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Nella progettazione di circuiti, se le induttanze comuni standard non soddisfano i requisiti, diventa necessaria una personalizzazione del prodotto. Questo garantisce che soffocamento in modalità comune possa soddisfare le esigenze del circuito riguardo alla soppressione delle interferenze elettromagnetiche (EMI), al layout strutturale e ad altre specifiche. La personalizzazione di un'induttanza comune richiede la selezione di materiali e una struttura del prodotto adeguati in base allo scenario applicativo reale e ai parametri prestazionali richiesti. Per un ingegnere progettista, definire chiaramente queste esigenze è un passo fondamentale.
1.Definizione di un'induttanza comune
Prima di tutto, chiariamo cos'è un'induttanza comune.
Definizione: Un induttore comune, noto anche come bobina di filtro per modo comune, è composto da due bobine con lo stesso numero di spire avvolte in direzioni opposte su un nucleo magnetico chiuso. Presenta un'impedenza molto elevata al rumore in modo comune, permettendo così di sopprimere le interferenze in modo comune. Al contrario, ha un'impedenza molto bassa ai segnali in modo differenziale, causando una soppressione quasi nulla del segnale desiderato.
Principio: Secondo la regola della mano destra, quando una corrente in modo comune scorre attraverso gli avvolgimenti, i campi magnetici generati dalle due bobine si rinforzano a vicenda (Figura 1). Ciò fa sì che l'intero componente presenti un'alta impedenza, attenuando il segnale di interferenza. Quando scorre una corrente in modo differenziale, i due campi magnetici generati sono uguali e opposti, annullandosi reciprocamente (Figura 2). Questo permette al segnale di corrente desiderato di passare inalterato. Per questo motivo, gli induttori per modo comune vengono utilizzati nei circuiti per sopprimere le interferenze in modo comune.
Figura 1: Quando scorre una corrente in modo comune, i campi magnetici si rinforzano a vicenda
Figura 2: Quando scorre una corrente in modo differenziale, i campi magnetici si annullano a vicenda
2.Principali categorie di induttori in modo comune
Gli induttori in modo comune possono essere suddivisi in due categorie principali in base alla loro applicazione: induttori in modo comune per linee di segnale e induttori in modo comune per linee di alimentazione .
Di seguito è riportata la classificazione standard dei prodotti e i relativi modelli disponibili per gli induttori in modo comune sul Codaca sito web ufficiale. La pagina può essere consultata qui:
https://www.codaca.com/Productsctr_Common-Mode-Choke.html
Figura 3: Induttore in modo comune per linea di segnale
Figura 4: Induttore in Modo Comune per Linea di Alimentazione
Interpretazione dei parametri:
Prendendo l'induttore comune di modo Codaca CPSQ1515L-203 come esempio:
Tabella 1: Parametri caratteristici dell'induttore comune di modo CPSQ1515L-203
① Induttanza: A parità di frequenza e di capacità parassita, un'induttanza maggiore determina un'impedenza più elevata.
② Impedenza: Un'impedenza più elevata offre migliori prestazioni di filtraggio. Il valore dell'impedenza varia a seconda della frequenza.
Figura 5: Curva caratteristica dell'impedenza in funzione della frequenza per l'induttore comune di modo CPSQ1515L-203
③ Resistenza in corrente continua (DCR): La resistenza presentata dall'induttore in condizioni di corrente continua; generalmente, si preferisce un valore DCR più basso.
④ Corrente nominale: La corrente massima che l'induttore può trasportare continuativamente senza surriscaldarsi.
⑤ Tensione nominale: La tensione alla quale il circuito è progettato per funzionare normalmente.
⑥ Tensione di tenuta (Hi-pot): La tensione che l'avvolgimento può sopportare tra spire o tra avvolgimenti per un periodo specificato senza subire guasti.
⑦ Intervallo di temperatura di funzionamento: La gamma di temperature entro la quale il componente può operare in modo affidabile.
3. I 6 passaggi della personalizzazione degli induttori comune modo
Quando i prodotti standard non soddisfano le esigenze del cliente, è necessaria la personalizzazione dell'induttore comune modo. Dopo aver chiarito definizione, principio e parametri degli induttori comune modo, ora discuteremo come personalizzarne uno adatto alle esigenze del cliente.
Passaggio 1: Chiarire i requisiti del cliente
Analisi dello scenario applicativo: Effettuare un'analisi completa dell'utilizzo dell'induttore comune modo. Questo include l'applicazione specifica (che determina il grado richiesto del prodotto—automotive o industriale), la tensione di lavoro, la corrente e la frequenza operativa. Questi fattori influenzeranno direttamente la progettazione e la selezione dell'induttore comune modo.
Passaggio 2: Determinare i parametri caratteristici
Induttanza: L'induttanza è uno dei parametri di prestazione più importanti di un induttore comune e influenza direttamente la sua applicazione. L'induttanza richiesta deve essere determinata in base al caso d'uso specifico.
La formula per calcolare l'induttanza minima richiesta per un induttore comune in un circuito filtro (ignorando la capacità parassita) è:
Dove 
è il valore di impedenza richiesto alla frequenza 
.
Impedenza: La capacità di un induttore comune di sopprimere il rumore in modo comune è strettamente correlata alla sua impedenza. Il valore di impedenza appropriato deve essere determinato in base all'effetto di filtraggio desiderato.
Passaggio 3: Selezionare i materiali e la struttura del prodotto appropriati
Materiale del nucleo: Il nucleo è utilizzato per aumentare la permeabilità magnetica della bobina, il che incrementa l'intensità di induzione magnetica all'interno dell'avvolgimento e quindi innalza il valore dell'induttanza. Si scelgono tipicamente materiali con elevata permeabilità magnetica, come ferriti ad alta permeabilità, materiali amorfi o nanocristallini. La scelta del materiale del nucleo influenza direttamente le prestazioni dell'induttore e un materiale adeguato può contribuire anche a ridurre le dimensioni fisiche del prodotto.
Materiale della bobina: La bobina è generalmente avvolta con filo di rame. Il numero di spire e il diametro del filo sono progettati in base all'induttanza richiesta e al valore efficace della corrente.
La formula per il calcolo dell'induttanza è:
μ 0= Permeabilità del vuoto
μ e = Permeabilità relativa del nucleo
A e = Area della sezione trasversale efficace del nucleo
l e = Lunghezza del percorso magnetico efficace del nucleo
N = Numero di spire della bobina
Come mostrato dalla formula, per ottenere la miniaturizzazione del prodotto, si può considerare l'uso di un nucleo con permeabilità magnetica più elevata, riducendone così il volume.
Progetto strutturale: In base alla disposizione spaziale della scheda circuito del cliente, progettare razionalmente una struttura verticale o orizzontale del prodotto e scegliere un tipo di involucro a foro passante o a montaggio superficiale per garantire che l'induttore possa essere installato correttamente.
Passaggio 4: Riferimento agli standard di sicurezza
Consultare standard di sicurezza come IEC 60664-1 o gli standard interni del cliente.
Passaggio 5: Considerare i fattori ambientali
L'ambiente operativo influenza anche le prestazioni elettriche dell'induttore. Quando si personalizza un induttore comune, considerare fattori ambientali come temperatura, umidità e metodo di raffreddamento per garantirne il funzionamento stabile nell'applicazione reale.
Passaggio 6: Test delle prestazioni e ottimizzazione
Dopo la personalizzazione, l'induttore comune deve essere sottoposto a test di prestazione, inclusi test su induttanza, impedenza e altri parametri. Se i risultati dei test non soddisfano i requisiti, la progettazione deve essere ottimizzata fino a quando non risponde alle esigenze dell'applicazione.
4.Conclusione
In sintesi, la personalizzazione di un opportuno induttore comune richiede una valutazione completa di diversi fattori, tra cui le esigenze applicative del cliente, i materiali e la struttura, i parametri prestazionali, i requisiti di sicurezza, i fattori ambientali e i test prestazionali con relative ottimizzazioni. Solo attraverso un'analisi scientifica e un progetto razionale si può garantire che l'induttore comune personalizzato soddisfi le esigenze dell'applicazione reale.
Il team di Ricerca e Sviluppo di Codaca Electronics possiede una vasta esperienza nello sviluppo su misura di induttori comuni. Siamo in grado di fornire rapidamente soluzioni prodotto adatte a diverse situazioni applicative dei clienti. Vi invitiamo a contattarci per consulenze e ulteriori informazioni.