nieuws

Hoewel common-mode-smoorspoelen populair zijn, is een monolithisch EMI-filter een andere mogelijkheid. Als de lay-out redelijk is, kunnen deze meerlaagse keramische componenten een uitstekende common-mode ruisonderdrukking bieden.
Veel factoren vergroten de hoeveelheid “ruis”-interferentie die de functionaliteit van elektronische apparaten kan beschadigen of verstoren. De auto van vandaag is een typisch voorbeeld. In een auto vind je Wi-Fi, Bluetooth, satellietradio en GPS-systemen, en dit is nog maar het begin. Om dit soort ruisinterferentie te beheersen, maakt de industrie doorgaans gebruik van afscherming en EMI-filters om ongewenste ruis te elimineren. Maar nu zijn sommige traditionele oplossingen voor het elimineren van EMI/RFI niet langer toepasbaar.
Dit probleem heeft ertoe geleid dat veel OEM's keuzes hebben vermeden zoals differentieel met 2 condensatoren, 3 condensatoren (één X-condensator en twee Y-condensatoren), doorvoerfilters, common-mode-smoorspoelen of een combinatie hiervan om meer geschikte oplossingen te verkrijgen, zoals in Monolithic EMI-filter met betere ruisonderdrukking in een kleiner pakket.
Wanneer elektronische apparatuur sterke elektromagnetische golven ontvangt, kunnen ongewenste stromen in het circuit worden geïnduceerd en een onverwachte werking veroorzaken of de beoogde werking verstoren.
EMI/RFI kan de vorm hebben van geleide of uitgestraalde emissies. Wanneer EMI wordt uitgevoerd, betekent dit dat ruis zich langs elektrische geleiders voortplant. Wanneer geluid zich in de lucht voortplant in de vorm van een magnetisch veld of radiogolven, ontstaat er uitgestraalde EMI.
Ook al is de van buitenaf toegevoerde energie klein, als deze wordt gemengd met radiogolven die worden gebruikt voor uitzending en communicatie, zal dit ontvangststoringen, abnormale geluidsruis of video-onderbrekingen veroorzaken. Als de energie te sterk is, kan de elektronische apparatuur beschadigd raken.
Bronnen zijn onder meer natuurlijk geluid (zoals elektrostatische ontlading, verlichting en andere bronnen) en kunstmatig geluid (zoals contactgeluid, gebruik van hoogfrequente lekapparatuur, schadelijke straling, enz.). Over het algemeen is EMI/RFI-ruis common-mode-ruis, dus de oplossing is om EMI-filters te gebruiken om ongewenste hoge frequenties te elimineren als een afzonderlijk apparaat of ingebed in een printplaat.
EMI-filter Een EMI-filter bestaat doorgaans uit passieve componenten, zoals condensatoren en inductoren, die met elkaar zijn verbonden om een ​​circuit te vormen.
“Smoorspoelen laten gelijkstroom of laagfrequente stroom door, terwijl schadelijke ongewenste hoogfrequente stromen worden geblokkeerd. Condensatoren bieden een pad met lage impedantie om hoogfrequente ruis van de ingang van het filter terug te brengen naar de stroom- of aardverbinding”, zegt Johanson Dielectrics. Christophe Cambrelin zei dat het bedrijf meerlaagse keramische condensatoren en EMI-filters maakt.
Traditionele common-mode filtermethoden omvatten laagdoorlaatfilters die gebruik maken van condensatoren die signalen doorlaten met frequenties lager dan een geselecteerde afsnijfrequentie en signalen verzwakken met frequenties hoger dan de afsnijfrequentie.
Een gemeenschappelijk uitgangspunt is het toepassen van een paar condensatoren in een differentiële configuratie, waarbij een condensator wordt gebruikt tussen elk spoor en de aarde van de differentiële ingang. Het condensatorfilter in elke tak brengt EMI/RFI over naar de aarde boven de gespecificeerde afsnijfrequentie. Omdat bij deze configuratie signalen met tegengestelde fase door twee draden worden verzonden, wordt de signaal-ruisverhouding verbeterd, terwijl ongewenste ruis naar de grond wordt gestuurd.
“Helaas varieert de capaciteitswaarde van MLCC’s met X7R-diëlektrica (meestal gebruikt voor deze functie) aanzienlijk met de tijd, de voorspanning en de temperatuur”, aldus Cambrelin.
“Dus zelfs als deze twee condensatoren nauw op elkaar zijn afgestemd bij kamertemperatuur en lage spanning, zullen ze op een gegeven moment, zodra de tijd, spanning of temperatuur verandert, waarschijnlijk zeer verschillende waarden krijgen. Dit soort tussen twee lijnen Een mismatch zal ongelijke reacties veroorzaken nabij de filtergrens. Daarom zet het common-mode-ruis om in differentiële ruis.”
Een andere oplossing is het overbruggen van een “X”-condensator met grote waarde tussen de twee “Y”-condensatoren. De “X”-condensatorshunt kan het vereiste common-mode balanceringseffect verschaffen, maar zal ongewenste neveneffecten op het gebied van differentiële signaalfiltering veroorzaken. Misschien wel de meest gebruikelijke oplossing en alternatief voor laagdoorlaatfilters zijn common-mode-smoorspoelen.
De common-mode-smoorspoel is een 1:1-transformator waarbij beide wikkelingen primair en secundair zijn. Bij deze methode induceert de stroom die door de ene wikkeling gaat, de tegengestelde stroom in de andere wikkeling. Helaas zijn common-mode-smoorspoelen ook zwaar, duur en gevoelig voor storingen als gevolg van trillingen.
Niettemin is een geschikte common-mode-smoorspoel met perfecte afstemming en koppeling tussen de wikkelingen transparant voor differentiële signalen en heeft een hoge impedantie voor common-mode-ruis. Een nadeel van common-mode-smoorspoelen is het beperkte frequentiebereik dat wordt veroorzaakt door parasitaire capaciteit. Voor een bepaald kernmateriaal geldt: hoe hoger de inductantie die wordt gebruikt om filtering met een lagere frequentie te verkrijgen, hoe groter het aantal benodigde windingen en de parasitaire capaciteit die daarmee gepaard gaat, waardoor hoogfrequente filtering ineffectief wordt.
Mismatches in mechanische productietoleranties tussen wikkelingen kunnen modusconversie veroorzaken, waarbij een deel van de signaalenergie wordt omgezet in common-mode-ruis, en omgekeerd. Deze situatie zal elektromagnetische compatibiliteits- en immuniteitsproblemen veroorzaken. De mismatch vermindert ook de effectieve inductie van elk been.
Hoe dan ook, wanneer het differentiële signaal (doorlaat) in hetzelfde frequentiebereik werkt als de common-mode-ruis die moet worden onderdrukt, heeft de common-mode-smoorspoel een aanzienlijk voordeel ten opzichte van andere opties. Met behulp van common-mode-smoorspoelen kan de signaaldoorlaatband worden uitgebreid naar de common-mode-stopband.
Monolithische EMI-filters Hoewel common-mode-smoorspoelen populair zijn, zijn monolithische EMI-filters een andere mogelijkheid. Als de lay-out redelijk is, kunnen deze meerlaagse keramische componenten een uitstekende common-mode ruisonderdrukking bieden. Ze combineren twee gebalanceerde parallelle condensatoren in één pakket, wat wederzijdse inductantie-opheffing en afschermingseffecten heeft. Deze filters gebruiken twee onafhankelijke elektrische paden in één apparaat dat is aangesloten op vier externe aansluitingen.
Om verwarring te voorkomen moet worden opgemerkt dat het monolithische EMI-filter geen traditionele doorvoercondensator is. Hoewel ze er hetzelfde uitzien (dezelfde verpakking en hetzelfde uiterlijk), zijn hun ontwerpen behoorlijk verschillend en zijn ook hun verbindingsmethoden verschillend. Net als andere EMI-filters verzwakt een EMI-filter met één chip alle energie boven de gespecificeerde afsnijfrequentie en selecteert alleen de benodigde signaalenergie om door te laten, terwijl ongewenste ruis naar de “aarde” wordt overgebracht.
De sleutel is echter een zeer lage inductie en een aangepaste impedantie. Voor een monolithisch EMI-filter is de aansluiting intern verbonden met de gemeenschappelijke referentie- (afschermings)-elektrode in het apparaat, en wordt de plaat gescheiden door de referentie-elektrode. In termen van statische elektriciteit worden de drie elektrische knooppunten gevormd door twee capacitieve helften, die een gemeenschappelijke referentie-elektrode delen. Alle referentie-elektroden bevinden zich in een enkel keramisch lichaam.
Het evenwicht tussen de twee helften van de condensator betekent ook dat de piëzo-elektrische effecten gelijk en tegengesteld zijn, waardoor ze elkaar opheffen. Deze relatie heeft ook invloed op veranderingen in temperatuur en spanning, zodat de componenten op de twee lijnen dezelfde mate van veroudering hebben. Als deze monolithische EMI-filters een nadeel hebben, kunnen ze niet worden gebruikt als de common-mode-ruis dezelfde frequentie heeft als het differentiële signaal. “In dit geval is een common-mode-choke een betere oplossing”, aldus Cambrelin.
Blader door het nieuwste nummer van Design World en eerdere nummers in een gebruiksvriendelijk formaat van hoge kwaliteit. Bewerk, deel en download onmiddellijk met toonaangevende design-engineeringmagazines.
's Werelds grootste probleemoplossende EE-forum, met informatie over microcontrollers, DSP, netwerken, analoog en digitaal ontwerp, RF, vermogenselektronica, PCB-bedrading, enz.
Engineering Exchange is een wereldwijde educatieve online community voor ingenieurs. Verbind, deel en leer vandaag nog »
Copyright © 2021 WTWH Media LLC. alle rechten voorbehouden. Zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van WTWH MediaPrivacybeleid | mag het materiaal op deze website niet worden gekopieerd, gedistribueerd, verzonden, in de cache opgeslagen of anderszins worden gebruikt. Reclame | Over ons