フェライトビーズはどのように機能し、どのように適切なものを選択しますか？

フェライトビーズとは何ですか？フェライトビーズはどのように機能しますか？

フェライトビーズは、電源ライン上の高周波信号を抑制することができる受動的な電子部品です。 これらは通常、ラップトップの電源コードなどの特定のデバイスに接続される電源/グランドラインペアの周りに配置されます。 これらのビーズは、ファラデーの法則に従って機能します。 導体の周囲の磁気コアは、高周波信号の存在下で逆起電力を誘発し、本質的にフェライト周波数応答を減衰させます。

フェライトは磁性材料であり、この材料を電源/グランドラインの周りのフェライトクランプに配置すると、ラインを通過する信号の誘導インピーダンスのソースを提供できます。 そのため、それらを標準のインダクタと考えるように思われるかもしれませんが、それらはそれよりも複雑です。 実際には、フェライトビーズは非線形コンポーネントです。 インピーダンスが変化するのは、フェライトの変化による負荷電流と電圧降下です。 フェライトビーズの簡略化された回路モデルは、その周波数特性を理解するのに役立ちます。 ただし、これらの属性は、電流と温度の関数として変化する可能性があります。

フェライトビーズは何に使用されますか？

フェライトビーズインピーダンスは誘導性であるため、フェライトビーズは電子部品の高周波信号を減衰させるために使用されます。 フェライトビーズチョークは、電子デバイスに接続する電源ラインに配置できるため、電源接続に存在するスプリアス高周波ノイズやDC電源から出力されるノイズを除去できます。 このフェライトクランプの使用は、スイッチモード電源からのノイズなど、電源ノイズを抑制する多くの方法の1つです。 フェライトフィルターとしてのこのフェライトビーズアプリケーションは、伝導EMIの抑制と除去を提供します。

フィルターとして使用されるさまざまなフェライトビーズの中で、EMIフィルタービーズ/電源フィルタービーズは通常、特定のDC電流に対して定格が定められています。 指定された値を超える電流は、コンポーネントを損傷する可能性があります。 面倒なことは、この制限が熱の影響を大きく受けることです。 温度が上昇すると、定格電流が急速に低下します。 定格電流は、フェライトのインピーダンスにも影響します。 DC電流が増加すると、フェライトビーズは「飽和」し、インダクタンスを失います。 比較的高い電流では、飽和によりフェライトビーズのインピーダンスが最大90％低下します。

フェライトビーズとインダクタ

フェライトビーズはインダクタとしてモデル化できますが、通常のインダクタとしては動作しません。 フェライトビーズの動作とインダクタの動作を測定する方法を知りたい場合は、ビーズを介してアナログ信号を送信し、周波数を数桁にわたって掃引します。 フェライトビーズの周波数掃引測定のボード線図を作成すると、フェライトビーズは、同様の低周波数動作のインダクタと比較して、より高い周波数でより急なロールオフを提供することがわかります。

フェライトビーズは、コンデンサとインダクタ、および並列の抵抗としてモデル化でき、このRLCネットワークは直列抵抗で配線されます。 直列抵抗は、デバイスの

DC電流に対する抵抗。 このモデルのインダクタは、高周波信号を減衰させる、つまりファラデーの法則により誘導性インピーダンスを提供するフェライトビーズの主要な機能を表しています。 このモデルの並列抵抗は、高周波でフェライトビーズ内に誘導される渦電流の損失を考慮しています。 最後に、このモデルのコンデンサは、コンポーネントの自然寄生容量を考慮しています。

フェライトビーズのインピーダンスカーブを見ると、主に抵抗性であるインピーダンスが、細い帯域でのみ非常に高いことがわかります。 ビーズのインダクタンスはこの細いバンド内で支配的です。 周波数が高くなると、フェライトビーズのインピーダンスが容量性オーバーになり始め、インピーダンスが急速に低下します。 最終的に、周波数が増加し続けると、容量性インピーダンスは非常に小さな値に低下し、フェライトビーズのインピーダンスは純粋に抵抗性になります。

フェライトビーズ選択ガイド

さあ、フェライト理論を身に付けたところで、デバイスに合ったものを選択しましょう。 これはそれほど難しくありません。デザインにフェライトビーズを選択する方法を知りたい場合は、ビーズの仕様に注意するだけです。 不思議に思うかもしれませんが、私の設計にはフェライトビーズが必要ですか？ 多くのエンジニアリングの決定と同様に、答えはそれほど単純ではありません。 もし

ボードが特定の周波数範囲内で伝導EMIを経験することがわかっているので、これらの周波数を減衰させる必要がある場合は、フェライトビーズが設計に適している可能性があります。

フェライトビーズの誘導挙動に基づいて、フェライトビーズはそれ以上考慮せずに「高周波を減衰させる」と結論付けるのが自然です。 ただし、フェライトビーズは、特定の周波数範囲の減衰にのみ役立つため、広帯域ローパスフィルターのようには機能しません。 フェライトビーズの選択を選択し、望ましくない周波数が抵抗帯域にある場所でチョークする必要があります。 少なすぎるか、少なすぎると、ビーズは望みの効果を発揮しません。

設計に特定のフェライトビーズを選択する前に、製造者がフェライトビーズのインピーダンス対負荷電流曲線を提供できるかどうかを確認する必要があります。 フェライトビーズの選択方法がわからない場合に使用できる最良のツールです。 負荷電流が非常に大きい場合は、目的の周波数範囲内でインピーダンスを飽和させたり失ったりすることなく、負荷に耐えられるフェライトビーズを選択する必要があります。

ご注意

フェライトビーズとフェライトチョークは、本質的に高周波での抵抗性負荷です。つまり、回路にいくつかの問題を引き起こす可能性があります。 ビーズを配置するときは、電圧降下と熱放散について考える必要があります。

高電圧回路の時代には、電圧降下は大したことではありませんでした。 現在、約2 Vの電圧を使用できる多くの低電力回路があります。これらのレベルでは、多くを失う余裕はありません。 フェライトビーズは必然的にあなたの回路でDC電圧降下を引き起こします。 大したことではないように思えるかもしれませんが、集積回路（IC）に短い大電流が流れると、損失が大きくなる可能性があります。 フェライトビーズは、電圧降下の問題が発生しない場所に配置してください。

フェライト材料は高周波で抵抗があるため、主に吸収されたエネルギーを熱として放散します。 この熱は、電源ラインでフェライトチョークが使用されている場合、PCBにとって必ずしも問題ではありませんが、高電流で高周波を放散するために使用される場合、熱になる可能性があります。 システムが特にノイズが多く、ビーズが多くの高周波を吸収する場合、この熱はより大きな問題になる可能性があります。 ビーズの熱放散を考慮に入れてください。

フェライトビーズは非常に便利ですが、その仕組みを正確に理解している場合に限ります。 それらはかなり小さな帯域で信号を減衰させ、その有効性は温度と負荷電流に依存することに注意してください。 フェライトビーズを最適に使用するには、正確な仕様を満たしていることを確認する必要があります。 次に、ビーズを配置するときに、電圧降下と熱を考慮に入れてください。

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