Chociaż dławiki trybu wspólnego są popularne, alternatywą może być monolityczny filtr EMI. Po prawidłowym ułożeniu te wielowarstwowe elementy ceramiczne zapewniają doskonałe tłumienie szumów w trybie wspólnym.
Wiele czynników zwiększa ilość zakłóceń „szumowych”, które mogą uszkodzić lub zakłócić działanie sprzętu elektronicznego. Najlepszym przykładem są współczesne samochody. W samochodzie znajdziesz Wi-Fi, Bluetooth, radio satelitarne, systemy GPS i to dopiero początek. Aby poradzić sobie z zakłóceniami, w branży zazwyczaj stosuje się ekranowanie i filtry EMI w celu wyeliminowania niepożądanych szumów. Jednak niektóre tradycyjne rozwiązania eliminujące zakłócenia EMI/RFI już nie wystarczą.
Ten problem powoduje, że wielu producentów OEM unika stosowania mechanizmu różnicowego z 2 kondensatorami, 3 kondensatorów (jeden kondensator X i 2 kondensatory Y), filtrów przelotowych, dławików trybu wspólnego lub ich kombinacji w celu uzyskania bardziej odpowiedniego rozwiązania, takiego jak monolityczny filtr EMI z lepsze tłumienie hałasu w mniejszym opakowaniu.
Kiedy sprzęt elektroniczny odbiera silne fale elektromagnetyczne, w obwodzie mogą indukować się niepożądane prądy, powodując niezamierzone działanie lub zakłócając zamierzone działanie.
Zakłócenia elektromagnetyczne/RFI mogą mieć postać emisji przewodzonych lub promieniowanych. Kiedy zakłócenia EMI są przewodzone, oznacza to, że szum przemieszcza się wzdłuż przewodników elektrycznych. Wypromieniowane zakłócenia elektromagnetyczne powstają, gdy szum przemieszcza się w powietrzu w postaci pól magnetycznych lub fal radiowych.
Nawet jeśli energia dostarczana z zewnątrz jest niewielka, jeśli zmiesza się z falami radiowymi używanymi do nadawania i komunikacji, może spowodować utratę odbioru, nieprawidłowe zakłócenia dźwięku lub przerwy w obrazie. Jeśli energia jest zbyt silna, może to spowodować uszkodzić sprzęt elektroniczny.
Źródła obejmują hałas naturalny (np. wyładowania elektrostatyczne, oświetlenie i inne źródła) oraz hałas powodowany przez człowieka (np. hałas kontaktowy, nieszczelny sprzęt wykorzystujący wysokie częstotliwości, niepożądane emisje itp.). Zazwyczaj szum EMI/RFI jest szumem w trybie wspólnym , zatem rozwiązaniem jest zastosowanie filtra EMI w celu usunięcia niepożądanych wysokich częstotliwości, albo jako oddzielnego urządzenia, albo wbudowanego w płytkę drukowaną.
Filtry EMI Filtry EMI zazwyczaj składają się z elementów pasywnych, takich jak kondensatory i cewki indukcyjne, które są połączone w obwód.
„Induktory umożliwiają przepływ prądu stałego lub prądu o niskiej częstotliwości, blokując jednocześnie niepożądane prądy o wysokiej częstotliwości. Kondensatory zapewniają ścieżkę o niskiej impedancji, która odwraca szum o wysokiej częstotliwości z wejścia filtra do przyłącza zasilania lub uziemienia” – powiedział Christophe Cambrelin z firmy produkującej kondensatory Johanson Dielectrics.EMI.
Tradycyjne metody filtrowania w trybie wspólnym obejmują filtry dolnoprzepustowe wykorzystujące kondensatory, które przepuszczają sygnały o częstotliwościach poniżej wybranej częstotliwości odcięcia i tłumią sygnały o częstotliwościach powyżej częstotliwości odcięcia.
Typowym punktem wyjścia jest zastosowanie pary kondensatorów w konfiguracji różnicowej, z jednym kondensatorem pomiędzy każdą ścieżką wejścia różnicowego a masą. Filtry pojemnościowe w każdej nodze kierują zakłócenia EMI/RFI do masy powyżej określonej częstotliwości odcięcia. Ponieważ ta konfiguracja obejmuje wysyłając sygnały o przeciwnych fazach dwoma przewodami, poprawia się stosunek sygnału do szumu, a niepożądany szum jest przesyłany do masy.
„Niestety, wartość pojemności kondensatorów MLCC z dielektrykami X7R (powszechnie używanymi w tej funkcji) może znacznie różnić się w zależności od czasu, napięcia polaryzacji i temperatury” – powiedział Cambrelin.
„Więc nawet jeśli dwa kondensatory są blisko do siebie dopasowane w danym momencie w temperaturze pokojowej przy niskim napięciu, prawdopodobnie po zmianie napięcia lub temperatury będą miały bardzo różne wartości. Ta niespójność pomiędzy dwoma przewodami. Dopasowanie spowoduje nierówne odpowiedzi w pobliżu wartości odcięcia filtra. Dlatego konwertuje szum wspólny na szum różnicowy.
Innym rozwiązaniem jest mostkowanie kondensatora „X” o dużej wartości pomiędzy dwoma kondensatorami „Y”. Bocznik pojemnościowy „X” zapewnia idealną równowagę w trybie wspólnym, ale ma również niepożądany efekt uboczny w postaci różnicowego filtrowania sygnału. Być może najczęstsze rozwiązanie a alternatywą dla filtra dolnoprzepustowego jest dławik trybu wspólnego.
Dławik trybu wspólnego to transformator 1:1, w którym oba uzwojenia pełnią funkcję pierwotnego i wtórnego. W tej metodzie prąd płynący przez jedno uzwojenie indukuje prąd przeciwny w drugim uzwojeniu. Niestety dławiki trybu wspólnego są również ciężkie, drogie i podatne na awarię wywołaną wibracjami.
Niemniej jednak odpowiedni dławik sygnału wspólnego z doskonałym dopasowaniem i sprzężeniem między uzwojeniami jest przezroczysty dla sygnałów różnicowych i ma wysoką impedancję dla szumu sygnału wspólnego. Wadą dławików sygnału wspólnego jest ograniczony zakres częstotliwości ze względu na pojemność pasożytniczą. Dla danego materiału rdzenia , im wyższa indukcyjność zastosowana do uzyskania filtrowania niskich częstotliwości, tym więcej zwojów jest wymaganych, co skutkuje pojemnościami pasożytniczymi, które nie mogą przejść przez filtrowanie wysokich częstotliwości.
Niedopasowania między uzwojeniami wynikające z tolerancji produkcyjnych mechanicznych powodują przełączanie trybu, podczas którego część energii sygnału jest przekształcana na szum w trybie wspólnym i odwrotnie. Sytuacja ta może powodować problemy z kompatybilnością elektromagnetyczną i odpornością. Niedopasowanie zmniejsza również efektywną indukcyjność każdej nogi.
Niezależnie od tego, dławiki trybu wspólnego mają znaczną przewagę nad innymi opcjami, gdy sygnał różnicowy (przepustowy) działa w tym samym zakresie częstotliwości co szum sygnału wspólnego, który musi zostać odrzucony. Używając dławika trybu wspólnego, pasmo przenoszenia sygnału można rozszerzyć do pasmo odrzucania trybu wspólnego.
Monolityczne filtry EMI Chociaż dławiki trybu wspólnego są popularne, można również zastosować monolityczne filtry EMI. Te wielowarstwowe elementy ceramiczne, odpowiednio rozmieszczone, zapewniają doskonałe tłumienie szumów w trybie wspólnym. Łączą w sobie dwa zbalansowane kondensatory bocznikowe w jednym pakiecie w celu eliminacji wzajemnej indukcyjności i ekranowania Filtry te wykorzystują dwie oddzielne ścieżki elektryczne w obrębie jednego urządzenia podłączonego do czterech zewnętrznych przyłączy.
Aby uniknąć nieporozumień, należy zauważyć, że monolityczne filtry EMI nie są tradycyjnymi kondensatorami przelotowymi. Chociaż wyglądają tak samo (to samo opakowanie i wygląd), bardzo różnią się konstrukcją i nie są połączone w ten sam sposób. Podobnie jak inne EMI filtry, monolityczne filtry EMI tłumią całą energię powyżej określonej częstotliwości odcięcia i przepuszczają tylko żądaną energię sygnału, jednocześnie kierując niepożądany szum do „ziemi”.
Kluczem jest jednak bardzo niska indukcyjność i dopasowana impedancja. W przypadku monolitycznych filtrów EMI zaciski są wewnętrznie połączone ze wspólną elektrodą odniesienia (ekranem) w urządzeniu, a płytki są oddzielone elektrodą odniesienia. Pod względem elektrostatycznym trzy węzły elektryczne składają się z dwóch połówek pojemnościowych, które mają wspólną elektrodę odniesienia, a wszystkie są zawarte w jednym korpusie ceramicznym.
Równowaga między dwiema połówkami kondensatora oznacza również, że efekty piezoelektryczne są równe i przeciwne, znosząc się nawzajem. Zależność ta wpływa również na zmiany temperatury i napięcia, więc komponenty w obu liniach starzeją się jednakowo. Jeśli jest jedna wada tych monolitycznych zakłóceń elektromagnetycznych filtry, chodzi o to, że nie będą działać, jeśli szum w trybie wspólnym ma tę samą częstotliwość co sygnał różnicowy. „W tym przypadku lepszym rozwiązaniem jest dławik w trybie wspólnym” – powiedział Cambrelin.
Przeglądaj najnowsze wydania Design World i poprzednie wydania w łatwym w użyciu formacie wysokiej jakości. Edytuj, udostępniaj i pobieraj już dziś dzięki wiodącemu magazynowi poświęconemu projektowaniu.
Największe na świecie forum poświęcone rozwiązywaniu problemów w zakresie EE, obejmujące mikrokontrolery, DSP, sieci, projektowanie analogowe i cyfrowe, RF, energoelektronikę, routing PCB i nie tylko
Engineering Exchange to globalna społeczność sieci edukacyjnej dla inżynierów. Połącz się, udostępniaj i ucz się teraz »
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.wszystkie prawa zastrzeżone.Materiałów znajdujących się na tej stronie nie można powielać, rozpowszechniać, przesyłać, buforować ani w inny sposób wykorzystywać bez uprzedniej pisemnej zgody WTWH MediaPolityka prywatności |Reklama | O nas
Czas publikacji: 19 stycznia 2022 r
