چگونه یک فیلتر EMI را انتخاب کنیم؟

با این حال، در حالی که این منابع تغذیه در صورت آزمایش به تنهایی با مقررات مطابقت دارند، افزودن آنها به یک سیستم می‌تواند منجر به انتشارات الکترومغناطیسی ناخواسته شود که برای دریافت تأییدیه نظارتی نیاز به فیلتر اضافی دارد.خارج از قفسهفیلترهای EMIاگر به درستی انتخاب شوند، راه آسانی برای بهبود انتشار گازهای گلخانه ای و مطابقت با مقررات هستند.

پس زمینه EMI و EMC

هنگام برخورد با مسائل سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)، آنها معمولاً از طریق سه جزء مدل‌سازی می‌شوند: منابع نویز، مسیرها و گیرنده‌ها.

منبع نویز دستگاه یا گره مداری است که تداخل ایجاد می کند.علاوه بر منبع تغذیه، منبع نویز ممکن است شامل دستگاه های دیگری مانند ریزپردازنده ها، درایورهای ویدئویی و ژنراتورهای RF نیز باشد.

سپس نویز تولید شده توسط یک منبع نویز می تواند از دو مسیر منتقل شود.اولی مسیر تابش است که در آن انرژی الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود و به سیستم های دیگر متصل می شود.دوم مسیر هدایت است که در آن سیگنال از هادی های سیستم عبور می کند (به عنوان مثال ترازها و سطوح PCB، سرنخ های قطعات، سیم کشی ورودی و غیره).این مسیر می تواند به خط اصلی برق برگردد و سایر دستگاه هایی که از آن خط برق دریافت می کنند را تحت تاثیر قرار دهد.

گیرنده دستگاهی است که نویز را از منبع نویز دریافت می کند و تحت تأثیر تداخل قرار می گیرد.گیرنده ها می توانند تقریباً تمام مدارهای آنالوگ و دیجیتال را شامل شوند.

هنگام آزمایش EMC، تنظیم کننده ها به طور جداگانه برای انتشار الکترومغناطیسی هدایت شده و تابشی آزمایش می کنند.هر نوع تابش محدودیت ها و محدوده فرکانس و همچنین روش های سرکوب خاص خود را دارد.انتشارات الکترومغناطیسی تابشی محدوده فرکانسی بسیار بالاتری را پوشش می دهد (معمولاً 30 مگاهرتز تا 1000 مگاهرتز) و ممکن است در نحوه کنترل آنها با انتشار نویز در فضا محدود باشد.علاوه بر استفاده از طرح‌بندی و تکنیک‌های طراحی مدار مناسب برای کاهش نویز در منبع نویز، می‌توان از محافظ برای سرکوب نویز تابشی استفاده کرد.از سوی دیگر، انتشارات الکترومغناطیسی هدایت شده، محدوده فرکانس پایین تری را پوشش می دهد (معمولاً 0.15 مگاهرتز تا 30 مگاهرتز)، و به دلیل عبور آنها.

فیلترهای EMI و سیستم مورد نیاز

مهندسانی که فیلترهای EMI را انتخاب می کنند ممکن است در مورد نحوه انتخاب فیلتر صحیح برای سیستم خود دچار سردرگمی شوند.اولین قدم این است که اطمینان حاصل کنید که فیلتر EMI الزامات اولیه الکتریکی را برآورده می کند.موارد مهم برای بررسی شامل.

• جریان نشتی، که جریانی است که از زمین/رک زمین می گذرد.فیلتر EMI علاوه بر جریان نشتی از خود منبع تغذیه، جریان نشتی نیز ایجاد می کند.به دلایل ایمنی، جریان نشتی دارای محدودیت های نظارتی است و طراح باید اثرات نشت فیلتر را در نظر بگیرد.
• رتبه بندی جریان، که حداکثر جریان عبوری از فیلتر EMI در محدوده دمای عملیاتی مشخص شده است.دمای عملیاتی، که حداکثر دمایی است که دستگاه می تواند در آن کار کند.
• ولتاژ جداسازی، که رتبه ایزوله ای است که بین هر خط ورودی و زمین زمین/رک اندازه گیری می شود (بدون جداسازی بین ورودی و خروجی).
• ولتاژ نامی، حداکثر ولتاژی است که می توان به ورودی اعمال کرد.بیش از این مقدار به اجزای داخل آسیب می رساند.

ویژگی های فیلتر EMI

پس از یافتن فیلتر EMI که با شرایط عملیاتی سیستم مطابقت دارد، ویژگی های فیلتر واقعی باید بررسی شوند.برگه داده معمولاً دارای نمودارهای از دست دادن درج است که یکی از دست دادن حالت معمول و دیگری از دست دادن حالت دیفرانسیل را نشان می دهد.این نمودارها به کاربر نشان می دهد که فرکانس سیگنال بین ورودی و خروجی چقدر کاهش یافته است.

افت درج نسبت سیگنال بین ورودی و خروجی فیلتر به دلیل محدوده فرکانس زیاد تحت پوشش است که معمولاً بر حسب دسی بل اندازه گیری می شود و به صورت معادله زیر بیان می شود.

افت درج (dB) = 20Log 10 (سیگنال فیلتر نشده/سیگنال فیلتر شده)

معادله را می توان برای حل سیگنال فیلتر شده با استفاده از قانون تقسیم بازنویسی کرد.

سیگنال فیلتر شده (dB) = سیگنال فیلتر نشده (dB) - از دست دادن درج (dB)

—— حالت مشترک ------ حالت دیفرانسیل

(1A)	(2A)	(3A)

گاهی اوقات نموداری داده نمی شود، بلکه مقدار کاهش نویز در جدول داده ها ذکر می شود.این معمولاً با محدوده فرکانسی که تضعیف برای آن اعمال می شود مطابقت دارد.برای مثال، صفحه داده ممکن است 30 دسی بل تضعیف بین 150 کیلوهرتز و 1 گیگاهرتز را مشخص کند.

آخرین موردی که هنگام مشاهده داده های فیلتر باید به آن توجه کرد این است که منبع نویز و امپدانس بار می توانند رفتار فیلتر را تغییر دهند.تلفات درج داده شده در برگه داده با استفاده از یک امپدانس (معمولا 50 Ω) که ممکن است بسیار متفاوت از امپدانس سیستمی باشد که به آن اعمال می شود، به دست می آید.بنابراین، فیلتر نشان داده شده در دیتاشیت ممکن است خوب به نظر برسد، اما مهم است که فیلتر را در مدار آزمایش کنید تا عملکرد آن را تحت شرایط منبع نویز واقعی و بار سیستم نهایی بررسی کنید.

انتخاب فیلتر EMI

هنگام انتخاب فیلتر EMI، بهتر است آزمایش‌های اولیه EMC برای منبع تغذیه فیلتر شود تا یک مقدار پایه برای انتشارات انجام شده به دست آید.نتایج آزمایش فراوانی خرابی و درجه خرابی تجهیزات را به طراح می گوید.این اطلاعات را می توان با نمودار تلفات درج فیلتر EMI مقایسه کرد تا مشخص شود که آیا می تواند تضعیف کافی را در فرکانس خرابی برای کمک به گذراندن تست EMC ارائه دهد.برای مثال، با مراجعه به نمودار تلفات درج حالت معمول فیلتر EMI در زیر، که سطح تضعیف تقریباً -75 دسی بل را در 500 کیلوهرتز نشان می‌دهد، تعیین کنید که آیا آزمایش تابش حالت معمولی که مقدار 64 دسی‌بل را در 500 کیلوهرتز به دست می‌دهد، نشان‌دهنده شکست تستاگر این فیلتر EMI اعمال شود، انتظار می رود که تست EMC را با حاشیه 11 دسی بل در 500 کیلوهرتز پشت سر بگذارد.

به دلیل تضعیف ناسازگار در سراسر طیف، مهم است که اطمینان حاصل شود که تمام فرکانس‌های خطا یا حاشیه به درستی تضعیف شده‌اند.اگر برگه داده یک مقدار تضعیف منفرد را به جای یک نمودار تلفات درج ارائه می دهد، مهم است که اطمینان حاصل شود که این مقدار منفرد از حداکثر حاشیه خطا بیشتر است.

نتیجه

منابع تغذیه سوئیچینگ منبع اصلی تشعشعات الکترومغناطیسی (EMI) هستند، بنابراین تنظیم آنها برای جلوگیری از تداخل با سایر وسایل الکترونیکی کلیدی است.اکثر منابع تغذیه سوئیچینگ، اگر نه همه، دارای فیلترهایی در سمت ورودی هستند، اما به دلیل اینکه در طیف گسترده ای از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند، همیشه تضمین نمی شود که برای گذراندن تست نهایی EMC زمانی که برای کل سیستم استفاده می شود، کافی باشند.فیلترهای EMI خارج از قفسه یک راه سریع و آسان برای کمک به کاهش انتشارات الکترومغناطیسی در زمانی که فیلترهای داخلی کافی نیستند و نسبت به طراحی یک راه حل جداگانه از ابتدا کارآمدتر هستند.cUI طیف وسیعی از فیلترهای برق ac-dc EMI و فیلترهای برق dc-dc EMI را در پیکربندی‌های board-mount، rack-mount و DIN-rail ارائه می‌کند که می‌توانند برای نیازهای EMC سیستم بهینه شوند.