اصول اولیه فیلتر EMI - اصول عملیاتی و نصب اشتباه

1.1 تعریف فیلتر EMI

فیلتر EMI (فیلتر تداخل الکترومغناطیسی) که فیلترهای RFI یا فیلترهای تداخل فرکانس رادیویی نیز نامیده می شود، یک مدار فیلتری است که از یک خازن، یک سلف و یک مقاومت تشکیل شده است.مدار فیلتر آن از یک خازن، سلف و مقاومت تشکیل شده است.شبکه دو طرفه غیرفعال: یک سر منبع تغذیه و سر دیگر بار است.اصل فیلتر EMI یک شبکه تطبیق امپدانس است: هر چه انطباق امپدانس بین دو طرف ورودی و خروجی فیلتر EMI، منبع تغذیه و سمت بار بیشتر باشد، تضعیف تداخل الکترومغناطیسی موثرتر است.این فیلتر می تواند به طور موثر فرکانس یا فرکانس خارجی خاص را در خط برق فیلتر کند، در نتیجه سیگنال توان فرکانس خاصی را به دست می آورد، یا سیگنال قدرت را پس از یک نقطه فرکانس خاص حذف می کند.در واقع، فیلتر EMI یک دستگاه/مدار الکتریکی است که نویز الکترومغناطیسی با فرکانس بالا موجود در خطوط برق و سیگنال را کاهش می‌دهد.

1.2 منابع EMI

EMI نویز الکترونیکی است که با سیگنال های الکتریکی تداخل می کند و یکپارچگی سیگنال را کاهش می دهد.هر اتصال دستگاه الکتریکی یا الکترونیکی ممکن است به منبع بالقوه EMI تبدیل شود.از خارج توسط انرژی کیهانی مانند شعله های خورشیدی، صاعقه ها، نویزهای جوی، تجهیزات الکترونیکی، خطوط برق و غیره تولید می شود.بخش بزرگی از آن در طول خط برق تولید شده و از طریق خط برق به تجهیزات منتقل می شود.فیلترهای EMI دستگاه ها یا ماژول های داخلی هستند که برای کاهش یا حذف تداخل نویز طراحی شده اند.

1.3 نویز حالت مشترک و نویز حالت دیفرانسیل

شکل 1. مدار حالت مشترک و حالت دیفرانسیل

با این ویژگی فیلتر EMI، یک گروه موج مربعی یا نویز مرکب که از فیلتر منبع تغذیه عبور می کند را می توان به یک موج سینوسی با فرکانس خاص تبدیل کرد.

نویزهایی که باید توسط فیلتر خط مهار شود به دو نوع زیر تقسیم می شود:

1)حالت مشترک: صدای یکسان در دو (یا چند) سیم برق را می توان به عنوان صدای خطوط برق به زمین مشاهده کرد.

2)حالت دیفرانسیل: نویز بین خطوط برق.

یک فیلتر EMI دارای قابلیت های سرکوب کننده متفاوتی برای نویز حالت مشترک و نویز حالت دیفرانسیل خواهد بود و به طور کلی با طیف فرکانس مربوط به سرکوب (در دسی بل) توصیف می شود.

1.4 چرا به فیلترهای EMI نیاز داریم؟

سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) یک شاخص مهم برای اندازه گیری کیفیت محصولات الکترونیکی است و به طور فزاینده ای به کلید اصلی در طراحی محصولات الکترونیکی تبدیل شده است.در فرآیند طراحی سیستم قدرت، معرفی طراحی سازگاری الکترومغناطیسی می تواند توانایی کلی ضد تداخل سیستم قدرت را بهبود بخشد، عمر سرویس سیستم را افزایش دهد و ایمنی استفاده را تضمین کند.بنابراین، فیلتر تداخل الکترومغناطیسی دستگاهی است که سازگاری الکترومغناطیسی خوبی را فراهم می کند.

Ⅱ اصل سازگاری فیلترهای EMI

مدارهای فیلتری که معمولاً در فیلترهای منبع تغذیه استفاده می شوند، فیلتر غیرفعال و فیلتر فعال هستند.اشکال اصلی فیلتر غیرفعال فیلتر خازن، فیلتر القایی و فیلتر پیچیده (شامل نوع L معکوس، فیلتر LC، فیلتر نوع LCπ و فیلتر نوع RCπ و غیره) است.شکل اصلی فیلتر اکتیو فیلترهای RC فعال هستند که به فیلترهای الکترونیکی نیز معروف هستند.بزرگی مولفه ضربان دار در جریان DC با ضریب ضربان S نشان داده می شود. هر چه مقدار بزرگتر باشد، اثر فیلتر بدتر است.

ضریب ضربان دار (S) = حداکثر اساسی ولتاژ خروجی جزء AC / جزء DC ولتاژ خروجی

اصل کار خاص به شرح زیر است: پس از یکسو شدن جریان متناوب توسط دیود، جهت تک است، اما جریان همچنان دائما در حال تغییر است.این DC ضربان دار معمولاً مستقیماً برای منبع تغذیه رادیویی استفاده نمی شود.بنابراین لازم است DC ضربان دار را به DC موج صاف تبدیل کنیم که در حال فیلتر کردن است.به عبارت دیگر، وظیفه فیلترینگ کاهش مولفه نوسان ولتاژ خروجی تصحیح شده تا حد امکان و تبدیل آن به منبع تغذیه DC تقریبا ثابت است.

با توجه به ویژگی های تداخل الکترومغناطیسی پورت برق، فیلتر EMI می تواند برق AC را بدون تضعیف به منبع برق منتقل کند.این امر نه تنها نویز EMI انتقال AC را تا حد زیادی کاهش می دهد، بلکه به طور موثر نویز EMI تولید شده توسط منبع تغذیه را سرکوب می کند و از ورود آنها به شبکه AC برای تداخل با سایر دستگاه های الکترونیکی جلوگیری می کند.

این یک ساختار شبکه غیرفعال مناسب برای هر دو منبع تغذیه AC و DC است و عملکرد سرکوب دو طرفه دارد.قرار دادن آن بین شبکه برق AC و منبع تغذیه برابر است با افزودن یک مانع مسدود کننده بین نویز EMI شبکه برق AC و منبع تغذیه، یعنی سرکوب دو طرفه نویز، بنابراین به طور گسترده در محصولات الکترونیکی مختلف استفاده می شود. .

با هدف تعیین ویژگی های تداخل الکترومغناطیسی از پایانه های برق، یک فیلتر تداخل الکترومغناطیسی طراحی شده است.معمولاً یک شبکه دو ترمینالی انتخابی است که از یک سلف، یک خازن، یک مقاومت یا یک دستگاه فریت تشکیل شده است.طبق اصل کار به آن فیلتر بازتابی می گویند.این امپدانس سری بالا و امپدانس موازی کم را در نوار توقف فیلتر فراهم می کند، که باعث می شود به طور جدی با امپدانس منبع نویز و امپدانس بار تطابق نداشته باشد و در نتیجه اجزای فرکانس ناخواسته را به منبع نویز بازگرداند.

Ⅲ اصول عملیاتی

شکل زیر یک نمودار مدار معمولی فیلتر EMI است: C1 و C2 خازن های حالت دیفرانسیل هستند که عموماً خازن X نامیده می شوند، ظرفیت خازن اغلب بین 0.01μF و 0.47μF است.Y1 و Y2 خازن های حالت معمولی هستند که به طور کلی خازن Y نامیده می شوند، ظرفیت نباید خیلی بزرگ باشد، به طور کلی در ده ها نانوفاراد، اگر بیش از حد بزرگ باشد، به راحتی باعث نشت می شود.L1 یک چوک معمولی است که یک جفت سیم پیچ در یک حلقه فریت در یک جهت پیچیده می شود.اندوکتانس حدود چند هزارهنری است.برای جریان تداخل حالت مشترک، میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط دو سیم‌پیچ در یک جهت هستند و سیم‌پیچ چوک‌های حالت معمولی امپدانس زیادی برای تضعیف سیگنال تداخل از خود نشان می‌دهد.برای سیگنال حالت، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط دو سیم پیچ تغییر می کند، بنابراین بر عملکرد مدار تأثیر نمی گذارد.لازم به ذکر است که این یک مدار فیلتر اولیه است، اگر می خواهید نتیجه بهتری داشته باشید، می توانید از فیلتر ثانویه استفاده کنید.

شکل 2. نمودار مدار معمولی یک فیلتر EMI

برای قضاوت در مورد فیلتر EMI خوب یا خیر، لازم است شاخص های عملکرد آن را درک کنید.پارامترهای اصلی: ولتاژ نامی، جریان نامی، جریان نشتی، مقاومت عایق، ولتاژ تحمل، دمای عملیاتی، تلفات درج و غیره. مهمترین آنها تلفات ورودی است.از دست دادن درج اغلب با "IL" بیان می شود، گاهی اوقات آن را تضعیف درج نیز می نامند.این نشانگر نشانگر اصلی عملکرد فیلتر EMI است.معمولاً با عدد دسی بل یا منحنی مشخصه فرکانس بیان می شود.به نسبت توان یا نسبت ولتاژ پایانه سیگنال تست از منبع تغذیه به بار قبل و بعد از اتصال فیلتر به مدار اشاره دارد.هرچه تعداد دسی بل بیشتر باشد، توانایی سرکوب تداخل قوی‌تر است.به عنوان مثال، مقداری از افت ورودی را می توان با یک سیستم تست 50 اهم آزمایش کرد.شکل زیر میزان از دست دادن فیلتر EMI را نشان می دهد.

شکل 3. فقدان درج یک فیلتر EMI

Ⅴ انتخاب

بنابراین هنگام خرید فیلتر EMI باید شماره فاز، ولتاژ نامی، جریان نامی، جریان نشتی، گواهینامه، حجم و شکل، افت درج و غیره را به طور کامل در نظر گرفت.ولتاژ/جریان نامی باید الزامات محصول را برآورده کند و جریان نشتی نمی تواند خیلی زیاد باشد.فیلتر EMI با سیستم صدور گواهینامه مربوطه را می توان انتخاب کرد.حجم و شکل آن را با توجه به کاربرد واقعی تعیین کنید.وقتی از دست دادن درج زیاد باشد، توانایی سرکوب قوی است و غیره.

علاوه بر این موارد، برخی جزئیات نیز باید در نظر گرفته شود.به عنوان مثال، برخی از فیلترهای EMI درجه نظامی و برخی از فیلترهای صنعتی هستند.برخی به تجهیزات خانگی، برخی به اینورترها و برخی به تجهیزات پزشکی اختصاص داده شده اند.فقط زمانی که شی مشخص شد می توانید یک مورد مناسب را انتخاب کنید.تا زمانی که شرایط اولیه برآورده شود، قیمت عامل کلیدی است که باید در نظر گرفته شود.

Ⅵ نصب و راه اندازی

1. فیلتر EMI نمی تواند مسیر کوپلینگ الکترومغناطیسی داشته باشد.

1) خطوط برق خیلی طولانی است.

2) خطوط برق خیلی نزدیک هستند.

هر دوی اینها نصب نادرست هستند.نکته مشکل این است که یک مسیر کوپلینگ الکترومغناطیسی آشکار بین سیم ورودی فیلتر و سیم خروجی آن وجود دارد.به این ترتیب، سیگنال EMI موجود در یک انتهای فیلتر از سرکوب فیلتر فرار می کند و مستقیماً بدون تضعیف به انتهای دیگر فیلتر متصل می شود.بنابراین، ابتدا باید خطوط ورودی و خروجی فیلتر به طور موثر از هم جدا شوند.

علاوه بر این، اگر دو نوع فیلتر منبع تغذیه فوق در داخل شیلد دستگاه نصب شده باشد، سیگنال EMI مدارهای داخلی و اجزای دستگاه به دلیل سیگنال EMI تولید شده توسط دستگاه، مستقیماً به بیرون دستگاه کوپل می شود. تابش در ترمینال (قدرت) فیلتر.بنابراین، محافظ دستگاه، سرکوب تشعشعات EMI تولید شده توسط قطعات و مدارهای داخلی را از دست می دهد.البته در صورت وجود سیگنال EMI بر روی فیلتر (منبع تغذیه)، در اثر تشعشع به قطعات و مدارهای داخل دستگاه نیز کوپل شده و در نتیجه به سرکوب سیگنال EMI آسیب می رساند.

2. کابل ها را به هم نبندید.

به طور کلی، هنگام نصب فیلتر EMI در یک دستگاه یا سیستم الکترونیکی، مراقب باشید که سیم‌ها را بین انتهای برق و انتهای بار با هم قرار ندهید، زیرا این بدون شک اتصال الکترومغناطیسی بین آنها را تشدید می‌کند و باعث سرکوب ضعیف سیگنال‌های EMI می‌شود.

3. سعی کنید از سیم های اتصال زمین طولانی استفاده نکنید.

توصیه می شود اینورتر یا موتور را به خروجی فیلتر EMI در طول حداکثر 30 سانتی متر وصل کنید.از آنجایی که یک خط زمین بیش از حد طولانی به معنای اندوکتانس و مقاومت زمین بزرگ است، می تواند به شدت به حالت عادی فیلتر آسیب برساند.روش بهتر این است که محافظ فیلتر را به محفظه ورودی برق دستگاه با پیچ های فلزی و واشرهای فنری ستاره ای محکم کنید.

4. خط ورودی و خروجی باید از هم جدا شوند.

داشتن فاصله به معنای اتصال موازی نیست، زیرا باعث کاهش عملکرد فیلتر می شود.

5. محفظه فیلتر EMI باید در تماس خوبی با پوسته کیس باشد.

محفظه فلزی فیلتر مخصوص اینورتر و پوسته کیس و همچنین سیم های زمین باید به خوبی متصل شوند.

6. خطوط اتصال باید جفت پیچ خورده باشد.

خطوط اتصال ورودی و خروجی ترجیحاً جفت‌های پیچ خورده محافظ را انتخاب می‌کنند که می‌تواند به طور موثر برخی سیگنال‌های تداخل فرکانس بالا را حذف کند.

سوالات متداول در مورد اصول اولیه فیلتر EMI

1. فیلتر EMI چیست؟

فیلترهای EMI یا فیلترهای تداخل الکترومغناطیسی که فیلترهای RFI یا فیلترهای تداخل فرکانس رادیویی نیز نامیده می شوند، روشی موثر برای محافظت در برابر اثرات مضر تداخل الکترومغناطیسی هستند.

2. علت EMI چیست؟

تداخل انجام شده است
EMI هدایت شده توسط تماس فیزیکی هادی ها ایجاد می شود در مقابل EMI تابشی که در اثر القاء (بدون تماس فیزیکی هادی ها) ایجاد می شود.برای فرکانس های پایین تر، EMI توسط رسانایی و برای فرکانس های بالاتر توسط تابش ایجاد می شود.

3. فیلتر EMI برای چه مواردی استفاده می شود؟

اکثر لوازم الکترونیکی دارای یک فیلتر EMI هستند، یا به عنوان یک دستگاه جداگانه یا تعبیه شده در بردهای مدار.عملکرد آن کاهش نویز الکترونیکی فرکانس بالا است که ممکن است باعث تداخل با سایر دستگاه ها شود.استانداردهای نظارتی در اکثر کشورها وجود دارد که میزان نویز منتشر شده را محدود می کند.

4. فیلتر DC EMI چیست؟

فیلتر سرکوب نویز را در هر دو جهت فراهم می کند و از خطوط DC شما در برابر ایجاد نویز توسط یک قطعه خاص محافظت می کند، یا از تجهیزات حساس شما در برابر نویز ناشی از منبع تغذیه DC یا بارهای دیگر محافظت می کند.

5. فیلتر EMI خود را کجا باید قرار دهم؟

یک خط برق یا فیلتر EMI اصلی در نقطه ورود برق تجهیزاتی که در آن نصب می شود قرار می گیرد تا از خروج یا ورود صدا به تجهیزات جلوگیری کند.در اصل، یک فیلتر EMI از دو نوع اصلی اجزا تشکیل شده است - خازن و سلف.

6. تفاوت RFI و EMI چیست؟

اصطلاحات EMI و RFI اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند.EMI در واقع هر فرکانس نویز الکتریکی است، در حالی که RFI زیرمجموعه خاصی از نویز الکتریکی در طیف EMI است.... EMI تابشی شبیه به پخش ناخواسته رادیویی است که از خطوط برق منتشر می شود.

7. چگونه می توانم EMI را کاهش دهم؟

برای انتقال سیگنال های ابزار دقیق از کابل محافظ جفت پیچ خورده استفاده کنید.چرخاندن سیم ها اثر EMI را روی هر دو سیم یکسان می کند و خطای ناشی از EMI را تا حد زیادی کاهش می دهد.احاطه کردن سیم‌های ابزار با یک محافظ از آنها در برابر EMI محافظت می‌کند و مسیری را برای جریان جریان تولید شده توسط EMI به زمین فراهم می‌کند.

8. فیلتر EMI چگونه کار می کند؟

EMI یا تداخل الکترومغناطیسی به عنوان سیگنال های الکتریکی ناخواسته تعریف می شود و می تواند به شکل انتشارات هدایت شده یا تشعشعی باشد.... خازن ها یک مسیر امپدانس کم برای منحرف کردن نویز فرکانس بالا ایجاد می کنند