Jelenségek az EMC elrendezésében és a szűrő áramkörökben; Mérési tesztelés; Electronicsnet
2018. augusztus 24., 11:00 | Dr.-tól Heinz Zenkner
A kedvezőtlen áramköri elrendezés szinte teljesen kiküszöböli az EMC-szűrők hatását. A szűrők csak akkor segítenek, ha megfelelően vannak elhelyezve és az adott áramkörhöz vannak tervezve. Ehhez figyelembe kell venni a szűrő alkatrészeinek frekvencia viselkedését.
Az EMC technológiáról szóló cikksorozat első része az alapvető kapcsolási mechanizmusokkal foglalkozott, amelyek meghatározzák az elektronikus áramkör EMC viselkedését. Ezenkívül megvizsgáltuk az előforduló jeleket: A négyzethullámú jelek harmonikus, szinuszos harmonikusokat tartalmaznak, amelyek amplitúdója és frekvenciatartománya az időszak időtartamától és a jel emelkedési idejétől függ.
A gyakorlatban a legtöbb esetben Az áramkörök közötti kapcsolás a frekvenciával arányosan. A rendszer paramétereitől, például a háztól, a kábel árnyékolásától és az áramkör összetettségétől függően szükség lesz az alkatrészek és a ház interfészei szűrőinek integrálására, amelyek javítják az áramkör „EMC viselkedését”.
Az EMC-szűrők kezelése a mindennapi gyakorlatban
Hogyan lesz szűrő felépített? A szerző gyakorlati tapasztalata, hogy a szűrőmodulok kiválasztásakor az esetek többségében attól függ, hogy mi praktikus és könnyen elérhető: "Nos, a ferrit 100 MHz-en van 100 MHz-en, ennek elégnek kell lennie". Ekkor a szűrőnek az áramköri lap egyik sarkában kell lennie, mert alig van hely hátra, így "rajta van". Sajnos a legtöbb esetben ez a megközelítés nem fogja elérni a kívánt hatást.
Ban ben 1. kép ketten tipikus esetek a gyakorlatból Látható. A bal oldalon az interfész meghajtó egy jelet táplál az A vezetősínen és az A perifériás csatlakozáson keresztül, amellyel egy perifériás eszközt (fogyasztót) vezérelnek. EMC céljából kondenzátort (általában 150 pF) integráltak az interfész jelvezetékébe annak érdekében, hogy csökkentse a hasznos jelben lévő interferencia-összetevőket. Kiderült, hogy egy szomszédos B vezetősín, amely egy B kimeneti csatlakozáshoz vezet, az A vonalon lévő interferencia jeleket kapcsolja össze. Ezeket a B perifériás csatlakozóhoz csatlakoztatott kimeneti kábelen keresztül bocsátják ki, ami a határértékek túllépéséhez vezet.
1. ábra: Tipikus »szűrőmérések« a gyakorlatban kétes funkcióval.
Az 1. ábra jobb oldala azt mutatja, hogy további intézkedésként a gázkar vagy a SMD ferrit (tipikusan 400 Ω 100 MHz-en) hurokba kerül az audio vonalon (vonalkimenet) annak érdekében, hogy csökkentse az interferenciát a B vezetősávon.
Eredmény: Még akkor is, ha az A vonalon lévő kondenzátor kapacitása és a B vonalon lévő ferrit impedanciája jelentősen megnő, a B vonalon sugárzott interferencia csak csekély mértékben csökken! Miért van ez és milyen fejlesztési lehetőségek vannak?
Mi az "EMC szűrő"?
Az elektronikus szűrő egy áramkör, amely nem kívánt frekvenciakomponensek el kell távolítania a jelből. A szűrő nem vagy csak kis mértékben károsíthatja a kívánt jelösszetevőket (2. kép). Az 1. ábra példáiban szereplő szerkezet nem tölti be ezt a funkciót. A nem kívánt frekvenciakomponenseket a kondenzátor és az induktivitás nem tartja hatékonyan.
A szűrő a frekvenciafüggő feszültségosztó. Az EMC-ben szinte kizárólag aluláteresztő szűrőket használnak. Alapszerkezete benne van 3. kép Látható. A Z1 és Z2 impedanciák közül legalább az egyiknek frekvenciafüggőnek kell lennie. A szűrő induktivitásának, kondenzátorának és ellenállásának lehetséges kombinációit a 3. ábra táblázat tartalmazza.
Mi az EMC szűrő, a 2–6
Vissza az 1. képhez. A bal oldali képen egy kondenzátor található a vezetőpálya végén, amely az interferenciaáramot a rendszer földjére (GND) irányítja. Ezt a feladatot a példában is teljesíti. Azonban a Zavar áram a rendszerben, amelyet piros színnel jelölt áramkör képvisel, a kondenzátor növekvő kapacitásával vagy csökkenő reaktanciájával még nagyobb. A B sávban lévő interferenciaáram, amely az A és a B sáv közé van kapcsolva az induktív kapcsolás révén, szintén ennek megfelelően növekszik. Az áramkörben hiányzik egy második komponens, amely felett az interferencia energia feszültségfelosztás formájában csökkenhet.
Az 1. ábra jobb oldalán egy induktivitás vagy egy SMD ferrit van hurkolva az interferenciajeleknek kitett vonalba. A hosszú periférikus vonal, mint a vonalkimeneti kábel, úgy viselkedik, mint egy E-mező antenna a magas frekvenciák tekintetében. A kábel hosszától és az interferencia frekvenciájától függően a csatlakozási ponton nagy az impedanciája. Ebben az esetben ez a vonalkimeneti periféria aljzat.
Ban ben 4. kép a kapcsolási viszonyok tisztázódnak. Az interferenciaforrással rendelkező áramkör a vezetősínből, a C kondenzátorból és a visszatérő útból (alapsík vagy vezetősáv) áll. Az interferenciaforrás kékkel jelölt vezetőpályája induktív módon összekapcsolja az IStör_B interferenciaáramot a B áramkörrel, amely az audiomodul vagy annak parazita kimeneti kapacitása Cp közötti vezetőútból, az induktivitásból és végső soron a kimeneti kábelből áll. Maga a kábel sugározza az interferencia energiáját, és ezzel lezárja az áramkört a földpotenciál ellen. A két vezetősín összekapcsolása lényegében a vezetősávok közötti távolságtól és a két vezetősáv hosszától függ.
5. kép szemlélteti a két áramkör impedancia viszonyait: Az interferencia áramkör (5. ábra, balra) csak a megvalósítás révén jön létre hatékonyan a C szűrőkondenzátor, amelynek reaktanciája növekszik a kapacitás növekedésével és az interferencia frekvenciájának növekedésével. Ezenkívül a B áramkörben, az audio áramkörben, a kapcsolóvezető sávot az audio meghajtó kimeneti impedanciáján keresztül földelik a földre. És itt is növekvő interferencia-frekvenciával a perifériás kábel, vagyis az antenna bázispont-kapacitása kisebb reaktanciával rendelkezik, és ezáltal javítja az antenna sugárzási arányát. Az 5. ábra jobb oldalán a két vezetősín ekvivalens kapcsolási rajzként látható két összekapcsolt tekercs formájában, azaz transzformátorként. L a ZKabel antennakimpedanciával sorba rendezett zavarszűrő fojtószelep.
Ban ben 6. kép az audio áramkör impedanciáit az L induktivitással szemléltetjük. Az interferencia forrásából kiindulva (az L2 az 5. ábrán) az L induktivitás és annak frekvenciafüggő XL reaktanciája és az antenna ZKabel impedanciája az áramkörben vannak. A Az XL és a ZKabel méretaránya most döntse el, mennyire hatékony az L induktivitás megvalósítása. Az interferencia-csökkentő hatás kisebb lesz, annál nagyobb az antenna bázisimpedanciája a fojtó impedanciájához viszonyítva.
További függőségek az interferencia frekvenciája, a kábel hossza vagy a kábel helyzete a helyiségben. Más szavakkal: végső soron az interferencia csökkentése a rádió interferencia térerőssége nem éppen kiszámítható. Ez azonban jellemzően az 1–4 dB tartományban van.
Hogyan kell jól csinálni?
Ban ben 7. kép nak-nek mindegyik áramkör teljes aluláteresztő szándékolt. Az A vezetősávú forrás áramkörben az IStör_A interferenciaáram csökken az áramfrekvencia növekedésével; a fojtószelepen az interferenciafeszültség csökkenése az L2 fojtószelep növekvő impedanciája miatt növekszik. Annak érdekében, hogy az A portban az interferenciafeszültség alacsony legyen, a C2 szűrő kondenzátor alacsony impedanciájával, magas frekvenciájú rövidzárlattal zárja a portot - a frekvenciafüggő feszültségosztó hat.
7. ábra: Zavarforrás áramkör és zavarelnyelő áramkör LC szűrőkkel (az Egyesült Királyság földre megy)
ban,-ben Mosogató áramkör valami hasonló történik. A B sínen keresztül bekapcsolt interferenciaáram növekvő frekvenciával csökken az L1 fojtó reaktanciája miatt, és a B csatlakozóban lévő interferenciafeszültség, vagyis a perifériás kábel csatlakozása csökken. A hatást a kondenzátor erősíti, mivel impedanciája növekszik a frekvencia növekedésével. Az interferenciafeszültség amplitúdója a B porton az XL1 és XC1 reaktanciák osztóarányától függ, és magas frekvenciák (> 100 MHz) esetén 0 felé hajlik, feltéve, hogy a tömegarányok ideálisak.
Körül Másodrendű szűrő A HF-technikailag hatékony felépítéséhez a 7. ábra szerint néhány követelményre van szükség. Egyrészt az alkatrészeket a szükséges frekvenciatartományra kell megtervezni, másrészt ugyanezt kell alkalmazni az elrendezésre és a szűrőtömeg koncepciójára is.