EN
Snelle koppelingen
In elektronische apparaten is er doorgaans een filter aanwezig op de AC-ingang. Dit komt omdat bij elektronische apparatuur die een schakelende voeding bevat, de voeding zelf de belangrijkste bron van elektromagnetische interferentie (EMI) is. De oorzaken van EMI zijn gevarieerd, waaronder natuurlijke verschijnselen zoals bliksem en het aardmagnetisch veld, maar ook door de mens gecreëerde bronnen zoals motoren, radiofrequentie (RF)-technologieën en digitaal/analoge signalen, die allemaal interferentie kunnen veroorzaken. Filters zijn onmisbare componenten om te voorkomen dat deze interferentiesignalen naar buiten worden uitgezonden of andere nabijgelegen elektronische apparatuur beïnvloeden. In dit artikel wordt ingegaan op de oorzaken van elektromagnetische interferentie en de maatregelen die kunnen worden genomen om deze tegen te gaan.
1- Soorten storingssignalen en hun ontstaan
Ruis in elektronische apparaten verwijst naar ongewenste elektrische signalen binnen het apparaat. Deze signalen zijn onvermijdbare spanning- of stoorstromen. Indien de storing te groot is, kunnen de volgende verschijnselen optreden:
① Geluidsoverlast horen in radio's of multimedia-apparaten die niet gerelateerd zijn aan het gewenste geluid.
② Vertoning van vervormde of rommelige beelden op televisieschermen buiten de oorspronkelijke inhoud.
③ Digitale apparaten kunnen foutief opstarten of normaal functioneren.
④ Communicatieapparatuur kan mogelijk geen normale signalen verzenden.
⑤ Andere effecten die de goede werking van elektronische apparaten verstoren.
Om deze redenen hebben landen en regio's overeenkomstige eisen en voorschriften vastgesteld voor elektronische apparatuur, waarbij wordt bepaald dat de door deze apparaten gegenereerde storingssignalen een bepaalde grens niet mogen overschrijden. Fabrikanten zijn verplicht de door hun producten gegenereerde EMI binnen deze gespecificeerde limieten te houden.
In de afgelopen jaren hebben elektronische apparaten digitaal en schakeltechnologieën op grote schaal geadopteerd. Zolang een product deze technologieën gebruikt, zal het onvermijdelijk EMI-signalen genereren. Het gebruik van filters is een effectieve manier om deze storingen binnen wettelijk toegestane limieten te houden. De interferentielimieten kunnen variëren tussen landen of regio's, wat betekent dat de kenmerken van de vereiste filters ook zullen verschillen. Hieronder zijn voorbeelden afgebeeld van een stroomlijnfilter dat extern wordt gebruikt voor industrieel materiaal en een intern filter (common mode choke, differential mode choke) dat in een voeding is geïnstalleerd.
Figuur 1 (links): Extern industrieel stroomlijnfilter
Figuur 2 (rechts): Intern schakelvoedingsfilter (common mode choke)
In een schakelende voeding genereren de schakeltransistor, de hoogfrequent gelijkrichterdiode en de schakeltransformator hogere niveaus van storingen. De bedrijfs golfvormen binnen een schakelende voeding zijn doorgaans blok- of driehoeksgolven (basisgolfvormen). Deze golfvormen bevatten hoogfrequente componenten die gehele veelvouden zijn van de grondfrequentie. Wanneer deze hoogfrequente golfvormen naar buiten toe worden uitgezonden, worden ze storingsignalen.
Bovendien is de schakelsnelheid van transistors extreem snel. Bijvoorbeeld, een stroom van 2 A bij 12 V kan worden in- en uitgeschakeld met een frequentie van ongeveer 300 kHz. Zoals weergegeven in het onderstaande diagram, is tijdens de overgangstoestand van het schakelen de stijgings-/dalingssnelheid van de stroom (di/dt) zeer hoog. Aangezien inductantie niet alleen aanwezig is in de spoel, maar ook als parasitaire inductantie op de printplaat (PCB), kan deze snelle stroomverandering storingsspanningssignalen genereren, die de omgeving of andere elektronische componenten verstoren. Deze interferentiesignalen worden niet alleen geleid via de banen op de PCB, maar ook uitgestraald via elektromagnetische golven en kabels. De frequentie van deze EMI is niet vast; er zijn vele di/dt-componenten binnen één schakelcyclus, wat resulteert in een breed frequentiespectrum van gegenereerde storingsspanningen.
Figuur 3: Equivalente circuitschakeling
Figuur 4: Model van storingsspanningssignaal
Figuur 5: Storingsspanningssignaal
Figuur 6: Interferentiestroomsignaal
Figuur 7: Model van diodesluitstroom bij uitschakelen
Niet beperkt tot alleen schakelende voedingen, we kunnen in het algemeen aangeven waar interferentie wordt opgewekt in een elektronisch apparaat op basis van het voltage/stroompad. Zoals weergegeven in het onderstaande diagram, wordt interferentie die ontstaat in differentiële modus en in gemeenschappelijke modus respectievelijk differentiële modusinterferentie en gemeenschappelijke modusinterferentie genoemd.
Figuur 8: Schematisch overzicht van interferentiesignaalmodel
Interferentie die optreedt tussen de aders van een AC-netkabel, of tussen de positieve en negatieve aansluitingen van een DC-uitgang, is differentiële modusinterferentie. In tegenstelling daartoe verwijst gemeenschappelijke modusinterferentie naar het interferentiesignaal dat ontstaat tussen één van de aders in de schakeling en de aardingslijn (d.w.z. ten opzichte van aarde). Interferentie die wordt gegenereerd door voedingsschakelingen is bijna altijd aanvankelijk van differentiële modus. Wanneer dit signaal echter zich verspreidt naar andere circuits, kan het impedantie-evenwicht ten opzichte van aarde worden verstoord door elektromagnetische of electrostatische invloeden, waardoor het wordt omgezet in een signaal van gemeenschappelijke modus. Uiteindelijk verandert een groot deel van de interferentie in gemeenschappelijke modus.
Daarnaast zijn externe storingsignalen die vanuit de natuurlijke omgeving in apparatuur terechtkomen doorgaans in fase (common mode), omdat hun ontstaan bijna altijd gerelateerd is aan de aarde (ground). Bovendien kan fasegelijk stoorveld, wanneer het een circuit binnenkomt, onder diverse omstandigheden en door invloed van componenten worden omgezet in differentieelmodus-storing, wat direct en nadelig kan uitwerken op de werking van het circuit.
In elektronische apparaten of voedingsschakelingen is het noodzakelijk om maatregelen te overwegen en te implementeren tegen zowel in-fase (common mode) als differentieelmodus-storing, die geheel verschillend van aard zijn.
2- Maatregelen tegen elektromagnetische storingen
Vanuit het oogpunt van interferentie-signaalvoortplanting kan interferentie in grote lijnen worden ingedeeld in geleide interferentie en uitgestraalde interferentie. Vanuit het oogpunt van interferentietypes kan het worden onderverdeeld in gemeenschappelijke-modusinterferentie en differentiële-modusinterferentie. Er zijn twee belangrijke manieren om interferentiesignalen te onderdrukken:
① Het ontstaan van interferentiesignalen voorkomen.
② De voortplanting van interferentiesignalen blokkeren, absorberen of elimineren.
Moderne elektronische apparaten maken overwegend gebruik van schakelende voedingen en digitale technologieën. Apparaten die deze technologieën gebruiken, genereren onvermijdelijk interferentiesignalen, die moeilijk alleen via technologische verbeteringen kunnen worden onderdrukt. Momenteel richten de meeste oplossingen zich op het blokkeren of verzachten van de voortplanting van interferentiesignalen.
2.1 Gebruik van passieve componenten om de geleiding van storingsignalen te blokkeren (absorberen of elimineren), zoals het combineren van common-mode spoelen, differentiaalmodus-spoelen, X-condensatoren en Y-condensatoren om geleide interferentie te onderdrukken.
2.2 Gebruik van vermogensspoelen met ferrietkralen of magnetische afschermstructuren om uitgestraalde storingsignalen te voorkomen die zich extern verspreiden.
Om geleide EMI aan te pakken, Codaca biedt een reeks common-mode spoelen voor signaallijnen (SPRHS-serie, CSTP-serie, VSTCB-serie, etc.), common-mode spoelen voor voedingslijnen (TCB-serie, SQH-serie, TCMB-serie), en differentiaalmodus-spoelen (SPRH-serie, PRD-serie, en andere vermogensspoelen die kunnen worden gebruikt als differentiaalmodus-spoelen). Deze common-mode- en differentiaalmodus-spoelen helpen elektronische apparaten om externe elektromagnetische interferentie te weerstaan en voorkomen ook dat apparaten intern gegenereerde EMI uitzenden.
De effectiviteit van interferentieonderdrukking hangt nauw samen met de impedantie van de spoel. Raadpleeg de volgende specificatietabellen en frequentiekarakteristieke grafieken voor meer details.
Tabel 1: Codaca Common Mode Choke Kenmerken Tafel
Opmerking: Deze tabel toont slechts een selectie van inductormodellen. Voor meer informatie bezoek de officiële website van Codaca.
Figuur 9: Impedantie-frequentie karakteristieke grafiek voor signaallijn common mode chokes
Figuur 10: Impedantie-frequentie karakteristieke grafiek voor voedingslijn common mode chokes
Voor oplossingen voor uitgestraalde EMI kunnen ferrietkralen worden gebruikt. In sommige hoogfrequente circuits, zoals RF- en oscillatorcircuits, is het noodzakelijk een ferrietkraal toe te voegen aan het stroomingangsgedeelte. Codaca biedt een serie ferrietkralen, zoals de RHD-, RHV-, SMB- en UUN-serie.
Tabel 2: Kenmerkentabel ferrietkralen
Opmerking: Deze tabel toont slechts een selectie van modellen. Voor meer informatie bezoek de officiële website van Codaca.
Zoals eerder vermeld, kunnen magnetisch afgeschermde vermogensspoelen ook de verspreiding van gestraalde storingen blokkeren. Voor gestraalde EMI biedt Codaca een serie magnetisch afgeschermd componenten aan, waaronder gegoten spoelen, hoogstroomspoelen, digitale versterkerspoelen en chipspoelen. Deze vermogensspoelen kunnen worden gebruikt in de voedingslijnen van schakelende voedingen. De magnetische afscherming voorkomt effectief dat door de spoel gegenereerde storingen naar buiten stralen en beschermt de spoel tevens tegen externe gestraalde storingen. Dergelijke afgescherme spoelen worden ook gebruikt in oplossingen voor differentiële modusstoringen op signaal- en voedingslijnen.
Tabel 3: Kenmerkentabel magnetisch afgeschermd spoelen
Opmerking: Deze tabel toont slechts een selectie van modellen. Voor meer informatie bezoek de officiële website van Codaca.
Figuur 11: Temperatuurstijging & verzadigingsstroomcurves, Inductantie-frequentie & Impedantie-frequentie kenmerken voor VSHB0421-4R7MC
3- Conclusie
Met de toenemende integratie en complexiteit van elektronische producten, wordt ook de EMI/EMC-omgeving waarin zij opereren geconfronteerd met aanzienlijke uitdagingen. Om elektronische apparaten te helpen bij het oplossen van EMI/EMC-problemen, heeft Codaca diverse series genormde common mode-verdampers voor signaallijnen , power Line Common Mode Choke s , differentiële mode choke-spoelen, ferritkralen , en verschillende magnetisch afgeschermde vermogensspoelen . Ingenieurs kunnen geschikte genormde common-mode choke-spoelen, differentiële mode choke-spoelen of vermogensspoelen selecteren van Codaca op basis van de specifieke eisen van hun voedingsschakelingontwerp.