Избор на филтер за напојување EMC CUI Inc.

6 август 2019 година од Рон Стал - Време на читање: 7 минути

Преклопните напојувања генерално имаат пречки во однос на електромагнетните емисии (ЕМС). Брзото вклучување на високонапонските и струјните јазли доведува до релативно големи вредности на di/dt и dv/dt во рамките на колото, што значи дека се емитуваат пречки во широк опсег на фреквенции. Во повеќето земји, регулаторите поставуваат ограничувања на количината на електромагнетни пречки што може да се емитираат. Како резултат, се троши многу време и напор за да се ослабнат изворите на мешање и да се филтрираат преостанатите пречки. Овие напојувања ги исполнуваат прописите кога се тестираат самостојно. Сепак, кога се додава на системот, тоа може да резултира во несакани електромагнетни емисии за кои е потребно дополнително филтрирање за одобрување на регулаторот. Стандардните филтри за ЕМС, кога се правилно избрани, се лесен начин за подобрување на емисиите и усогласеност со прописите.

ЕМС и позадина на електромагнетна компатибилност

Кога се занимавате со електромагнетна компатибилност (ЕМС), проблемот често се моделира со три компоненти: извори, патеки и рецептори.

Изворите се уредите или јазлите на колото што создаваат нарушување. Покрај самото напојување, ова може да вклучува и други уреди како што се микропроцесори, видео драјвери, RF генератори, итн.

Нарушувањето создадено од извор има два патека низ кои може да патува. Првиот е пат на зрачење, што е електромагнетна енергија што се шири во вселената, а паровите во други системи. Вториот е жичена патека каде сигналот тече низ спроводниците на системот (на пример, траги и нивоа на плочи, линии на компоненти, влезни жици, итн.). Ова може да се врати во електричните водови и да влијае на другите уреди што добиваат енергија од таа линија.

Рецепторите се уреди кои собираат нарушувања емитирани од изворот и се засегнати од мешањето. Скоро секое аналогно и дигитално коло може да дејствува како рецептор.

При проверка на ЕМС, контролорот ги проверува спроведените и зрачените електромагнетни емисии одделно. Секој има свои граници и опсези на фреквенции и свој метод на сузбивање. Зрачените емисии опфаќаат поголем опсег на фреквенција (обично од 30 MHz до 1.000 MHz). И како што вознемирувањето се движи низ просторот, начинот на кој може да се контролира е ограничен. Покрај употребата на соодветни техники за распоред и дизајн на кола за да се ослободи нарушувањето на изворот, може да се користи заштитен систем за да се содржи зраченото нарушување. Од друга страна, спроведените емисии опфаќаат понизок опсег на фреквенции (обично 0,15 MHz до 30 MHz) и, бидејќи тие поминуваат низ проводници, може да се контролираат со употреба на компоненти на електричен филтер. Кога додава EMI филтри, дизајнерот може да избере дали сака да ги направи дискретни или да се одлучи за комерцијално достапен филтер EMI.

ЕМС филтри и системски побарувања

За техничарите кои избираат комерцијално достапен филтер за електроника, може да има забуна при изборот на вистинскиот филтер за соодветниот систем. Првиот чекор е да се осигура дека EMC филтерот ги исполнува основните електрични барања. Важни точки за проверка се:

номинален напон, максималниот напон што може да се примени на влезот. Ако е надмината, компонентите во филтерот можат да се оштетат.
Изолационен напон, изолационата вредност измерена помеѓу секоја влезна линија и земјата/шасијата (нема изолација помеѓу влезот и излезот).
Номинална струја, максималната струја што може да тече низ филтерот ЕМС во наведениот опсег на работна температура.
работна температура, максималната температура на која може да се работи со уредот.
Струја на истекување, струјата што тече низ земјата/шасијата. Покрај самото напојување, EMC филтерот исто така ќе придонесе за струја на истекување. Од безбедносни причини, струјата на истекување има поставено ограничувања и додавањето на истекување низ филтерот треба да го разгледа дизајнерот.

Пример за внатрешно филтерско коло

Карактеристики на филтерот ЕМС

Откако пронајдовте EMC филтер што ги исполнува условите за работа на системот, треба да ги проверите реалните карактеристики на филтерот. Листот со податоци обично вклучува дијаграми за загуба на вметнување, еден за заеднички режим и еден за диференцијален режим. Овие дијаграми му покажуваат на корисникот колку е ослабена фреквенцијата на сигналот помеѓу влезот и излезот.

Загубата на вметнување е односот на сигналот на влезот на филтерот до сигналот на излезот. Обично се мери во децибели поради големиот опсег на фреквенции, како што е прикажано во следната равенка.

Губење на вметнување (dB) = 20 Log 10 (нефилтриран сигнал/филтриран сигнал)

Ова може да се препише со користење на правилото за количник за да се реши филтрираниот сигнал.

Филтриран сигнал (dB) = нефилтриран сигнал (dB) - загуба на вметнување (dB)

Дијаграми за губење на вметнување

Во некои случаи, не е прикажан графикон и наместо тоа, во листот со податоци е наведена вредност за слабеење на бучавата. Ова обично е поврзано со опсег на фреквенции над кои се применува слабеењето. На пример, лист со податоци може да означи слабеење од 30 dB помеѓу 150 kHz и 1 GHz.

Последната точка што треба да се разгледа при прегледување на податоците на филтерот е дека импедансите на изворот и оптоварувањето го менуваат однесувањето на филтерот. Загубата за вметнување наведена во листот со податоци е утврдена со импеданса (типично 50 Ω) што може значително да се разликува од онаа на системот на кој се применува. Додека филтерот може да изгледа одлично на хартија, важно е да се тестира филтерот на колото за да се потврдат неговите перформанси под реалните извори и услови на оптоварување на крајниот систем.

Избор на филтер за ЕМС

При избор на ЕМС-филтер, идеално е ако единицата за напојување што треба да се филтрира претходно била подложена на ЕМС тестови за да се добие основа за спроведените емисии. Резултатите од тестот го покажуваат дизајнерот на кои фреквенции и според која вредност уредот не успеал. Оваа информација може да се спореди со дијаграмите за загуби при вметнување на филтерот ЕМС. На овој начин може да се утврди дали има доволно амортизација на неуспешните фреквенции за да се помине EMC тестот. На пример, ако тестот за емисија на заеднички режим на 500 kHz не успеа заради 64 dB, следнава крива на загуба за вметнување заеднички режим на EMC филтерот на 500 kHz покажува ниво на слабеење од приближно -75 dB. Доколку се користи овој ЕМС-филтер, треба да го положите ЕМС-тестот на 500 kHz со толеранција од 11 dB.

Пример за ЕМС-дијаграм пред и по нанесување на филтер (горе) и загуба при вметнување на филтерот за ЕМС (подолу)

Поради неконзистентното придушување низ фреквентниот спектар, мора да се осигура дека сите неуспешни или отсечени фреквенции се правилно пригушени. Ако листот со податоци вклучува единствена вредност на загуба отколку график на загуба при вметнување, важно е да се осигура дека таа единечна вредност е поголема од максималната граница на грешка.

Заклучок

Преклопните напојувања се главен извор на електромагнетни емисии (ЕМС), така што нивното регулирање е од клучно значење за да се избегне мешање со други електронски уреди. Повеќето, ако не и сите, напојувања во режимот на прекинувач имаат влезен филтер. Сепак, поради широкиот спектар на апликации, ова можеби не е секогаш доволно за да се помине последниот пост-апликативен тест ЕМС на комплетен систем. Стандардните филтри за ЕМС се брз и лесен начин за намалување на електромагнетните емисии кога внатрешниот филтер не е доволен. Тие исто така можат да заштедат време бидејќи нема потреба да се развива посебно решение од нула. CUI нуди неколку филтри за напојување AC-DC EMC и филтри за напојување DC-DC EMC со монтирање на плоча, шасија и конфигурации на шини DIN оптимизирани за потребите на електромагнетната компатибилност на системот.