EN
GYORS LINKEK
Az elektronikus készülékekben általában szűrő található az AC bemeneti vonalon. Ennek oka, hogy a kapcsolóüzemű tápegységet tartalmazó elektronikai berendezések esetében a tápegység maga jelenti az elektromágneses zavarok (EMI) fő forrását. Az EMI forrásai sokfélék lehetnek, ideértve természetes jelenségeket, mint például a villámokat és a Föld mágneses mezőjét, valamint mesterséges forrásokat, mint motorokat, rádiófrekvenciás (RF) technológiákat és digitális/analog jeleket, amelyek mindegyike zavart okozhat. A szűrők elengedhetetlen alkatrészek ahhoz, hogy megakadályozzák ezeknek a zavaró jeleknek az eszközből történő kijutását, illetve más közeli elektronikai berendezésekre gyakorolt hatásukat. Ez a cikk bemutatja az elektromágneses zavarok okait és az ezekkel szembeni védekezési lehetőségeket.
1- Zavarjelek típusai és azok keletkezése
Az elektronikus eszközökben a zaj a készüléken belüli nem kívánt elektromos jeleket jelenti. Ezek a jelek elkerülhetetlen feszültség- vagy áramzavarok. Ha a zavar túl erős, a következő jelenségek fordulhatnak elő:
① Zaj hallható rádiókban vagy multimédiás eszközökben, amely nem kapcsolódik a lejátszott hanganyaghoz.
② A televíziós képernyőn torzított vagy szemetes képek jelennek meg az eredeti tartalmon túlmenően.
③ Digitális eszközök helytelenül indulhatnak el, vagy nem működhetnek normálisan.
④ A kommunikációs berendezések nem képesek normális jeleket továbbítani.
⑤ Egyéb hatások, amelyek akadályozzák az elektronikus eszközök megfelelő működését.
Ezen okok miatt az országok és régiók megfelelő előírásokat és szabályokat dolgoztak ki az elektronikus berendezések tekintetében, amelyek előírják, hogy ezek az eszközök által kibocsátott zavaró jelek nem haladhatják meg egy meghatározott határértéket. A gyártóknak kötelezettségük termékeik által keltett EMI-t ezen előírt határértékek között tartani.
Az elmúlt években az elektronikai eszközök széles körben áttértek a digitális és kapcsoló technológiákra. Amíg egy termék ezen technológiákat használ, elkerülhetetlenül keletkeznek benne EMI-jelzések. A szűrők alkalmazása hatékony módszer annak érdekében, hogy ez a zavar a szabályozott határértéken belül maradjon. A zavarhatárértékek országonként vagy régióként eltérőek lehetnek, ami azt jelenti, hogy a szükséges szűrők jellemzői is különbözni fognak. Az alábbi képen egy ipari berendezéshez külsőleg használt hálózati szűrő, valamint egy tápegységen belül elhelyezett belső szűrő (közös módusú fojtó, differenciális módusú fojtó) példái láthatók.
1. ábra (bal oldal): Külső ipari hálózati szűrő
2. ábra (jobb oldal): Belső kapcsolóüzemű tápegység szűrő (közös módusú fojtó)
Egy kapcsoló üzemmódú tápegységben a kapcsoló tranzisztor, a nagyfrekvenciás egyenirányító dióda és a kapcsoló transzformátor magasabb szintű zavart hoz létre. A kapcsoló üzemmódú tápegységen belüli működési jelalakok általában négyszög- vagy háromszögjelek (alapjelalakok). Ezek a jelalakok olyan nagyfrekvenciás összetevőket tartalmaznak, amelyek az alapfrekvencia egész számú többszörösei. Amikor ezek a nagyfrekvenciás jelalakok kifelé terjednek, zavaró jelekké válnak.
Ezen felül a tranzisztorok kapcsolási sebessége rendkívül gyors. Például egy 2A áramot 12V feszültségen körülbelül 300 kHz-es frekvencián lehet BE-/KI-kapcsolni. Ahogy az alábbi ábrán látható, a kapcsolási átmeneti állapotban az áram változási sebessége (di/dt) nagyon magas. Mivel az induktivitás nemcsak az induktor tekercsben, hanem a nyomtatott áramkörön (PCB) jelentkező parazita induktivitásként is jelen van, ez a gyors áramváltozás zavaró feszültségjeleket hozhat létre, amelyek zavarják a környezetet vagy más elektronikus alkatrészeket. Ezek a zavaró jelek nemcsak a nyomok mentén vezetett módon terjednek, hanem elektromágneses hullámok és vezetékek révén kisugárzódnak is. Az ilyen EMI frekvenciája nem állandó; egyetlen kapcsolási cikluson belül számos di/dt komponens található, amely széles frekvenciatartományú zavaró feszültséget eredményez.
3. ábra: Ekvivalens áramkör modell
4. ábra: Zavaró feszültségjel modell
5. ábra: Zavaró feszültségjel
6. ábra: Zavaró áramjel
7. ábra: Dioda kikapcsolási rövidzárási áram modell
Nemcsak az impulzusüzemű tápegységekre korlátozódik, széles körben besorolhatjuk az elektronikus eszközökben keletkező zavarok helyét a feszültség/áram útja alapján. Ahogyan az alábbi ábrán látható, a differenciális üzemmódban és közös üzemmódban keletkező zavarokat rendre differenciális módusú zavarásnak és közös módusú zavarásnak nevezzük.
8. ábra: Zavaró jel modellábrája
A váltóáramú tápkábel vezetékei között, illetve egy egyenáramú kimenet pozitív és negatív pólusa között megjelenő zavar a differenciális módusú zavar. Ezzel szemben a közös módusú zavar a kör bármelyik vezetője és a földelési vonal (azaz a föld) között fellépő zavaró jelkomponenst jelenti. A teljesítmény áramkörök által generált zavar majdnem mindig eredetileg differenciális módusú. Azonban amint ez a differenciális módusú jel más áramkörökhöz terjed, elektromágneses vagy elektrosztatikus hatások miatt megszakadhat az impedancia-egyensúlya a földhöz képest, így átalakulhat közös módusú jellé. Végül a zavar jelentős része közös módusúvá válik.
Ezen felül a készülékekbe a természetes környezetből bejutó külső zavaró jelek általában közös módusúak, mivel előfordulásuk szinte mindig a Földhöz (földeléshez) kapcsolódik. Továbbá, amikor a közös módusú zavar bejut egy áramkörbe, különböző feltételek és eszközhatások hatására differenciális módusú zavarrá is átalakulhat, ami közvetlen és kedvezőtlen hatással lehet az áramkör működésére.
Elektronikus készülékekben vagy teljesítményáramkörökben mind a közös módusú, mind a differenciális módusú zavarokra – amelyek természetükben teljesen különbözőek – ki kell terjeszteni a védekezési intézkedéseket.
2- Elektromágneses zavarok elleni védekezési intézkedések
Az interferenciális jel terjedésének szempontjából az interferencia általában vezetett és sugárzott interferenciára osztható. Az interferenciális jelek típusai szerint pedig közös módusú és differenciális módusú interferenciáról beszélhetünk. Két fő módszer létezik az interferenciális jelek elnyomására:
① Az interferenciális jelek kialakulásának megelőzése.
② Az interferenciális jelek terjedésének blokkolása, elnyelése vagy megszüntetése.
A modern elektronikai eszközök túlnyomórészt kapcsolóüzemű tápegységeket és digitális technológiákat használnak. Ezeket a technológiákat alkalmazó eszközök elkerülhetetlenül interferenciális jeleket generálnak, amelyeket kizárólag technológiai fejlesztésekkel nehéz elnyomni. Jelenleg a legtöbb megoldás az interferenciális jelek terjedésének blokkolására vagy csökkentésére összpontosít.
2.1 Passzív komponensek használata a zavarjelek vezetett terjedésének blokkolására (elnyelésére vagy kiszűrésére), például közös módusú tekercsek, differenciális módusú tekercsek, X-kondenzátorok és Y-kondenzátorok kombinálásával a vezetett zavarok csökkentésére.
2.2 Ferritgyűrűs vagy mágneses árnyékolású teljesítménytekercsek alkalmazása a sugárzott zavarjelek külső terjedésének megakadályozására.
A vezetett EMI kezelésére Codaca ajánl egy sor közös módusú induktort jelvonalakhoz (SPRHS sorozat, CSTP sorozat, VSTCB sorozat stb.), közös módusú induktort tápvonalakhoz (TCB sorozat, SQH sorozat, TCMB sorozat), valamint differenciális módusú induktort (SPRH sorozat, PRD sorozat és egyéb teljesítménytekercsek, amelyek differenciális módusú induktorként is használhatók). Ezek a közös és differenciális módusú tekercsek segítenek az elektronikai eszközöknek ellenállni a külső elektromágneses zavaroknak, ugyanakkor megakadályozzák, hogy az eszközök saját maguk által generált EMI-t kisugározzák.
Az interferencia-eltávolítás hatékonysága szorosan összefügg az induktor impedanciájával. Részletekért lásd a következő specifikációs táblázatokat és frekvenciajellemző grafikonokat.
1. táblázat: Codaca Kétféle Módusú Zavarszűrő Jellemzői Táblázat
Megjegyzés: Ez a táblázat csak egy kiválasztott induktormodelleket mutat be. További információkért kérjük, látogassa meg a Codaca hivatalos weboldalát.
9. ábra: Impedancia-frekvencia Jellemző Grafikon Jelfolyos Kétféle Módusú Zavarszűrőkhöz
10. ábra: Impedancia-frekvencia Jellemző Grafikon Tápfeszültség-vonalas Kétféle Módusú Zavarszűrőkhöz
Sugárzott EMI problémák megoldásához ferritgyöngyöket lehet használni. Néhány nagyfrekvenciás áramkörben, például RF és oszcillátoros áramkörökben, szükséges egy ferritgyöngy hozzáadása a tápellátás bemeneti szakaszához. A Codaca széles választékot kínál ferritgyöngyökből, mint például az RHD, RHV, SMB és UUN sorozatok.
2. táblázat: Ferritgyöngy Jellemzők Táblázata
Megjegyzés: Ez a táblázat csak egy kiválasztott modellt mutat be. További információkért kérjük, látogassa meg a Codaca hivatalos weboldalát.
Mint korábban említettük, a mágnesesen árnyékolt teljesítménytekercsek szintén blokkolhatják a sugárzott zavarok terjedését. A sugárzott EMI esetében a Codaca kínál egy sor mágnesesen árnyékolt alkatrészt, beleértve öntött tekercseket, nagyáramú tekercseket, digitális erősítő tekercseket és lapkatekercseket. Ezek a teljesítménytekercsek kapcsoló tápegységek energiaellátó vonalain használhatók. A mágneses árnyékolási szerkezet hatékonyan megakadályozza, hogy az induktor által generált zavar kifelé sugározzon, valamint védi az induktort a külső sugárzott zavaroktól. Az ilyen árnyékolt tekercseket differenciális üzemmódú zavarszűrési megoldásokban is alkalmazzák jel- és energiaellátó vonalakon.
3. táblázat: Mágnesesen árnyékolt tekercs jellemzőinek táblázata
Megjegyzés: Ez a táblázat csak egy kiválasztott modellt mutat be. További információkért kérjük, látogassa meg a Codaca hivatalos weboldalát.
11. ábra: Hőmérséklet-emelkedés és telítődési áram görbék, induktivitás-gyakoriság és impedancia-gyakoriság jellemzők VSHB0421-4R7MC típusra
3 - Következtetés
Az elektronikai termékek növekvő integrációja és összetettsége miatt az EMI/EMC környezet, amelyben működnek, szintén jelentős kihívásokkal néz szembe. Az elektronikus eszközök EMI/EMC problémáinak megoldásához a Codaca kifejlesztett különféle sorozatokat szabványos jelvezetékes közös módusú fojtótekercsek , tápvonal közös módú tekercs s , differenciális üzemmódú fojtótekercsek, ferritgyűrűk , és különféle mágnesesen árnyékolt teljesítmény-fojtókat . A mérnökök a teljesítménykör tervezési követelményeiknek megfelelően kiválaszthatják a Codaca által kínált szabványos közös módú fojtókat, differenciális üzemmódú fojtókat vagy teljesítmény-fojtókat.