exemplo de filtro de rede acima, existem maiúsculas. No entanto, se o seu dispositivo for, por exemplo, um dispositivo USB auto-alimentado, como um pequeno compartimento de HDD, não haverá terra / terra para conectar as tampas. Portanto, as únicas maneiras de reduzir o ruído no modo comum e impedir que o cabo seja uma antena seria não gerar o ruído em primeiro lugar ou aumentar a impedância do modo comum do cabo com um estrangulamento.
peufeu

@DanielTork Não sei bem o que você está perguntando ... Um indutor funciona assim: a corrente em uma bobina cria um campo magnético, que cria um fluxo magnético na mesma bobina, que cria uma tensão dentro da bobina que se opõe à mudança de corrente. Um bloqueador de modo comum possui 2 bobinas em vez de 1. Quando a corrente circula nas 2 bobinas na direção oposta, elas criam campos magnéticos de polaridade oposta que são cancelados, de modo que não cria fluxo magnético e não induz tensão nas bobinas.
peufeu 30/05

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Para choques comuns no modo comum, a impedância do modo diferencial reduz-se essencialmente às resistências do fio, enquanto a impedância do modo comum é amplamente indutiva, com a resistência do fio como um pequeno componente.

Como quanto maior a indutância, maior a atenuação do sinal no modo comum, o objetivo é ter uma maior indutância. Isso leva a projetos que visam evitar a saturação do núcleo e as perdas do núcleo, portanto, mesmo levando em consideração a não linearidade do núcleo ferromagnético, um estrangulamento comum de dois enrolamentos comum apresenta uma impedância essencialmente indutiva ao sinal de modo comum.

Portanto, muito pouca energia é dissipada dentro do estrangulador, portanto, o sinal do modo comum é essencialmente "refletido de volta" de onde veio (teoria nº 2 sua).

Veja este documento relevante da ST:

Em particular estes trechos (grifo meu):


insira a descrição da imagem aqui

[...]

insira a descrição da imagem aqui


Apenas para ser explícito: o fato de uma impedância indutiva implicar reflexão em relação à fonte depende do princípio de conservação de energia. Como não existe essencialmente nenhum componente resistivo que possa explicar a energia do sinal no modo comum a ser dissipada (convertida em calor), essa energia deve ir para outro lugar: será (temporariamente) armazenada no campo magnético que se acumula no afogador e refletiu de volta de onde veio.


No entanto, um estrangulamento real de CM terá um comportamento mais complexo, principalmente por causa da capacitância parasitária, e mostrará um pico de ressonância em sua magnitude de impedância, conforme mostrado aqui pela curva azul (do mesmo documento vinculado acima):

insira a descrição da imagem aqui


Interessante, muito obrigado :-). Eu simplesmente não entendo a figura abaixo. Por que a curva azul - a impedância do modo comum - é apenas 3 Ohm para frequências abaixo de 30MHz? De fato, para essas frequências, a impedância do modo diferencial parece ser maior que a impedância do modo comum. Isso é estranho ...
K.Mulier

@ K.Mulier Isso não é estranho se você entender as equações nos trechos acima. Nas Eqs.8,9, vemos que para frequências baixas, ou seja, f & em direção a; 0, Z1diff = R1 e Z2diff = R2. Nas Eqs.6,7, vemos que Z1cm & Rg e Z2cm & R2. Essa última igualdade aproximada é mais bem aproximada à medida que o coeficiente de acoplamento k se aproxima de 1, o que é apenas teórico. Se L1 e L2 não coincidirem com M, então Z1cm será maior que Z1diff. O mesmo vale para o Z2. BTW, estamos falando sobre magnitude de impedância aqui.
Lorenzo Donati apoia Monica

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Para correntes diferenciais normais, os dois enrolamentos "subtraem" efetivamente suas indutâncias e, portanto, a corrente é dificilmente impedida.

Quando a corrente é o modo comum, a indutância total de ambas as bobinas está presente e, portanto, a corrente é muito mais fortemente impedida.

Abaixo está uma imagem que deve ajudar. É mostrada uma única entrada e saída que demonstra as diferentes impedâncias que você obtém ao reverter a direção de uma das correntes.

O primeiro cenário é para uma corrente de modo comum que procuraríamos bloquear:

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