EN
Швидкі посилання
У електронних пристроях зазвичай наявний фільтр на лінії змінного струму на вході. Це пов'язано з тим, що в електронному обладнанні, яке містить імпульсний блок живлення, основним джерелом електромагнітних перешкод (ЕМП) є сам блок живлення. Джерела ЕМП різноманітні: до них належать природні явища, такі як блискавка та магнітне поле Землі, а також штучні джерела, наприклад, електродвигуни, радіочастотні (RF) технології та цифрові/аналогові сигнали, усі вони можуть створювати перешкоди. Фільтри є незамінними компонентами для запобігання поширенню цих сигналів перешкод за межі пристрою або для захисту іншого поблизу розташованого електронного обладнання. У цій статті розглядаються причини виникнення електромагнітних перешкод та заходи щодо їх усунення.
1- Типи перешкоджальних сигналів та їх виникнення
Шум у електронних пристроях означає небажані електричні сигнали всередині пристрою. Це невилучні збурення напруги або струму. Якщо перешкода надмірна, можуть виникнути такі явища:
① Чуття шуму в радіоприймачах або мультимедійних пристроях, що не пов'язаний із заданим аудіо.
② Відображення спотворених або зашумлених зображень на екранах телевізорів окрім оригінального вмісту.
③ Цифрові пристрої можуть запускатися неправильно або не функціонувати нормально.
④ Засоби зв'язку можуть бути неспроможні передавати нормальні сигнали.
5 Інші ефекти, що заважають правильній роботі електронних пристроїв.
З цих причин країни та регіони встановили відповідні вимоги та норми для електронного обладнання, зобов'язуючи, щоб перешкоджальні сигнали, що генеруються цими пристроями, не перевищували певного рівня. Виробники зобов'язані контролювати ЕМІ, що генерується їх продуктами, в межах цих встановлених обмежень.
Останніми роками електронні пристрої широко використовують цифрові та перемикальні технології. Якщо продукт використовує ці технології, він неодмінно створюватиме сигнали ЕМІ. Використання фільтрів — це ефективний спосіб утримати ці перешкоди в межах регламентованих обмежень. Граничні норми перешкод можуть відрізнятися в різних країнах або регіонах, що означає, що характеристики необхідних фільтрів також будуть різними. Нижче показано приклади фільтра мережевого живлення, який використовується зовнішньо для промислового обладнання, та внутрішнього фільтра (дросель на загальному режимі, дросель на диференційному режимі), встановленого всередині блоку живлення.
Рисунок 1 (ліворуч): Зовнішній промисловий фільтр мережі живлення
Рисунок 2 (праворуч): Внутрішній фільтр імпульсного блоку живлення (дросель на загальному режимі)
У імпульсному джерелі живлення перемикаючий транзистор, високочастотний випрямний діод і перемикаючий трансформатор створюють більш високий рівень перешкод. Робочі форми сигналів у імпульсному джерелі живлення зазвичай є прямокутними або трикутними хвилями (основні форми). Ці форми містять високочастотні складові, які є цілими кратними основної частоти. Коли ці високочастотні сигнали поширюються назовні, вони стають сигналами перешкод.
Крім того, швидкість перемикання транзисторів є надзвичайно високою. Наприклад, струм 2 А при напрузі 12 В може вмикатися/вимикатися з частотою близько 300 кГц. Як показано на діаграмі нижче, під час перехідного стану перемикання швидкість зміни струму (di/dt) є дуже високою. Оскільки індуктивність існує не лише в котушці індуктивності, але й у вигляді паразитної індуктивності на друкованій платі (PCB), ця швидка зміна струму може генерувати перешкоджальні напруги, які впливають на навколишнє середовище або інші електронні компоненти. Ці перешкоджальні сигнали поширюються не лише по слідах друкованої плати, але й випромінюються назовні за допомогою електромагнітних хвиль та проводів. Частота цих електромагнітних перешкод (EMI) не є фіксованою; протягом одного циклу перемикання існує багато складових di/dt, що призводить до широкого спектру частот генерованих перешкоджальних напруг.
Малюнок 3: Еквівалентна схема
Малюнок 4: Модель сигналу перешкоджальної напруги
Малюнок 5: Сигнал перешкоджальної напруги
Рисунок 6: Сигнал інтерференційного струму
Рисунок 7: Модель струму короткого замикання при вимкненні діода
Не обмежуючись лише імпульсними джерелами живлення, ми можемо загалом класифікувати місця виникнення інтерференції в електронному пристрої за шляхом напруги/струму. Як показано на діаграмі нижче, перешкоди, що виникають у диференційному та загальному режимах, називаються відповідно диференційними та загальними перешкодами.
Рисунок 8: Діаграма моделі сигналу інтерференції
Перешкоди, які виникають між проводами шнура змінного струму або між позитивним і негативним затискачами вихідного сигналу постійного струму, називаються диференціальним режимом перешкод. Навпаки, синфазні перешкоди — це компонент сигналу перешкоди, що виникає між будь-яким проводом у ланцюзі та земляною лінією (тобто щодо Землі). Перешкоди, згенеровані силовими ланцюгами, майже завжди спочатку мають диференціальний режим. Проте, коли цей сигнал диференціального режиму поширюється на інші ланцюги, його баланс опору відносно землі може порушуватися під впливом електромагнітних або електростатичних факторів, внаслідок чого він перетворюється на синфазний сигнал. У підсумку значна частина перешкод стає синфазною.
Крім того, зовнішні перешкоди, що потрапляють у обладнання з природного середовища, зазвичай є синфазними, оскільки їх виникнення майже завжди пов’язане з Землею (заземленням). Крім того, коли синфазні перешкоди потрапляють у ланцюг, вони також можуть перетворюватися на диференційні перешкоди за різних умов і під впливом пристроїв, що може безпосередньо негативно вплинути на роботу ланцюга.
У електронних пристроях або силових ланцюгах необхідно враховувати та реалізовувати заходи протидії як синфазним, так і диференційним перешкодам, які абсолютно відрізняються за своєю природою.
2- Заходи протидії електромагнітним перешкодам
З точки зору поширення сигналів перешкод, перешкоди можна загалом поділити на провідні та випромінювані. З точки зору типів сигналів перешкод їх можна розділити на перешкоди спільного режиму та диференційного режиму. Існують два основні підходи до пригнічення сигналів перешкод:
① Запобігання виникненню сигналів перешкод.
② Блокування, поглинання або усунення поширення сигналів перешкод.
Сучасні електронні пристрої переважно використовують імпульсні джерела живлення та цифрові технології. Пристрої, що використовують ці технології, неухильно генерують сигнали перешкод, які важко придушити лише за рахунок технологічних удосконалень. Наразі більшість рішень зосереджено на блокуванні або зменшенні поширення сигналів перешкод.
2.1 Використання пасивних компонентів для блокування (поглинання або усунення) провідності інтерференційних сигналів, наприклад, поєднання індуктивностей з загальним режимом, диференційних індуктивностей, конденсаторів Х та конденсаторів Y для пригнічення провідної інтерференції.
2.2 Використання силових індуктивностей з феритовими кільцями або магнітними екрануючими структурами для запобігання поширенню випромінюваних інтерференційних сигналів назовні.
Для усунення провідних ЕМІ Codaca пропонує серію індуктивностей з загальним режимом для сигнальних ліній (серія SPRHS, серія CSTP, серія VSTCB тощо), індуктивності з загальним режимом для силових ліній (серія TCB, серія SQH, серія TCMB), а також диференційні індуктивності (серія SPRH, серія PRD та інші силові індуктивності, які можуть використовуватися як диференційні індуктивності). Ці індуктивності з загальним і диференційним режимами допомагають електронним пристроям протистояти зовнішнім електромагнітним перешкодам і запобігають випромінюванню внутрішньо генерованих ЕМІ пристроями.
Ефективність пригнічення перешкод тісно пов'язана з імпедансом дроселя. Див. наведені нижче таблиці технічних характеристик і графіки частотних характеристик для отримання детальної інформації.
Таблиця 1: Характеристики дроселів спільного режиму Codaca СТІЛ
Примітка: у цій таблиці показано лише вибіркові моделі дроселів. Для отримання додаткової інформації відвідайте офіційний веб-сайт Codaca.
Малюнок 9: Графік частотної характеристики імпедансу дроселів спільного режиму для сигнальних ліній
Малюнок 10: Графік частотної характеристики імпедансу дроселів спільного режиму для силових ліній
Для розв'язання проблеми випромінюваного електромагнітного випромінювання можна використовувати феритові кільця. У деяких високочастотних схемах, таких як РЧ та генераторні схеми, необхідно додати феритове кільце на ділянці подачі живлення. Codaca пропонує серію феритових кілець, наприклад, серії RHD, RHV, SMB та UUN.
Таблиця 2: Таблиця характеристик феритових кілець
Примітка: у цій таблиці показано лише вибіркові моделі. Для отримання додаткової інформації відвідайте офіційний веб-сайт Codaca.
Як зазначалося раніше, електромагнітно екрановані потужні котушки індуктивності також можуть блокувати поширення випромінюваних перешкод. Для випромінюваних електромагнітних перешкод компанія Codaca пропонує серію електромагнітно екранованих компонентів, у тому числі литі котушки індуктивності, котушки індуктивності для високих струмів, котушки індуктивності для цифрових підсилювачів та чіп-індуктори. Ці силові котушки індуктивності можна використовувати в лініях живлення імпульсних джерел живлення. Структура магнітного екранування ефективно запобігає випромінюванню перешкод, що генеруються котушкою індуктивності, назовні, а також захищає котушку індуктивності від зовнішніх випромінюваних перешкод. Такі екрановані котушки індуктивності також використовуються в рішеннях диференційних перешкод для сигнальних і силових ліній.
Таблиця 3: Таблиця характеристик електромагнітно екранованих котушок індуктивності
Примітка: у цій таблиці показано лише вибіркові моделі. Для отримання додаткової інформації відвідайте офіційний веб-сайт Codaca.
Рисунок 11: Криві зростання температури та струму насичення, характеристики індуктивності-частоти та імпедансу-частоти для VSHB0421-4R7MC
3 - Висновок
Зі зростанням інтеграції та складності електронних продуктів, електромагнітне середовище (EMI/EMC), в якому вони працюють, також стикається зі значними викликами. Щоб допомогти електронним пристроям вирішувати проблеми EMI/EMC, компанія Codaca розробила різні серії стандартизованих дроселі з загальним режимом для сигнальних ліній , дросель загального режиму для силової лінії с , диференційні дроселі, феритові кільця , і різноманітні магнітно екрановані силові індуктивності . Інженери можуть вибрати відповідні стандартизовані дроселі зі спільним або диференційним режимом або силові індуктивності від Codaca залежно від конкретних вимог щодо проектування силового кола.