Alegerea unui filtru de putere EMC CUI Inc

6 august 2019 de Ron Stull - Timp de citire: 7 minute

Sursele de alimentare cu comutare au, în general, interferențe în ceea ce privește emisiile electromagnetice (EMC). Comutarea rapidă a nodurilor de înaltă tensiune și curent duce la valori relativ mari di/dt și dv/dt în circuit, ceea ce înseamnă că interferența este emisă pe o gamă largă de frecvențe. În majoritatea țărilor, autoritățile de reglementare stabilesc limite privind cantitatea de interferență electromagnetică care poate fi emisă. Ca rezultat, se cheltuiește mult timp și efort pentru a atenua sursele de interferență și a filtra interferențele rămase. Aceste surse de alimentare respectă reglementările atunci când sunt testate singure. Cu toate acestea, atunci când este adăugat la un sistem, poate duce la emisii electromagnetice neintenționate care necesită o filtrare suplimentară pentru aprobarea de reglementare. Filtrele EMC standard, atunci când sunt selectate corect, reprezintă o modalitate ușoară de a îmbunătăți emisiile și de a respecta reglementările.

CEM și fundalul compatibilității electromagnetice

Când se ocupă de compatibilitatea electromagnetică (EMC), problema este adesea modelată cu trei componente: surse, căi și receptori.

Sursele sunt dispozitivele sau nodurile de circuit care creează perturbarea. Pe lângă sursa de alimentare în sine, aceasta poate include și alte dispozitive precum microprocesoare, drivere video, generatoare RF etc.

Perturbarea creată de o sursă are două căi prin care poate călători. Prima este o cale de radiații, care este energia electromagnetică care se răspândește în spațiu și se cuplează în alte sisteme. A doua este o cale cablată în care semnalul curge prin conductorii sistemului (de exemplu, urmele și nivelurile plăcilor de circuit, liniile componente, cablajul de intrare etc.). Acest lucru poate reveni la liniile de alimentare și poate afecta alte dispozitive care primesc curent de la acea linie.

Receptorii sunt dispozitive care detectează perturbări emise de sursă și sunt afectate de interferențe. Aproape fiecare circuit analogic și digital poate acționa ca un receptor.

La verificarea EMC, controlerul verifică separat emisiile electromagnetice conduse și radiate. Fiecare are propriile limite și intervale de frecvență și propria metodă de suprimare. Emisiile radiate acoperă un domeniu de frecvență mai mare (de obicei 30 MHz până la 1.000 MHz). Și pe măsură ce perturbarea se mișcă prin spațiu, modul în care poate fi controlată este limitat. În plus față de utilizarea tehnicilor adecvate de proiectare și dispunere a circuitelor pentru a atenua perturbarea la sursă, ecranarea poate fi utilizată pentru a conține perturbarea radiată. Pe de altă parte, emisiile conduse acoperă o gamă mai mică de frecvență (de obicei de la 0,15 MHz la 30 MHz) și, deoarece acestea rulează prin conductori, pot fi controlate folosind componente de filtrare electrică. Când adaugă filtre EMI, proiectantul poate alege dacă vrea să le facă discrete sau dacă optează pentru un filtru EMI disponibil comercial.

Filtre EMC și cerințe de sistem

Pentru tehnicienii care aleg un filtru EMC disponibil comercial, poate exista confuzie la alegerea filtrului potrivit pentru sistemul respectiv. Primul pas este să vă asigurați că filtrul EMC îndeplinește cerințele electrice de bază. Punctele importante de verificat sunt:

tensiunea nominală, tensiunea maximă care poate fi aplicată intrării. Dacă este depășit, componentele din filtru pot fi deteriorate.
Tensiunea de izolare, valoarea izolației măsurată între fiecare linie de intrare și sol/șasiu (nu există izolație între intrare și ieșire).
Curent nominal, curentul maxim care poate circula prin filtrul EMC în intervalul specificat de temperatură de funcționare.
temperatura de funcționare, temperatura maximă la care dispozitivul poate fi acționat.
Curent de scurgere, curentul care curge prin sol/șasiu. Pe lângă sursa de alimentare în sine, filtrul EMC va contribui și la curent de scurgere. Din motive de siguranță, curentul de scurgere a stabilit limite, iar adăugarea scurgerii prin filtru ar trebui luată în considerare de către proiectant.

Exemplu de circuit intern de filtrare

Proprietățile filtrului EMC

După ce ați găsit un filtru EMC care îndeplinește condițiile de funcționare ale sistemului, ar trebui să verificați caracteristicile reale ale filtrului. Fișa tehnică include de obicei diagrame pentru pierderea inserției, una pentru modul comun și una pentru modul diferențial. Aceste diagrame arată utilizatorului cât de mult este atenuată frecvența semnalului dintre intrare și ieșire.

Pierderea de inserție este raportul dintre semnalul de la intrarea filtrului și semnalul de la ieșire. Se măsoară de obicei în decibeli datorită gamei mari de frecvențe acoperite, așa cum se arată în următoarea ecuație.

Pierderea de inserție (dB) = 20 Log 10 (semnal nefiltrat/semnal filtrat)

Aceasta poate fi rescrisă folosind regula cotientului pentru a rezolva semnalul filtrat.

Semnal filtrat (dB) = semnal nefiltrat (dB) - pierdere de inserție (dB)

Diagrame de pierdere prin inserție

În unele cazuri nu este afișat nici un grafic și în schimb o valoare pentru atenuarea zgomotului este listată în foaia de date. Acest lucru este de obicei asociat cu o gamă de frecvențe peste care este aplicabilă atenuarea. De exemplu, o foaie de date poate indica o atenuare de 30 dB între 150 kHz și 1 GHz.

Ultimul punct de luat în considerare la examinarea datelor filtrului este că impedanțele sursei și încărcării modifică comportamentul filtrului. Pierderea de inserție dată în fișa tehnică a fost determinată cu o impedanță (de obicei 50 Ω) care poate diferi semnificativ de cea a sistemului la care este aplicat. În timp ce un filtru poate arăta excelent pe hârtie, este important să testați filtrul de pe circuit pentru a verifica performanța acestuia în condițiile reale de sursă și de încărcare ale sistemului final.

Selecție filtru EMC

Atunci când selectați un filtru EMC, este ideal dacă unitatea de alimentare care urmează să fie filtrată a fost supusă testelor EMC în prealabil pentru a obține o bază pentru emisiile efectuate. Rezultatele testelor arată proiectantului la ce frecvențe și la ce valoare a eșuat dispozitivul. Aceste informații pot fi comparate cu diagramele de pierdere prin inserție ale filtrului EMC. În acest fel, se poate determina dacă există o amortizare suficientă la frecvențele eșuate pentru a trece testul EMC. De exemplu, dacă testul de emisie în modul comun la 500 kHz a eșuat din cauza 64 dB, următoarea curbă de pierdere prin inserție în modul comun al filtrului EMC la 500 kHz arată un nivel de atenuare de aproximativ -75 dB. Dacă se folosește acest filtru EMC, trebuie să treceți testul EMC la 500 kHz cu o toleranță de 11 dB.

Exemplu de diagramă EMC înainte și după aplicarea unui filtru (mai sus) și pierderea de inserție a filtrului EMC (mai jos)

Datorită atenuării inconsistente a spectrului de frecvențe, trebuie să se asigure că toate frecvențele defectate sau limită sunt atenuate corespunzător. Dacă fișa tehnică include o singură valoare de pierdere, mai degrabă decât un grafic de pierdere de inserție, este important să vă asigurați că acea valoare unică este mai mare decât marja maximă de eroare.

Concluzie

Sursele de alimentare cu comutare sunt o sursă majoră de emisii electromagnetice (EMC), deci reglarea acestora este esențială pentru a evita interferențele cu alte dispozitive electronice. Majoritatea surselor de alimentare cu comutare, dacă nu toate, au un filtru de intrare. Cu toate acestea, datorită varietății largi de aplicații, acest lucru nu poate fi întotdeauna suficient pentru a trece testul EMC final post-aplicare pe un sistem complet. Filtrele EMC standard sunt o modalitate rapidă și ușoară de a reduce emisiile electromagnetice atunci când filtrul intern este insuficient. De asemenea, pot economisi timp, deoarece nu este nevoie să dezvoltăm o soluție separată de la zero. CUI oferă mai multe filtre de alimentare AC-DC EMC și filtre de alimentare DC-DC EMC cu montaj pe placă, șasiu și configurații pe șină DIN optimizate pentru nevoile de compatibilitate electromagnetică ale unui sistem.