Избор на EMC захранващ филтър CUI Inc.

6 август 2019 г. от Ron Stull - Време за четене: 7 минути

Импулсните захранвания обикновено имат смущения по отношение на електромагнитните емисии (EMC). Бързото превключване на високоволтови и токови възли води до относително големи стойности на di/dt и dv/dt във веригата, което означава, че смущения се излъчват в широк честотен диапазон. В повечето страни регулаторите определят ограничения за количеството електромагнитни смущения, които могат да бъдат излъчвани. В резултат на това се отделят много време и усилия за отслабване на източниците на смущения и филтриране на оставащите смущения. Тези захранвания отговарят на изискванията, когато тестват сами. Въпреки това, когато се добави към система, това може да доведе до неволни електромагнитни емисии, които изискват допълнително филтриране за регулаторно одобрение. Стандартните EMC филтри, когато са правилно подбрани, са лесен начин за подобряване на емисиите и спазване на разпоредбите.

ЕМС и фона на електромагнитната съвместимост

Когато се занимава с електромагнитна съвместимост (EMC), проблемът често се моделира с три компонента: източници, пътища и рецептори.

Източниците са устройствата или верижните възли, които създават смущения. В допълнение към самото захранване, това може да включва и други устройства като микропроцесори, видео драйвери, RF генератори и т.н.

Смущението, създадено от източник, има два пътя, по които може да пътува. Първият е път на излъчване, който е електромагнитна енергия, която се разпространява в космоса и се свързва в други системи. Вторият е жичен път, при който сигналът преминава през проводниците на системата (напр. Следи и нива на платки, компонентни линии, входно окабеляване и т.н.). Това може да се върне към електропроводите и да повлияе на други устройства, които получават захранване от тази линия.

Рецепторите са устройства, които улавят смущения, излъчвани от източника и са засегнати от смущенията. Почти всяка аналогова и цифрова верига може да действа като рецептор.

Когато проверява за EMC, контролерът проверява отделно проведените и излъчените електромагнитни излъчвания. Всеки има свои собствени граници и честотни диапазони и свой собствен метод за потискане. Излъчените емисии обхващат по-висок честотен диапазон (обикновено 30 MHz до 1000 MHz). И докато смущението се движи през пространството, начинът, по който може да се контролира, е ограничен. В допълнение към използването на подходящо оформление и техники за проектиране на вериги за намаляване на смущенията при източника, екранирането може да се използва за ограничаване на излъченото смущение. От друга страна, проведените емисии обхващат по-нисък честотен диапазон (обикновено от 0,15 MHz до 30 MHz) и тъй като те преминават през проводници, могат да бъдат контролирани с помощта на електрически компоненти на филтъра. Когато добавя EMI филтри, дизайнерът може да избере дали иска да ги направи дискретни или да избере EMI филтър, предлаган в търговската мрежа.

EMC филтри и системни изисквания

За техниците, които избират търговски EMC филтър, може да има объркване при избора на подходящия филтър за съответната система. Първата стъпка е да се гарантира, че EMC филтърът отговаря на основните електрически изисквания. Важни точки за проверка са:

номинално напрежение, максималното напрежение, което може да бъде приложено към входа. Ако е надвишена, компонентите във филтъра могат да бъдат повредени.
Изолационно напрежение, стойността на изолацията, измерена между всяка входна линия и земя/земя на шасито (няма изолация между входа и изхода).
Номинален ток, максималният ток, който може да протича през EMC филтъра в рамките на определения работен температурен диапазон.
работна температура, максималната температура, при която устройството може да работи.
Ток на утечка, токът, протичащ през земята/шасито. В допълнение към самото захранване, EMC филтърът също ще допринесе за ток на утечка. От съображения за безопасност токът на изтичане е определил граници и добавянето на изтичането през филтъра трябва да бъде взето предвид от проектанта.

Пример за вътрешна филтърна верига

Свойства на EMC филтъра

След като намерите EMC филтър, който отговаря на работните условия на системата, трябва да проверите действителните характеристики на филтъра. Информационният лист обикновено включва диаграми за загуба при вмъкване, една за общ режим и една за диференциален режим. Тези диаграми показват на потребителя колко честота на сигнала между входа и изхода е отслабена.

Загубата при вмъкване е съотношението на сигнала на входа на филтъра към сигнала на изхода. Обикновено се измерва в децибели поради големия обхват на честотата, както е показано в следващото уравнение.

Загуба при вмъкване (dB) = 20 Log 10 (нефилтриран сигнал/филтриран сигнал)

Това може да бъде пренаписано, като се използва правилото на коефициента, за да се разреши за филтрирания сигнал.

Филтриран сигнал (dB) = нефилтриран сигнал (dB) - загуба на вмъкване (dB)

Диаграми за загуба на вмъкване

В някои случаи не се показва графика и вместо това в листа с данни е посочена стойност за затихване на шума. Това обикновено се свързва с диапазон от честоти, за които е приложимо затихването. Например лист с данни може да показва затихване от 30 dB между 150 kHz и 1 GHz.

Последната точка, която трябва да се има предвид при прегледа на данните за филтъра, е, че импедансите на източника и натоварването променят поведението на филтъра. Загубата на вмъкване, посочена в информационния лист, се определя с импеданс (обикновено 50 Ω), който може да се различава значително от този на системата, към която е приложен. Въпреки че филтърът може да изглежда страхотно на хартия, важно е да тествате филтъра на веригата, за да проверите неговата ефективност при действителните условия на източник и натоварване на крайната система.

Избор на EMC филтър

При избора на EMC филтър е идеално, ако захранващият блок, който трябва да бъде филтриран, е бил предварително подложен на EMC тестове, за да се получи основа за проведените емисии. Резултатите от теста показват на дизайнера на какви честоти и с каква стойност устройството се е повредило. Тази информация може да се сравни с диаграмите на загубите при вмъкване на EMC филтъра. По този начин може да се определи дали има достатъчно затихване при неуспешните честоти за преминаване на EMC теста. Например, ако тестът за общ режим на излъчване при 500 kHz се провали поради 64 dB, следващата крива на загуба при вмъкване на общия режим на EMC филтъра при 500 kHz показва ниво на затихване от приблизително -75 dB. Ако се използва този EMC филтър, трябва да преминете EMC теста при 500 kHz с толеранс 11 dB.

Пример за EMC диаграма преди и след прилагане на филтър (горе) и загуба на вмъкване на EMC филтъра (отдолу)

Поради непостоянното затихване в честотния спектър, трябва да се гарантира, че всички неуспешни или гранични честоти са правилно отслабени. Ако листът с данни включва единична стойност на загуба, а не графика за загуба при вмъкване, е важно да се гарантира, че тази единична стойност е по-голяма от максималната граница на грешка.

Заключение

Импулсните захранвания са основен източник на електромагнитни излъчвания (EMC), така че регулирането им е от решаващо значение за избягване на смущения с други електронни устройства. Повечето, ако не всички, захранващи устройства в режим на превключване имат входен филтър. Поради голямото разнообразие от приложения, това не винаги може да бъде достатъчно, за да премине окончателния тест за EMC след прилагане на пълна система. Стандартните EMC филтри са бърз и лесен начин за намаляване на електромагнитните емисии, когато вътрешният филтър е недостатъчен. Те също могат да спестят време, тъй като няма нужда да се разработва отделно решение от нулата. CUI предлага множество AC-DC EMC захранващи филтри и DC-DC EMC захранващи филтри с монтаж на борда, шаси и конфигурации на DIN шина, оптимизирани за нуждите на електромагнитната съвместимост на системата.