EN
Snabblänkar
I elektroniska enheter finns normalt ett filter på växelströmsingången. Detta beror på att för elektronisk utrustning som innehåller en switchade nätaggregat är själva nätaggregatet den främsta källan till elektromagnetisk störning (EMI). Källorna till EMI är mångsidiga, inklusive naturliga fenomen som åska och jordens magnetfält, samt mänskliga källor såsom motorer, radiofrekvens (RF) teknik och digitala/analoga signaler, vilka alla kan generera störningar. Filter är oumbärliga komponenter för att förhindra att dessa störsignaler sänds ut från enheten eller påverkar annan närliggande elektronisk utrustning. Denna artikel kommer att utforska orsakerna till elektromagnetisk störning och motåtgärderna för att hantera den.
1- Typer av störsignaler och deras generering
Brus i elektroniska enheter avser oönskade elektriska signaler inom enheten. Dessa signaler är oundvikliga spännings- eller strömstörningar. Om störningen är övermåttan stor kan följande fenomen uppstå:
① Att höra brus i radioapparater eller multimedieenheter som inte har med den avsedda ljudsignalen att göra.
② Visa förvrängda eller röriga bilder på TV-skärmar utöver det ursprungliga innehållet.
③ Digitala enheter kan starta felaktigt eller inte fungera normalt.
④ Kommunikationsutrustning kan vara oförmögen att sända normala signaler.
5 Andra effekter som stör den korrekta funktionen hos elektroniska enheter.
Av dessa skäl har länder och regioner infört motsvarande krav och föreskrifter för elektronisk utrustning, där det föreskrivs att de störsignaler som genereras av dessa enheter inte får överskrida en viss gräns. Tillverkare är skyldiga att kontrollera den elektromagnetiska störningen (EMI) från sina produkter så att den hålls inom dessa angivna gränser.
Under de senaste åren har elektroniska enheter i stor utsträckning övergått till digitala och switchtekniker. Så länge en produkt använder dessa tekniker kommer den oundvikligen att generera EMI-signaler. Att använda filter är ett effektivt sätt att hålla denna störning inom reglerade gränser. Störningsgränserna kan variera mellan olika länder eller regioner, vilket innebär att egenskaperna hos de nödvändiga filtren också kommer att skilja sig. Nedan visas exempel på ett elkabel-filter som används externt för industriell utrustning och ett internt filter (gemensamt mode choke, differentiellt mode choke) installerat inom ett strömförsörjningssystem.
Figur 1 (Vänster): Externt industriellt elkabel-filter
Figur 2 (Höger): Internt switchande strömförsörjningsfilter (Gemensamt mode choke)
I en switchande strömförsörjning genererar switchtransistorn, högfrekvenslikriktardioden och switchtransformatorn högre nivåer av störningar. De operativa vågformerna i en switchande strömförsörjning är vanligtvis fyrkantsvågor eller triangelsvågor (grundvågformer). Dessa vågformer innehåller högfrekventa komponenter som är heltalsmultipler av grundfrekvensen. När dessa högfrekventa vågformer sprids utåt blir de störsignaler.
Dessutom är transistorernas switchhastighet extremt snabb. Till exempel kan en ström på 2 A vid 12 V slås AV/PÅ med en frekvens på cirka 300 kHz. Som visas i diagrammet nedan är strömmens förändringshastighet (di/dt) mycket hög under switchövergångstillståndet. Eftersom induktans finns inte bara i spolspolen utan även som parasitinduktans på tryckkretskortet (PCB), kan denna snabba strömförändring generera störsignaler i form av spänning, vilket stör omgivningen eller andra elektroniska komponenter. Dessa störsignaler leds inte bara längs kretskortsbanorna utan sänds också utåt via elektromagnetiska vågor och kablar. Frekvensen för denna EMI är inte fast; det finns många di/dt-komponenter inom en enda switchcykel, vilket resulterar i ett brett frekvensspektrum av genererad störspänning.
Figur 3: Ekvivalent kretsschema
Figur 4: Modell för störsignalspänning
Figur 5: Störsignalspänning
Figur 6: Störströmssignal
Figur 7: Diod avstängnings kortslutningsströmsmodell
Inte begränsat till endast switchade nätaggregat kan vi i allmänhet klassificera var störningar uppstår i en elektronisk enhet baserat på spännings/strömvägen. Som visas i diagrammet nedan kallas störningar som genereras i differentialmod och gemensam mod för respektive differentialmodstörning och gemensammodstörning.
Figur 8: Diagram över störsignalsmodell
Störningar som uppstår mellan ledarna i en växelströmskabel eller mellan plus- och minuspolerna i en likströmsutgång kallas differentiell störning. Däremot avser gemensam störning den störningsignal som uppstår mellan vilken som helst av kretsens ledare och jordledaren (dvs. i förhållande till jord). Störningar som genereras av kraftkretsar är nästan alltid från början av differentiell typ. När denna differentiella signal sprids till andra kretsar kan dock dess impedansbalans i förhållande till jord förstöras på grund av elektromagnetiska eller elektrostatiska inverkningar, vilket leder till att den omvandlas till en gemensam signal. I slutändan blir en betydande del av störningen av gemensam typ.
Dessutom är yttre störsignaler som kommer in i utrustning från den naturliga miljön vanligtvis gemensamma (common mode), eftersom deras uppkomst nästan alltid är kopplad till jord (ground). Vidare kan gemensamt störningar, när de kommer in i en krets, också omvandlas till differentiella störningar under olika förhållanden och påverkan från komponenter, vilket kan få direkt ogynnsam inverkan på kretsens funktion.
I elektroniska enheter eller strömkretsar är det nödvändigt att ta hänsyn till och implementera motåtgärder mot både gemensamma och differentiella störningar, vilka är helt olika i sin natur.
2- Motåtgärder mot elektromagnetiska störningar
Ur perspektivet av störsignalspridning kan störningar i stort sett delas in i ledningsbunden störning och radiostörning. Ur perspektivet av typer av störsignaler kan de delas upp i gemensammodestörning och differentiellmodestörning. Det finns två huvudsakliga tillvägagångssätt för att undertrycka störsignaler:
① Förhindra genereringen av störsignaler.
② Blockera, absorbera eller eliminera spridningen av störsignaler.
Modern elektronik använder övervägande switchade kraftförsörjningar och digitala tekniker. Enheter som använder dessa tekniker genererar oundvikligen störsignaler, vilka är svåra att undertrycka enbart genom teknikförbättringar. För närvarande fokuserar de flesta lösningar på att blockera eller minska spridningen av störsignaler.
2.1 Använda passiva komponenter för att blockera (absorbera eller eliminera) ledning av störningssignaler, till exempel genom att kombinera gemensamma modinduktorer, differentiella modinduktorer, X-kondensatorer och Y-kondensatorer för att undertrycka ledande störningar.
2.2 Använda effektinduktorer med ferritkulor eller magnetiska skärmstrukturer för att förhindra att radiobundna störningssignaler sprids externt.
För att hantera ledande EMI, Codaca erbjuder en serie gemensamma modinduktorer för signallinjer (SPRHS-serien, CSTP-serien, VSTCB-serien, etc.), gemensamma modinduktorer för strömlinjer (TCB-serien, SQH-serien, TCMB-serien), samt differentiella modinduktorer (SPRH-serien, PRD-serien, och andra effektinduktorer som kan användas som differentiella modinduktorer). Dessa gemensamma och differentiella modinduktorer hjälper elektroniska enheter att motstå extern elektromagnetisk störning och förhindrar också att enheter sänder ut internt genererad EMI.
Effektiviteten hos störningsundertryckning är nära relaterad till induktorns impedans. Se de följande specifikationstabellerna och frekvenskaraktäristikdiagrammen för detaljer.
Tabell 1: Codaca:s egenskaper för gemensammodusavspärr Tabell
Obs: Denna tabell visar endast en urval av induktormodeller. För mer information, besök Codacas officiella webbplats.
Figur 9: Impedans-frekvens karaktäristikdiagram för signalledningars gemensammodusavspärr
Figur 10: Impedans-frekvens karaktäristikdiagram för strömförsörjningsledningars gemensammodusavspärr
För lösningar mot utsänd elektromagnetisk störning kan ferritperlor användas. I vissa högfrekventa kretsar, såsom RF- och oscillator-kretsar, är det nödvändigt att lägga till en ferritpärla vid kraftingången. Codaca erbjuder en serie ferritperlor, såsom RHD-, RHV-, SMB- och UUN-serierna.
Tabell 2: Tabell över egenskaper för ferritperlor
Obs: Denna tabell visar endast en urval av modeller. För mer information, besök Codacas officiella webbplats.
Som nämnts tidigare kan magnetiskt skärmade effektinduktorer också blockera utbredningen av radiostörningar. För radiogenererad EMI erbjuder Codaca en serie magnetiskt skärmade komponenter, inklusive formgjutna induktorer, högströmsinduktorer, digitalförstärkarinduktorer och chipinduktorer. Dessa effektinduktorer kan användas i strömlinjerna för switchade strömförsörjningar. Den magnetiska skärmstrukturen förhindrar effektivt att störningar som genereras av induktorn sänder utåt, samt skyddar induktorn från yttre radiostörningar. Sådana skärmade induktorer används även i differentiell mod-störningslösningar för signal- och strömlinjer.
Tabell 3: Karaktäristiktabell för magnetiskt skärmade induktorer
Obs: Denna tabell visar endast en urval av modeller. För mer information, besök Codacas officiella webbplats.
Figur 11: Temperaturstignings- och mättnadskurvor, induktans-frekvens- och impedans-frekvens-karakteristika för VSHB0421-4R7MC
3- Slutsats
Med den ökande integreringen och komplexiteten hos elektroniska produkter står den EMI/EMC-miljö de arbetar i också inför betydande utmaningar. För att hjälpa elektroniska enheter att lösa EMI/EMC-problem har Codaca utvecklat olika serier av standardiserade signallednings gemensammodspolar , power Line Common Mode Choke s , differentiella bruschocker, ferriter , och olika magnetiskt skärmade effektinduktorer . Ingenjörer kan välja lämpliga standardiserade glidmodchocker, differentiella bruschocker eller effektinduktorer från Codaca baserat på specifika krav i sin kretsdesign för effektkretsar.