EMC teljesítményszűrő kiválasztása CUI Inc.

Ron Stull, 2019. augusztus 6. - Olvasási idő: 7 perc

A kapcsoló tápegységek általában zavarják az elektromágneses emissziót (EMC). A nagyfeszültségű és áramú csomópontok gyors kapcsolása viszonylag nagy di/dt és dv/dt értékekhez vezet az áramkörön belül, ami azt jelenti, hogy interferenciát széles frekvenciatartományban bocsátanak ki. A legtöbb országban a szabályozók korlátozzák a kibocsátható elektromágneses interferencia mennyiségét. Ennek eredményeként sok idő és erőfeszítés szükséges az interferencia források csillapítására és a maradék interferencia kiszűrésére. Ezek a tápegységek önmagukban tesztelve megfelelnek az előírásoknak. A rendszerhez hozzáadva azonban nem szándékos elektromágneses emissziókat eredményezhet, amelyek további szűrést igényelnek a hatósági jóváhagyáshoz. A megfelelő EMC szűrők, ha megfelelően vannak kiválasztva, egyszerű módszerek a kibocsátás javítására és az előírások betartására.

EMC és az elektromágneses kompatibilitás háttere

Az elektromágneses összeférhetőség (EMC) kezelésekor a problémát gyakran három komponenssel modellezik: források, útvonalak és receptorok.

A források azok az eszközök vagy áramköri csomópontok, amelyek a zavart okozzák. Magán az áramellátás mellett ez magában foglalhat más eszközöket is, például mikroprocesszorokat, video meghajtókat, RF generátorokat stb.

A forrás által létrehozott zavarnak két útja van, amelyeken keresztül haladhat. Az első a sugárzás útja, amely elektromágneses energia terjed az űrbe és párosul más rendszerekbe. A második egy vezetékes út, ahol a jel a rendszer vezetőin keresztül áramlik (pl. Áramköri nyomok és szintek, alkatrészvezetékek, bemeneti vezetékek stb.). Ez visszatérhet a távvezetékekhez, és hatással lehet más eszközökre, amelyek áramot kapnak az adott vezetékről.

A receptorok olyan eszközök, amelyek felveszik a forrás által kibocsátott zavarokat, és amelyekre az interferencia hatással van. Szinte minden analóg és digitális áramkör működhet receptorként.

Az EMC ellenőrzésére a vezérlő külön ellenőrzi a vezetett és a kisugárzott elektromágneses emissziót. Mindegyiknek megvan a maga határa és frekvenciatartománya, valamint a saját elnyomási módszere. A sugárzott emisszió magasabb frekvenciatartományt fed le (általában 30–1000 MHz). És ahogy a zavar az űrben mozog, korlátozott az irányításának módja. Amellett, hogy megfelelő elrendezési és áramköri tervezési technikákat alkalmaz a sugárzási zavarok enyhítésére, árnyékolással lehet a sugárzott zavarokat visszatartani. Másrészről a vezetett emissziók alacsonyabb frekvenciatartományt fednek le (jellemzően 0,15 MHz és 30 MHz között), és mivel vezetőkön haladnak át, elektromos szűrőkomponensekkel vezérelhetők. Az EMI szűrők hozzáadásakor a tervező kiválaszthatja, hogy diszkrétet akar-e csinálni, vagy egy kereskedelemben kapható EMI szűrőt választ.

EMC szűrők és rendszerkövetelmények

Azoknál a technikusoknál, akik kereskedelemben kapható EMC szűrőt választanak, zavart okozhat a megfelelő szűrő kiválasztása az adott rendszerhez. Az első lépés annak biztosítása, hogy az EMC szűrő megfeleljen az alapvető elektromos követelményeknek. Fontos szempontok, amelyeket ellenőrizni kell:

névleges feszültség, a bemenetre alkalmazható maximális feszültség. Ha túllépi, a szűrőben lévő alkatrészek károsodhatnak.
Izolációs feszültség, az egyes bemeneti vezetékek és a föld/alváz földje között mért szigetelési érték (a bemenet és a kimenet között nincs szigetelés).
Névleges áram, az a maximális áram, amely az EMC-szűrőn át tud áramolni a megadott üzemi hőmérséklet-tartományon belül.
üzemi hőmérséklet, az a maximális hőmérséklet, amelyen az eszköz működtethető.
Szivárgási áram, a földön/alvázon átfolyó áram. Magán áramellátás mellett az EMC-szűrő is hozzájárul a szivárgási áramhoz. Biztonsági okokból a szivárgási áram határokat szabott, és a tervezőnek mérlegelnie kell a szűrőn keresztüli szivárgás hozzáadását.

Példa egy belső szűrő áramkörre

EMC szűrő tulajdonságai

Miután megtalált egy EMC szűrőt, amely megfelel a rendszer működési feltételeinek, ellenőriznie kell a szűrő tényleges jellemzőit. Az adatlap általában a beillesztési veszteség diagramjait tartalmazza, egyet a közös módra és egyet a differenciál módra. Ezek az ábrák megmutatják a felhasználónak, hogy a bemenet és a kimenet közötti jel frekvenciája mennyire csillapodik.

A behelyezési veszteség a szűrő bemenetén és a kimeneten lévő jel aránya. Általában decibelben mérik a lefedett nagy frekvenciatartomány miatt, amint azt a következő egyenlet mutatja.

Beszúrási veszteség (dB) = 20 Log 10 (szűretlen jel/szűrt jel)

Ez átírható a hányados-szabály segítségével a szűrt jel feloldásához.

Szűrt jel (dB) = szűretlen jel (dB) - behelyezési veszteség (dB)

Beszúrási veszteség diagramok

Bizonyos esetekben nem jelenik meg grafikon, ehelyett a zajcsillapítás értéke szerepel az adatlapon. Ez általában olyan frekvenciatartománnyal párosul, amelyen a csillapítás alkalmazható. Például egy adatlap 30 dB-es csillapítást jelezhet 150 kHz és 1 GHz között.

A szűrőadatok áttekintése során az utolsó szempont, hogy a forrás és a terhelés impedanciái megváltoztatják a szűrő viselkedését. Az adatlapon megadott behelyezési veszteséget impedanciával (általában 50 Ω) határozták meg, amely jelentősen eltérhet attól a rendszerétől, amelyre alkalmazzák. Míg a szűrő papíron remekül tud kinézni, fontos tesztelni az áramkör szűrőjét, hogy ellenőrizze annak teljesítményét a végrendszer tényleges forrás- és terhelési körülményei között.

EMC szűrő kiválasztása

Az EMC-szűrő kiválasztásakor ideális, ha a szűrendő tápegységet előzetesen EMC-teszteknek vetették alá annak érdekében, hogy alapot kapjanak a lebonyolított emisszióhoz. A teszt eredményei megmutatják a tervezőnek, hogy milyen frekvenciákon és milyen értéken hibásodott meg az eszköz. Ez az információ összehasonlítható az EMC szűrő behelyezési veszteségdiagramjaival. Ily módon meg lehet állapítani, hogy a meghibásodott frekvenciákon van-e elegendő csillapítás az EMC-teszt teljesítéséhez. Például, ha a közös módú emissziós teszt 500 kHz-en 64 dB miatt sikertelen volt, az 500 kHz-es EMC-szűrő következő közös módú beillesztési veszteséggörbéje körülbelül -75 dB csillapítási szintet mutat. Ha ezt az EMC szűrőt használja, akkor az EMC tesztet 500 kHz-en kell teljesítenie 11 dB tűréssel.

Példa egy EMC-diagramra egy szűrő alkalmazása előtt és után (fent) és az EMC-szűrő behelyezési veszteségéről (lent)

A frekvenciaspektrumon belüli következetlen csillapítás miatt biztosítani kell, hogy minden meghibásodott vagy kikapcsolt frekvencia megfelelően csillapodjon. Ha az adatlap egyetlen veszteségértéket tartalmaz, nem pedig beillesztési veszteségdiagramot, fontos biztosítani, hogy az egyetlen érték nagyobb legyen, mint a maximális hibahatár.

Következtetés

A kapcsoló tápegységek az elektromágneses emisszió (EMC) egyik fő forrása, ezért ezek szabályozása kritikus fontosságú a más elektronikus eszközökkel való interferencia elkerülése érdekében. A legtöbb, ha nem az összes, kapcsolóüzemű tápegység rendelkezik bemeneti szűrővel. Az alkalmazások sokfélesége miatt azonban ez nem mindig elegendő az alkalmazás utáni EMC-teszt teljes rendszeren történő teljesítéséhez. A standard EMC szűrők gyors és egyszerű módja az elektromágneses kibocsátás csökkentésének, ha a belső szűrő elégtelen. Időt is spórolhatnak, mivel nincs szükség külön megoldás fejlesztésére a semmiből. A CUI számos AC-DC EMC teljesítményszűrőt és DC-DC EMC teljesítményszűrőt kínál a panel elektromágneses kompatibilitási igényeihez optimalizált táblára szerelhető, ház és DIN sínkonfigurációkkal.