EN
Hızlı Bağlantılar
Elektronik cihazlarda genellikle AC giriş hattında bir filtre bulunur. Bunun nedeni, anahtarlamalı güç kaynağı içeren elektronik ekipmanlarda, elektromanyetik girişimin (EMI) en önemli kaynağının kendisidir. EMI'nin kaynakları çok çeşitlidir ve yıldırım gibi doğal olaylar, Dünya'nın manyetik alanı ile motorlar, radyo frekansı (RF) teknolojileri ve dijital/analog sinyaller gibi insan yapımı kaynaklar da dahil olmak üzere girişime neden olabilir. Bu girişim sinyallerinin cihazdan dışarı yayılmasını veya diğer yakın çevredeki elektronik ekipmanları etkilemesini önlemek için filtreler vazgeçilmez bileşenlerdir. Bu makalede elektromanyetik girişimin nedenleri ve buna karşı alınabilecek önlemler incelenecektir.
1- Girişim Sinyallerinin Türleri ve Oluşumu
Elektronik cihazlarda gürültü, cihaz içindeki istenmeyen elektrik sinyallerini ifade eder. Bu sinyaller kaçınılmaz voltaj veya akım bozulmalarıdır. Girişim aşırı düzeydeyse aşağıdaki olgular meydana gelebilir:
① Radyolarda veya multimedya cihazlarında amaçlanan sesle ilgisi olmayan gürültüler duyulması.
② Televizyon ekranlarında orijinal içerikten bağımsız olarak çarpık veya karışık görüntülerin görüntülenmesi.
③ Dijital cihazların yanlış başlaması veya normal şekilde çalışamaması.
④ İletişim ekipmanlarının normal sinyalleri iletememesi.
⑤ Elektronik cihazların düzgün çalışmasını engelleyen diğer etkiler.
Bu nedenlerle ülkeler ve bölgeler, elektronik ekipmanlar için karşılık gelen gereksinimleri ve düzenlemeleri belirlemiştir ve bu cihazların oluşturduğu girişim sinyallerinin belirli bir seviyenin üzerine çıkmamasını zorunlu kılmıştır. Üreticiler, ürünlerinin oluşturduğu EMI'yi bu belirlenmiş sınırlar içinde tutmakla yükümlüdür.
Son yıllarda elektronik cihazlarda dijital ve anahtarlama teknolojileri yaygın olarak benimsenmiştir. Bir ürün bu teknolojileri kullandığı sürece kaçınılmaz olarak EMI sinyalleri üretecektir. Bu girişimi düzenlenmiş sınırlar içinde tutmanın etkili bir yolu filtrelerin kullanılmasıdır. Girişim sınırları ülke veya bölgeye göre değişebilir ve bu da gerekli olan filtrelerin özelliklerinin de farklı olmasına neden olur. Aşağıda, endüstriyel ekipmanlar için dışarıdan kullanılan bir güç hattı filtresi ile bir güç kaynağı içinde yerleştirilmiş iç filtre (ortak mod boğaz bobini, diferansiyel mod boğaz bobini) örnekleri gösterilmiştir.
Şekil 1 (Sol): Dış Endüstriyel Güç Hattı Filtresi
Şekil 2 (Sağ): İç Anahtarlama Güç Kaynağı Filtresi (Ortak Mod Boğaz Bobini)
Bir anahtarlamalı güç kaynağında, anahtarlama transistörü, yüksek frekanslı doğrultma diyodu ve anahtarlama transformatörü daha yüksek düzeyde gürültü oluşturur. Bir anahtarlamalı güç kaynağının içindeki çalışma dalga biçimleri genellikle kare dalga veya üçgen dalga (temel dalga biçimleri) şeklindedir. Bu dalga biçimleri temel frekansın tamsayı katları olan yüksek frekanslı bileşenleri içerir. Bu yüksek frekanslı dalga biçimleri dışarıya yayıldığında, gürültü sinyallerine dönüşür.
Ayrıca, transistörlerin anahtarlama hızı son derece hızlıdır. Örneğin, 12V'ta 2A akım yaklaşık 300 kHz frekansında AÇIK/KAPALI olarak anahtarlanabilir. Aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi, anahtarlama geçiş durumunda, akımdaki değişim oranı (di/dt) çok yüksektir. Endüktans sadece endüktör bobininde değil, aynı zamanda baskı devre kartı (PCB) üzerinde parazitik endüktans olarak da mevcuttur; bu nedenle akımdaki hızlı değişim, çevreyi veya diğer elektronik bileşenleri etkileyebilecek gürültülü gerilim sinyalleri oluşturabilir. Bu gürültü sinyalleri yalnızca PCB hatları boyunca iletilmekle kalmaz, aynı zamanda elektromanyetik dalgalar ve kablolar aracılığıyla dışarıya doğru yayılır. Bu EMI'nin frekansı sabit değildir; tek bir anahtarlama döngüsü içinde birçok di/dt bileşeni bulunur ve bu da üretilen gürültülü gerilimin geniş bir frekans spektrumuna sahip olmasına neden olur.
Şekil 3: Eşdeğer Devre Modeli
Şekil 4: Gürültülü Gerilim Sinyali Modeli
Şekil 5: Gürültülü Gerilim Sinyali
Şekil 6: Girişim Akımı Sinyali
Şekil 7: Diyot Kesim Anındaki Kısa Devre Akımı Modeli
Sadece anahtarlamalı güç kaynaklarıyla sınırlı olmamak üzere, girişimin bir elektronik cihazda nerede oluştuğunu gerilim/akım yoluna göre genel olarak sınıflandırabiliriz. Aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi, diferansiyel modda ve ortak modda oluşan girişimler sırasıyla diferansiyel mod girişimi ve ortak mod girişimi olarak adlandırılır.
Şekil 8: Girişim Sinyali Model Şeması
Bir AC güç kablosunun hatları arasında ya da bir DC çıkışın pozitif ve negatif terminalleri arasında görünen gürültü, diferansiyel mod gürültüsüdür. Buna karşılık, ortak mod gürültüsü, devredeki herhangi bir hat ile toprak hattı (yani Dünya'ya göre) arasında ortaya çıkan gürültü sinyali bileşenini ifade eder. Güç devrelerinin oluşturduğu gürültü neredeyse her zaman başlangıçta diferansiyel mod şeklindedir. Ancak bu diferansiyel mod sinyali diğer devrelere yayıldıkça, elektromanyetik veya elektrostatik etkiler nedeniyle toprağa göre empedans dengesi bozulabilir ve böylece ortak mod sinyale dönüşebilir. Sonuç olarak, gürültünün büyük bir kısmı ortak moda dönüşür.
Ek olarak, doğal ortamdan ekipmana giren harici parazit sinyalleri genellikle ortak modludur, çünkü bunların oluşumu neredeyse her zaman Toprak (toprak) ile ilişkilidir. Ayrıca, ortak mod paraziti bir devreye girdiğinde, çeşitli koşullar ve cihaz etkileri altında diferansiyel mod parazitine dönüşebilir ve bu da devrenin çalışması üzerinde doğrudan ve olumsuz bir etkiye sahip olabilir.
Elektronik cihazlarda veya güç devrelerinde, doğaları itibarıyla tamamen farklı olan hem ortak kipli hem de diferansiyel kipli interfere karşı önlemler almak gerekir.
2- Elektromanyetik Girişim Önlemleri
Girişim sinyali yayılımı açısından bakıldığında girişim genel olarak iletilen girişim ve radyasyonla yayılan girişim olarak ikiye ayrılabilir. Girişim sinyali türleri açısından değerlendirildiğinde ise ortak mod girişimi ve diferansiyel mod girişimi olmak üzere ikiye ayrılır. Girişim sinyallerini bastırmak için iki ana yaklaşım vardır:
① Girişim sinyallerinin oluşumunun önlenmesi.
② Girişim sinyallerinin yayılmasını engellemek, emmek veya yok etmek.
Modern elektronik cihazlar çoğunlukla anahtarlamalı güç kaynağı ve dijital teknolojileri kullanır. Bu teknolojileri kullanan cihazlar kaçınılmaz olarak girişim sinyalleri üretir ve bu sinyaller yalnızca teknolojik iyileştirmelerle bastırmak zordur. Günümüzde çoğu çözüm, girişim sinyallerinin yayılmasını engellemeye veya azaltmaya odaklanmaktadır.
2.1 Yaygın kip endüktansları, diferansiyel kip endüktansları, X kondansatörleri ve Y kondansatörleri gibi pasif bileşenleri birleştirerek girişim sinyallerinin iletimini engellemek (sönümlemek veya ortadan kaldırmak) için kullanmak.
2.2 Ferrit boncuklu veya manyetik kalkanlı yapıya sahip güç endüktanslarını kullanarak radyasyonla yayılan girişim sinyallerinin dışarıya doğru yayılmasını önlemek.
İletim yoluyla oluşan EMI'yi gidermek için Codaca sinyal hatları için yaygın kip endüktans serileri (SPRHS serisi, CSTP serisi, VSTCB serisi vb.), güç hatları için yaygın kip endüktanslar (TCB serisi, SQH serisi, TCMB serisi), diferansiyel kip endüktanslar (SPRH serisi, PRD serisi) ve diferansiyel kip endüktans olarak kullanılabilen diğer güç endüktansları sunar. Bu yaygın kip ve diferansiyel kip endüktanslar, elektronik cihazların dış elektromanyetik girişime karşı direnç göstermesine yardımcı olur ve ayrıca cihazların içlerinde üretilen EMI'yi yaymalarını önler.
Girişim bastırma etkinliği, bobinin empedansı ile yakından ilişkilidir. Ayrıntılar için lütfen aşağıdaki teknik özellik tablolarına ve frekans karakteristik grafiklerine bakınız.
Tablo 1: Codaca Ortak Kip Bobini Özellikleri MASA
Not: Bu tabloda yalnızca seçili bobin modelleri gösterilmiştir. Daha fazla bilgi için lütfen Codaca resmi web sitesini ziyaret ediniz.
Şekil 9: Sinyal Hattı Ortak Kip Bobinleri için Empedans-Frekans Karakteristik Grafiği
Şekil 10: Güç Hattı Ortak Kip Bobinleri için Empedans-Frekans Karakteristik Grafiği
Yayınlanan EMI çözümleri için ferrit boncuklar kullanılabilir. RF ve osilatör devreleri gibi bazı yüksek frekanslı devrelerde, güç giriş bölümüne bir ferrit boncuk eklenmesi gerekir. Codaca, RHD, RHV, SMB ve UUN serileri gibi bir dizi ferrit boncuk sunmaktadır.
Tablo 2: Ferrit Boncuk Özellikleri Tablosu
Not: Bu tabloda yalnızca seçili modeller gösterilmiştir. Daha fazla bilgi için lütfen Codaca resmi web sitesini ziyaret ediniz.
Daha önce belirtildiği gibi, manyetik olarak kapatılmış güç indüktörleri radyasyonla yayılan gürültüyü de engelleyebilir. Radye edilmiş EMI için Codaca, kalıplanmış indüktörler, yüksek akım indüktörleri, dijital amplifikatör indüktörleri ve çip indüktörler dahil olmak üzere manyetik olarak kapatılmış bileşenler serisi sunmaktadır. Bu güç indüktörleri, anahtarlamalı güç kaynaklarının güç hatlarında kullanılabilir. Manyetik kapatma yapısı, indüktör tarafından üretilen gürültünün dışarıya doğru radyasyonunu etkili bir şekilde önler ve aynı zamanda indüktöre yönelik dış radye edilmiş gürültüden koruma sağlar. Bu tür kapatılmış indüktörler, sinyal ve güç hatları için fark modlu gürültü çözümlerinde de kullanılır.
Tablo 3: Manyetik Kapatılmış İndüktör Karakteristik Tablosu
Not: Bu tabloda yalnızca seçili modeller gösterilmiştir. Daha fazla bilgi için lütfen Codaca resmi web sitesini ziyaret ediniz.
Şekil 11: VSHB0421-4R7MC için Sıcaklık Artışı ve Doyma Akımı Eğrileri, Endüktans-Frekans ve Empedans-Frekans Karakteristikleri
3- Sonuç
Elektronik ürünlerin artan entegrasyonu ve karmaşıklığı ile birlikte, bu ürünlerin çalıştığı EMI/EMC ortamı da önemli zorluklarla karşı karşıyadır. Elektronik cihazların EMI/EMC sorunlarını çözmelerine yardımcı olmak için Codaca, çeşitli standartlı sinyal hattı ortak mod kondansatörleri , güç Hattı Ortak Mod Boğucu sahip , diferansiyel mod şokları, ferrit boncuklar ile manyetik olarak korumalı güç endüktörleri . Mühendisler, güç devre tasarımıyla ilgili özel gereksinimlerine göre Codaca'dan uygun standartlı ortak mod şoklarını, diferansiyel mod şoklarını veya güç endüktörlerini seçebilirler.