Fenomene în aspectul EMC și circuitele de filtrare; Testarea măsurătorilor; Electronicsnet
24 august 2018, ora 11:00 | De la Dr. Heinz Zenkner
Un aspect nefavorabil al circuitului poate anula aproape complet efectul filtrelor EMC. Filtrele ajută numai dacă sunt amplasate corect și proiectate pentru circuitul respectiv. Pentru aceasta, trebuie luat în considerare comportamentul de frecvență al componentelor filtrului.
Prima parte a acestei serii de articole despre tehnologia EMC sa referit la mecanismele de cuplare de bază care determină comportamentul EMC al unui circuit electronic. În plus, semnalele care au apărut au fost examinate: semnalele cu unde pătrate conțin armonice sinusoidale, a căror amplitudine și frecvență depind de durata perioadei și de timpul de creștere a semnalului.
În practică, în majoritatea cazurilor Cuplarea între circuite proporționale cu frecvența. În funcție de parametrii sistemului, cum ar fi carcasa, ecranarea cablurilor și complexitatea circuitului, va fi necesară integrarea filtrelor la interfețele componente și carcase care îmbunătățesc „comportamentul EMC” al circuitului.
Tratarea filtrelor EMC în practica de zi cu zi
Cum va filtru construit? Experiența practică a autorului este că, atunci când selectați modulele de filtrare, în majoritatea cazurilor depinde de ceea ce este practic și ușor disponibil: „Ei bine, ferita are 100 Ω la 100 MHz, ar trebui să fie suficient”. Apoi, filtrul trebuie să fie într-un colț de pe placa de circuit, pentru că nu mai există spațiu, așa că „este pe el”. Din păcate, în majoritatea cazurilor efectul dorit nu va apărea cu această procedură.
În Imaginea 1 sunt doi cazuri tipice din practică afișate. În stânga, driverul de interfață alimentează un semnal prin pista conductorului A și conexiunea periferică A, cu care este controlat un dispozitiv periferic (consumator). În scopuri EMC, un condensator (de obicei 150 pF) a fost integrat în linia de semnal la interfață pentru a reduce componentele de interferență conținute în semnalul util. Se pare că o cale conductoare adiacentă B, care duce la o conexiune de ieșire B, cuplează semnalele de interferență pe linia A. Acestea sunt emise prin cablul de ieșire conectat la conexiunea periferică B, ceea ce duce la depășirea valorilor limită.
Fig. 1: „măsuri de filtrare” tipice în practică cu funcție dubioasă.
Partea dreaptă din Figura 1 arată cum, ca măsură suplimentară, a regulator sau a Ferită SMD (tip. 400 Ω la 100 MHz) este conectat în linia audio (line-out) pentru a reduce interferența pe pista B.
Rezultat: Chiar dacă capacitatea condensatorului din linia A și impedanța feritei din linia B sunt semnificativ crescute, interferența radiată de la linia B este doar ușor redusă! De ce este asta și ce oportunități de îmbunătățire există?
Ce este un „filtru EMC”?
Un filtru electronic este un circuit care componente de frecvență nedorite ar trebui să scoată din semnal. Filtrul nu trebuie sau doar să afecteze ușor componentele semnalului dorit (imaginea 2). Structura din exemplele din Figura 1 nu îndeplinește această funcție. Componentele de frecvență nedorite nu sunt reținute în mod eficient de componentele condensatorului și ale inductanței.
Un filtru este un divizor de tensiune dependent de frecvență. În EMC, filtrele low-pass sunt utilizate aproape exclusiv. Structura sa de bază se află în poza 3 afișate. Cel puțin una dintre impedanțele Z1 și Z2 trebuie să fie o componentă dependentă de frecvență. Combinațiile posibile de inductanță, condensator și rezistență pentru un filtru sunt enumerate în tabelul din Figura 3.
Ce este un filtru EMC, Figurile 2-6
Înapoi la imaginea 1. În imaginea din stânga există un condensator la capătul pistei conductorului, care ar trebui să devieze curentul de interferență la sol (GND) al sistemului. De asemenea, îndeplinește această sarcină în exemplu. Însă Curent de interferență în sistem, reprezentat de circuitul marcat în roșu, cu creșterea capacității sau a reactanței descrescătoare a condensatorului și mai mare. În mod corespunzător, crește și curentul de interferență din calea B, care este cuplat între calea A și calea B prin cuplajul inductiv. În circuit a doua componentă lipsește, peste care energia de interferență poate cădea sub forma unei diviziuni de tensiune.
În partea dreaptă a figurii 1, o inductanță sau o ferită SMD este conectată în linie supusă semnalelor de interferență. A linie periferică lungă, la fel ca cablul de ieșire, se comportă în termeni de frecvențe înalte ca o antenă cu câmp E. În funcție de lungimea cablului și de frecvența de interferență, acesta are o impedanță ridicată la punctul de conectare. În acest caz, acesta este mufa periferică de ieșire de linie.
În Poza 4 relațiile de cuplare sunt clarificate. Circuitul cu sursa de interferență este format din pista conductorului, condensatorul C și calea de retur (planul de masă sau pista conductorului). Calea conductorului marcat albastru al sursei de interferență cuplează inductiv un curent de interferență IStör_B în circuitul B, constând din calea conductorului dintre modulul audio sau capacitatea sa de ieșire parazită Cp, inductanța și, în cele din urmă, cablul de ieșire de linie. Cablul în sine radiază energia de interferență și astfel închide circuitul împotriva potențialului solului. Cuplarea dintre cele două șine conductoare depinde în esență de distanța dintre șinele conductoare și de lungimea celor două șine conductoare.
Pic 5 ilustrează relațiile de impedanță ale celor două circuite: Circuitul de interferență (Figura 5, stânga) este creat în mod eficient numai prin implementare condensatorului de filtrare C, a cărui reactanță scade odată cu creșterea capacității și creșterea frecvenței de interferență. Mai mult, în circuitul B, circuitul audio, pista conductorului de cuplare este „împământată” la masă prin impedanța de ieșire a driverului audio. Și și aici, cu creșterea frecvenței de interferență, capacitatea punctului de bază al cablului periferic, adică al antenei, va avea o reactanță mai mică și astfel va îmbunătăți raportul de radiație al antenei. În partea dreaptă a figurii 5, cele două linii conductoare sunt prezentate ca o schemă de circuit echivalentă sub forma a două bobine cuplate, adică ca transformatoare. L este șocul de suprimare a interferențelor care este în serie cu impedanța antenei ZKabel.
În Pic 6 sunt ilustrate impedanțele circuitului audio cu inductanța L. Pornind de la sursa de interferență (L2 în Figura 5), inductanța L cu reactanța XL dependentă de frecvență și impedanța antenei Zcable sunt în circuit. Rapoarte de dimensiuni XL și ZKabel acum decideți cât de eficientă este implementarea inductorului L. Efectul de reducere a interferențelor devine mai mic, cu atât este mai mare impedanța de bază a antenei în raport cu impedanța șocului.
Alte dependențe sunt frecvența de interferență, lungimea cablului sau poziția cablului în cameră. Cu alte cuvinte: în cele din urmă, reducerea interferenței este puterea câmpului de interferență radio nu tocmai calculabil. Cu toate acestea, este de obicei în intervalul 1 - 4 dB.
Cum se face bine?
În Poza 7 este pentru un filtru trece-jos complet pentru fiecare circuit intenționat. În circuitul sursă cu pista conductoare A, curentul de interferență IStör_A va scădea odată cu creșterea frecvenței curentului; căderea tensiunii de interferență pe bobină va crește datorită impedanței crescânde a bobinei L2. Pentru ca tensiunea de interferență la portul A să fie mică, filtrul condensator C2 cu impedanța sa scăzută la frecvență înaltă scurtcircuitează portul - divizorul de tensiune dependent de frecvență acționează.
Figura 7: Circuitul sursei de interferență și circuitul chiuvetei de interferență cu filtre LC (Marea Britanie merge la sol)
în Circuitul chiuvetei se întâmplă ceva similar. Curentul de interferență cuplat pe calea B va scădea odată cu creșterea frecvenței din cauza reactanței bobinei L1 și a tensiunii de interferență la portul B, adică a conexiunii cablului periferic, va scădea. Efectul este întărit de condensator, deoarece impedanța acestuia scade odată cu creșterea frecvenței. Amplitudinea tensiunii de interferență la portul B depinde de raportul divizor al reactanțelor XL1 la XC1 și tinde spre 0 pentru frecvențe înalte (> 100 MHz), cu condiția ca raporturile de masă să fie ideale.
În jurul Filtru de ordinul doi Pentru a construi HF eficient din punct de vedere tehnic conform Fig. 7, sunt necesare câteva cerințe. Pe de o parte, componentele trebuie să fie proiectate pentru intervalul de frecvență necesar și, pe de altă parte, același lucru trebuie să se aplice aspectului și conceptului de masă al filtrului.