DC bias в ферритовых бусинах
Как вы выбираете ферритовую бусину?
Наверняка вы начинаете со значения импеданса, затем смотрите цену, доступность, размер, ну и напоследок, чтобы ток не превышал номинальное значение.
Если так, то здесь есть одна ошибка.
Даташиты на ферритовые бусины не всегда щедры на информацию. Многие из них вообще бывают одностраничными, где кроме таблицы основных параметров ничего нет. В лучшем случае, добавляют графики зависимости импеданса от частоты. Проблема в том, что все эти значения и импедансы получены при нулевом постоянном токе(!!!), а это очень редкий сценарий.
Ферритовые бусины, как и керамические конденсаторы, подвержены DC bias эффекту. В их случае это явление, когда индуктивность и импеданс бусины снижаются в зависимости от величины протекающего через них постоянного тока.
По мере роста постоянного тока, материал сердечника (core material) начинает насыщаться, что приводит к значительному падению индуктивности. Уровень снижения, зависит от материала феррита.
Насколько сильно это смещение можно посмотреть на графике ниже, где видно, что даже 1А роняет индуктивность бусины в 8 раз, хотя ее номинальный ток - 3А. У бусины с номиналом 6А ситуация лучше, но масштаб всё равно ощутимый.
По сути, «Rated current» в даташите бусины - это значение максимального тока, который она может выдержать. Но это не то же самое, как у обычной катушки индуктивности, где мы просто выбираем rated current больше реального протекающего, будучи уверенными, что характеристики катушки не изменятся существенно. А вот у бусины изменятся существенно.
Вместе с индуктивностью падает и суммарный импеданс. На графиках ниже показана зависимость импеданса от тока для бусин с номиналом 3 А и 6 А.
Я искренне не понимаю, почему о таком существенном эффекте не пишут в даташитах, ведь это может сделать использование бусины абсолютно бесполезным.
Эмпирическое правило: использовать ферритовую бусину на 20% от ее номинального тока. Например, если ток цепи - 100мА, выбирайте компонент с током как минимум в 5 раз больше. Импеданс всё равно просядет, но хотя бы на 10–30 %, а не в разы.
Да, это неприятно, но дает хоть какой-то компромисс между эффективностью фильтрации и размером бусины.