Явища в схемі компонування ЕМС та фільтра; Вимірювальні випробування; Electronicsnet
24 серпня 2018 р., 11:00 | Від доктора Хайнц Ценкнер
Несприятлива схема схеми може майже повністю скасувати дію фільтрів ЕМС. Фільтри допомагають лише в тому випадку, якщо вони правильно розміщені та розроблені для відповідної схеми. Для цього слід враховувати частотну поведінку компонентів фільтра.
Перша частина цієї серії статей про ЕМС-технологію розглядала основні механізми зв'язку, що визначають ЕМС-поведінку електронної схеми. Крім того, досліджувались сигнали, що виникають: Сигнали прямокутної хвилі містять гармонічні, синусоїдальні гармоніки, амплітуда та діапазон частот яких залежать від періоду та часу зростання сигналу.
На практиці в більшості випадків Муфта між ланцюгами, пропорційна частоті. Залежно від параметрів системи, таких як корпус, екранування кабелю та складність схеми, буде потрібно інтегрувати фільтри в інтерфейси компонентів та корпусу, що покращують "поведінку ЕМС" схеми.
Робота з фільтрами ЕМС у повсякденній практиці
Як буде фільтр побудований? Це практичний досвід автора, що при виборі модулів фільтра в більшості випадків це залежить від того, що є практичним і легко доступним: "Ну, ферит має 100 Ом на 100 МГц, цього повинно бути достатньо". Тоді фільтр повинен знаходитись у кутку на друкованій платі, оскільки місця навряд чи залишилось, так що він "знаходиться на ньому". На жаль, у більшості випадків такий підхід не дасть бажаного ефекту.
В Зображення 1 два типові випадки з практики показано. Зліва драйвер інтерфейсу подає сигнал через доріжку A провідника та периферійне з'єднання A, за допомогою якого управляється периферійний пристрій (споживач). Для цілей ЕМС конденсатор (зазвичай 150 пФ) був інтегрований в сигнальну лінію на інтерфейсі, щоб зменшити компоненти перешкод, що містяться в корисному сигналі. Виявляється, сусідня колійна доріжка B, яка веде до лінійного з'єднання B, поєднує в собі сигнали перешкод на лінії A. Вони випромінюються через вихідний кабель, підключений до периферійного з'єднання B, що призводить до перевищення граничних значень.
Рис. 1: Типові «фільтрувальні заходи» на практиці з сумнівною функцією.
Права сторона на малюнку 1 показує, як, як додатковий захід, a дросельної заслінки або a Ферит SMD (тип. 400 Ом на 100 МГц) закріплюється в аудіолінії (лінійний вихід), щоб зменшити перешкоди на доріжці провідника В.
Результат: Навіть якщо ємність конденсатора в лінії A і імпеданс фериту в лінії B значно збільшені, випромінювана перешкода від лінії B лише трохи зменшується! Чому так і які можливості для вдосконалення є?
Що таке "фільтр ЕМС"?
Електронний фільтр - це схема, яка небажані частотні компоненти слід зняти з сигналу. Фільтр не повинен або лише трохи погіршувати бажані компоненти сигналу (малюнок 2). Структура у прикладах на малюнку 1 не виконує цю функцію. Небажані частотні компоненти ефективно не утримуються конденсатором та компонентами індуктивності.
Фільтр - це частотно-залежний дільник напруги. У EMC використовуються майже виключно низькочастотні фільтри. Його основна структура в малюнок 3 показано. Принаймні один з імпедансів Z1 і Z2 повинен бути частотно-залежним компонентом. Можливі комбінації індуктивності, конденсатора та резистора для фільтра наведені в таблиці на малюнку 3.
Що таке EMC-фільтр, малюнки 2-6
Назад до малюнка 1. На лівому малюнку є конденсатор в кінці доріжки провідника, який повинен перенаправляти струм перешкод на землю (GND) системи. Це завдання він також виконує на прикладі. Однак Інтерференційний струм в системі, представленій ланцюгом, позначеним червоним кольором, зі збільшенням ємності або зменшенням реактивного опору конденсатора ще більшим. Відповідно збільшується і струм перешкод в доріжці B, який з'єднаний між доріжкою A і доріжкою B за допомогою індуктивної зв'язку. У ланцюзі відсутній другий компонент, вище якого енергія перешкод може впасти у вигляді поділу напруги.
У правій частині рисунка 1 індуктивність або ферит SMD закріплені в лінії, що піддається сигналам перешкод. A довга периферійна лінія, як і вихідний кабель, він поводиться як антена Е-поля з точки зору високих частот. Залежно від довжини кабелю та частоти перешкод, він має високий опір у точці підключення. У цьому випадку це периферійна розетка лінійного виходу.
В Малюнок 4 зв’язки зв’язку з’ясовано. Схема з джерелом перешкод складається з доріжки провідника, конденсатора С та зворотного шляху (заземлення або провідникової доріжки). Синьо позначена доріжка джерела перешкод з'єднує струм перешкод IStör_B індуктивно з ланцюгом B, що складається з доріжки між аудіомодулем або його паразитною вихідною ємністю Cp, індуктивністю та, в кінцевому рахунку, кабелем виведення. Сам кабель випромінює енергію перешкод і тим самим замикає ланцюг проти потенціалу землі. Зв'язок між двома провідними коліями істотно залежить від відстані між провідними коліями та довжини двох провідних колій.
Малюнок 5 ілюструє співвідношення імпедансу двох ланцюгів: Схема перешкод (Рисунок 5, зліва) ефективно створюється лише завдяки реалізації конденсатора фільтра С, реактивний опір якого зменшується із збільшенням ємності та збільшенням частоти перешкод. Крім того, в ланцюзі B, аудіо ланцюзі, доріжка з'єднувального провідника "заземлена" на землю через вихідний опір звукового драйвера. І тут також із збільшенням частоти перешкод ємність базової точки периферійного кабелю, тобто антени, матиме менший реактивний опір і, отже, покращуватиме коефіцієнт випромінювання антени. У правій частині рисунка 5 дві провідникові доріжки показані як еквівалентна схема електричної схеми у вигляді двох пов'язаних котушок, тобто як трансформатори. L - дросель придушення перешкод, який послідовно відповідає імпедансу антени ZKabel.
В Фото 6 проілюстровано імпеданси звукової схеми з індуктивністю L. Починаючи від джерела перешкод (L2 на малюнку 5), індуктивність L з частотним залежним реактивним опором XL та імпедансом антени Zcable знаходяться в ланцюзі. Співвідношення розмірів XL та ZKabel тепер вирішіть, наскільки ефективним є реактор індуктора L. Ефект зменшення перешкод стає меншим, чим більше базовий імпеданс антени по відношенню до імпедансу дроселя.
Подальшими залежностями є частота перешкод, довжина кабелю або положення кабелю в кімнаті. Іншими словами: зрештою, зменшення перешкод - це напруженість поля радіоперешкод не зовсім піддається розрахунку. Однак, як правило, він знаходиться в діапазоні 1 - 4 дБ.
Як правильно це зробити?
В Малюнок 7 для кожна схема - це повний низький прохід за призначенням. У ланцюзі джерела з доріжкою провідника А струм перешкод IStör_A зменшуватиметься зі збільшенням частоти струму, а збільшення імпедансу дроселя L2 збільшить падіння напруги перешкоди на дроселі. Щоб напруга перешкод у порту А була низькою, фільтруючий конденсатор С2 з низьким опором при високочастотних коротких замиканнях порту - частотно-залежний дільник напруги діє.
Рисунок 7: Схема джерела перешкод та схема перешкод з LC-фільтрами (Великобританія йде на землю)
в Схема раковини трапляється щось подібне Струм перешкод, підключений через доріжку B, зменшуватиметься зі збільшенням частоти через опір дроселя L1 і напругу перешкод у порту B, тобто підключення периферійного кабелю, зменшуватиметься. Ефект посилюється конденсатором, оскільки його імпеданс зменшується зі збільшенням частоти. Амплітуда перешкодної напруги в порту B залежить від коефіцієнта розподілу реактивних резисторів XL1 до XC1 і прагне до 0 для високих частот (> 100 МГц), припускаючи ідеальні масові співвідношення.
Навколо Фільтр другого порядку Для створення ВЧ-технічно ефективного згідно з рис. 7 необхідні деякі вимоги. З одного боку, компоненти повинні бути розроблені для необхідного діапазону частот, а, з іншого боку, те саме повинно застосовуватися до компонування та концепції маси фільтра.