[100daysTIL] Day 10 - Ferrite Bead Demystified

Hôm qua mình ra đồng lao động sau một chuỗi ngày lười nhác, nên là về nhà mệt quá mình đã quyết định sẽ nghỉ ngơi một ngày. Nhưng hôm nay mình đã quay trở lại với hành trình tự học rồi đây. Chủ đề ngày hôm nay sẽ tiếp tục bàn về khối nguồn, nhưng là về thứ linh kiện có tên Ferrite và phương pháp sử dụng nó.

Trong những ứng dụng yêu cầu bộ chuyển đổi hiệu năng cao, hoặc mạch có sử dụng sóng vô tuyến (Radio Frequency - RF) đều yêu cầu khối nguồn phải được thết kế sao cho hiệu suất được tối ưu. Do đó cần lọc tốt nhiễu cao tần từ nguồn và giảm nhiễu xuyên kênh giữa vùng tín hiệu tương tự với tín hiệu số của mạch.

Nhiễu dễ nhận thấy hơn trong các bộ switching regulators, nơi các nhiễu không mong muốn được sinh ra và gây ảnh hưởng tới bất kỳ ứng dụng nào nhạy cảm với nhiễu. Tuy nhiên do hiệu suất chuyển đổi năng lượng khá cao, nên switching regulators thường được sử dụng trong các thiết bị cầm tay, vì những thiết bị này cần có thời lượng sử dụng kéo dài và nhiệt độ bị giới hạn ở một ngưỡng nhất định.

Những tín hiệu tương tự và số của các IC thường được nuôi bởi các miền điện áp riêng biệt. Điều này giúp ngăn chặn nhiễu sinh ra trong quá trình chuyển mạch nhanh của tín hiệu số, tác động tới các tính hiệu tương tự làm giảm hiệu suất của bộ chuyển đổi này. Nhưng mà nghe có vẻ phức tạp :v Việc cách ly thích hợp tần số cao với các miền cung cấp điện áp, nguồn cung cấp lúc này có thể được  dùng cho cả tín hiệu tương tự va số, giúp đơn giản hoá thiết kế và tiết kiệm chi phí sản xuất cho mạch.

Một phương pháp hiệu quả để lọc nhiễu cao tần cho nguồn cung cấp là sử dụng Ferrite beads (Do mình không biết dịch sang tiếng Việt thế nào nên để nguyên cả cụm cho dễ hình dung vậy :). Ferrite bead là một linh kiện thụ động có tác dụng lọc các mức năng lượng cao tần trên một dải tần số tương đối rộng. Nguyên lý hoạt động của nó là, khi tới dải tần số hoạt động của mình nó trở thành điện trở và khử các nguồn năng lượng cao tần bằng cách chuyển hóa nó thành nhiệt năng. Ferrite bead được ghép nối tiếp với nguồn cung cấp và thường kết hợp với các tụ điện ở cả 2 phía của mình. Điều này sẽ tạo thành một mạng lưới các mạch lọc thông thấp để tiếp tục giảm nhiễu tần số cao cho nguồn cung cấp.

Sơ đồ mẫu cho một bộ lọc sử dụng Ferrite bead

Mô hình này phù hợp cho bất kỳ mạch phân phối nguồn nào, tuy nhiên khi sử dụng nó cần lưu ý về việc đáp ứng các đặc tính, cân nhắc dòng điện DC, hiệu ứng cộng hưởng LC và phương pháp damping. Sự hiểu biết về các yếu tố này góp phần làm cho quá trình thiết kế nhanh hơn và hiệu quả hơn. 

Phương pháp Damping

Phương pháp này giúp giảm giá trị cực đại của dòng điện khi cộng hưởng xảy ra, và tăng băng thông của mạch.

Sơ đồ tối ưu của phương pháp Dumping

Công thức tính các thành phần của mạch

Cuối cùng thì mình đã chốt lại được một phương án thiết kế khi sử dụng Ferrite bead cho thiết kế nguồn rồi. Sau một đống lý thuyết loằng ngoằng hại não, thì cái mình cần chỉ nằm ở tấm hình phía trên thôi =)) Cảm ơn mọi người đã theo dõi nhé. Chúc mọi người có một ngày mới tốt lành :'>

Tài liệu tham khảo:
Ferrite Bead Demystified - Jefferson Eco and Aldrick Limjoco
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-1368.pdf