Javy v usporiadaní EMC a filtračných obvodoch; Meracie testovanie; Electronicsnet
24. augusta 2018, 11:00 | Od Dr. Heinz Zenkner
Nepriaznivé usporiadanie obvodov môže takmer úplne zrušiť účinok EMC filtrov. Filtre pomáhajú, iba ak sú správne umiestnené a navrhnuté pre príslušný okruh. Z tohto dôvodu je potrebné zohľadniť frekvenčné správanie komponentov filtra.
Prvá časť tejto série článkov o EMC technológii sa zaoberala základnými väzbovými mechanizmami, ktoré určujú EMC chovanie elektronického obvodu. Ďalej boli preskúmané vyskytujúce sa signály: Signály s obdĺžnikovými vlnami obsahujú harmonické, sínusové harmonické, ktorých amplitúdový a frekvenčný rozsah závisí od trvania periódy a doby nárastu signálu.
V praxi vo väčšine prípadov Väzba medzi obvodmi úmerná frekvencii. V závislosti na parametroch systému, ako je kryt, tienenie káblov a zložitosť obvodu, bude potrebné integrovať filtre na rozhrania komponentov a krytu, ktoré zlepšujú „EMC správanie“ obvodu.
Zaoberanie sa filtrami EMC v každodennej praxi
Ako bude filter vybudované? Je praktickou skúsenosťou autora, že pri výbere filtračných modulov vo väčšine prípadov záleží na tom, čo je praktické a ľahko dostupné: „No, ferit má 100 Ω na 100 MHz, to by malo stačiť“. Potom musí byť filter v rohu dosky s plošnými spojmi, pretože takmer nezostáva miesto, aby „bol na ňom“. Bohužiaľ, vo väčšine prípadov tento prístup neprinesie požadovaný efekt.
V Obrázok 1 sú dvaja typické prípady z praxe zobrazené. Vľavo dodáva ovládač rozhrania signál cez vodičovú stopu A a periférne pripojenie A, pomocou ktorého je ovládané periférne zariadenie (spotrebiteľ). Na účely EMC je do signálneho vedenia na rozhraní integrovaný kondenzátor (zvyčajne 150 pF), aby sa znížili interferenčné komponenty obsiahnuté v užitočnom signáli. Ukazuje sa, že susedná vodičová stopa B, ktorá vedie k linkovému spojeniu B, sa spája v interferenčných signáloch na linke A. Vysielajú sa cez výstupný kábel pripojený k periférnemu pripojeniu B, čo vedie k prekročeniu medzných hodnôt.
Obrázok 1: Typické »filtračné opatrenia« v praxi s pochybnou funkciou.
Pravá strana na obrázku 1 ukazuje, ako ďalšie opatrenie a škrtiaca klapka alebo a Ferit SMD (typ. 400 Ω pri 100 MHz) je zapojený do zvukovej linky (line-out), aby sa znížilo rušenie na trati vodiča B.
Výsledok: Aj keď sa kapacita kondenzátora v linke A a impedancia feritu v linke B výrazne zvýšia, vyžarované rušenie z linky B sa zníži iba mierne! Prečo je to tak a aké príležitosti na zlepšenie existujú?
Čo je to „EMC filter“?
Elektronický filter je obvod, ktorý nežiaduce frekvenčné zložky by mal odstrániť zo signálu. Filter nesmie ovplyvňovať požadované zložky signálu alebo ich môže len mierne ovplyvňovať (obrázok 2). Štruktúra v príkladoch na obrázku 1 túto funkciu nespĺňa. Nežiaduce zložky frekvencie nie sú účinne zadržiavané zložkami kondenzátora a indukčnosti.
Filter je a frekvenčne závislý delič napätia. V EMC sa dolnopriepustné filtre používajú takmer výlučne. Jeho základná štruktúra je v obrázok 3 zobrazené. Aspoň jedna z impedancií Z1 a Z2 musí byť zložkou závislou od frekvencie. Možné kombinácie indukčnosti, kondenzátora a odporu pre filter sú uvedené v tabuľke na obrázku 3.
Čo je to EMC filter, obrázky 2 až 6
Späť na obrázok 1. Na ľavom obrázku je na konci vodivej stopy kondenzátor, ktorý má odvádzať interferenčný prúd na zem (GND) systému. Túto úlohu plní aj na príklade. Avšak Rušivý prúd v systéme, ktorý predstavuje obvod označený červenou farbou, so zvyšujúcou sa kapacitou alebo znižujúcou sa reaktanciou kondenzátora ešte väčšou. Podľa toho sa tiež zvyšuje interferenčný prúd v stope B, ktorý je pripojený medzi stopu A a stopu B prostredníctvom induktívneho spojenia. V okruhu chýba druhá zložka, nad ktorou môže klesať interferenčná energia vo forme delenia napätia.
V pravej časti obr. 1 je indukčnosť alebo ferit SMD zapojený do vedenia, ktoré je predmetom interferenčných signálov. A dlhá obvodová čiara, rovnako ako výstupný kábel sa z hľadiska vysokých frekvencií chová ako anténa E-poľa. V závislosti na dĺžke kábla a frekvencii rušenia má v mieste pripojenia vysokú impedanciu. V tomto prípade je to výstupná periférna zásuvka.
V Obrázok 4 objasňujú sa väzbové vzťahy. Obvod so zdrojom rušenia pozostáva z vodivej dráhy, kondenzátora C a spätnej cesty (zemná rovina alebo vodivá stopa). Modro označená stopa zdroja rušenia spája indukčný prúd IStör_B indukčne do obvodu B, ktorý sa skladá zo stopy medzi audio modulom alebo jeho parazitnou výstupnou kapacitou Cp, indukčnosťou a nakoniec výstupným káblom. Samotný kábel vyžaruje interferenčnú energiu a tým uzavrie obvod proti potenciálu zeme. Spojenie medzi dvoma vodivými dráhami závisí v podstate od vzdialenosti medzi vodičovými dráhami a dĺžke týchto dvoch vodičových dráh.
Obrázok 5 ilustruje impedančné vzťahy dvoch obvodov: Rušivý obvod (obrázok 5, vľavo). sa efektívne vytvára iba implementáciou filtračného kondenzátora C, ktorého reaktancia klesá so zvyšujúcou sa kapacitou a zvyšujúcou sa interferenčnou frekvenciou. Ďalej v obvode B, audio obvode, je trasa spojovacieho vodiča „uzemnená“ k zemi cez výstupnú impedanciu zvukového vodiča. A tiež tu bude so zvyšujúcou sa interferenčnou frekvenciou mať kapacita základného bodu periférneho kábla, t. J. Antény, menšiu reaktanciu a tým zlepšovať radiačný pomer antény. V pravej časti obrázku 5 sú dve vodivé dráhy zobrazené ako ekvivalentná schéma zapojenia vo forme dvoch spojených cievok, to znamená ako transformátory. L je tlmivka na potlačenie rušenia, ktorá je zapojená do série s impedanciou antény ZKabel.
V Obrázok 6 sú zobrazené impedancie audio obvodu s indukčnosťou L. Počnúc zdrojom rušenia (L2 na obrázku 5) je v obvode indukčnosť L s frekvenčne závislou reaktanciou XL a impedancia antény Zcable. The Pomery veľkostí kábla XL a Z. teraz rozhodnite, aká efektívna je implementácia induktora L. Účinok znižujúci rušenie sa zmenšuje, tým väčšia je základná impedancia antény vo vzťahu k impedancii tlmivky.
Ďalšie závislosti sú interferenčná frekvencia, dĺžka kábla alebo poloha kábla v miestnosti. Inými slovami: nakoniec je redukcia rušenia intenzitou rádiového rušenia nie presne vypočítateľné. Spravidla sa však pohybuje v rozmedzí 1 - 4 dB.
Ako to urobiť správne?
V Obr je pre každý okruh je úplný dolný priechod určené. V zdrojovom obvode s vodičovou stopou A bude interferenčný prúd IStör_A klesať so zvyšujúcou sa frekvenciou prúdu; pokles interferenčného napätia na tlmivke sa bude zvyšovať v dôsledku zvyšujúcej sa impedancie tlmivky L2. Aby bolo rušivé napätie na porte A nízke, filtračný kondenzátor C2 pri nízkej impedancii pri vysokofrekvenčných skratoch port nakopí - funguje frekvenčný delič napätia.
Obrázok 7: Obvod zdroja rušenia a obvod rušenia s LC filtrami (UK ide k zemi)
v Drezový okruh stane sa niečo podobné. Interferenčný prúd pripojený cez koľaj B sa bude so zvyšujúcou sa frekvenciou znižovať z dôvodu reaktancie tlmivky L1 a interferenčného napätia na portu B, t. J. Pripojenia periférneho kábla, bude klesať. Účinok je zosilnený kondenzátorom, pretože jeho impedancia klesá s rastúcou frekvenciou. Amplitúda interferenčného napätia na porte B závisí od pomeru deliča reaktancií XL1 na XC1 a má tendenciu smerovať k 0 pri vysokých frekvenciách (> 100 MHz) za predpokladu ideálnych hmotnostných pomerov.
Okolo Filter druhého rádu Na vytvorenie HF technicky efektívneho podľa obrázku 7 sú potrebné určité požiadavky. Na jednej strane musia byť komponenty skonštruované pre potrebný frekvenčný rozsah a na druhej strane to isté musí platiť pre usporiadanie a koncepciu hmotnosti filtra.