Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w projektowaniu od dawna są poważnym problemem, zwłaszcza w branży motoryzacyjnej. Aby maksymalnie zminimalizować EMI, projektanci zwykle projektują schematy i rysują układy w celu zmniejszenia źródeł szumów poprzez obniżenie obszarów pętli o wysokich współczynnikach di / dt i przełączania.
Jednak czasami, bez względu na to, jak staranny jest układ i schemat, nadal nie można zredukować przewodzonych zakłóceń elektromagnetycznych do pożądanego poziomu. Dzieje się tak, ponieważ szum zależy nie tylko od parametrów pasożytniczych obwodu, ale także od natężenia prądu. Ponadto otwieranie i zamykanie przełącznika generuje prądy nieciągłe, a te prądy nieciągłe tworzą tętnienia napięcia na kondensatorach wejściowych, co zwiększa EMI.
Dlatego konieczne jest zastosowanie innych metod w celu poprawy wydajności przewodzonego EMI. Ten artykuł koncentruje się na wprowadzeniu filtrów wejściowych w celu odfiltrowania szumu lub dodaniu ekranów w celu zablokowania szumu.
Rys. 1 Schematyczny szkic filtra EMI
Rysunek 1 przedstawia uproszczony filtr EMI, w tym filtr trybu wspólnego (CM) i filtr trybu różnicowego (DM). Zazwyczaj filtr DM jest używany głównie do filtrowania szumów mniejszych niż 30 MHz (szum DM), a filtr CM jest używany głównie do filtrowania szumów od 30 MHz do 100 MHz (szum CM). Jednak oba filtry w rzeczywistości zapewniają pewne tłumienie szumów EMI w całym paśmie częstotliwości.
Rysunek 2 przedstawia wejściowy szum przewodu bez filtrów, w tym zarówno szum dodatni, jak i ujemny, oraz oznacza poziom szczytowy i średni poziom tych szumów. W tym przypadku testowany system wykorzystuje głównie układ LMR14050SSQDDARQ1 do wyprowadzenia 5 V/5 A i do zasilania kolejnego układu TPS65263QRHBRQ1, który jednocześnie generuje 1,5 V/3 A, 3,3 V/2 A i 1,8 V/2 A. Oba te dwa chipy działają z częstotliwością przełączania 2,2 MHz. Ponadto pokazany na rysunku standard przewodzonego EMI to CISPR25 Class 5 (C5).
Rys. 2 Charakterystyka szumów w standardzie C5 (bez filtra)
Rysunek 3 przedstawia wyniki EMI z dodatkiem filtra DM. Jak widać na rysunku, filtr DM tłumi średniopasmowy szum DM (od 2 MHz do 30 MHz) o prawie 35 dBμV/m. Ponadto szumy w górnym paśmie (od 30 MHz do 100 MHz) są również redukowane, ale nadal przekraczają poziom graniczny. Wynika to głównie z ograniczonej zdolności filtrowania szumu CM pasma wysokich częstotliwości przez filtr DM.
Rys. 3 Charakterystyka szumów w standardzie C5 (z filtrem DM)
Na rysunku 4 przedstawiono charakterystykę szumu z dodatkiem filtrów CM i DM. W porównaniu z rysunkiem 3 dodanie filtra CM zmniejsza szum CM o prawie 20 dB μV/m. Wydajność EMI również przekracza standard C5. Wydajność EMI również spełnia standard CISPR25 C5.
Rys. 4 Charakterystyki szumów w standardzie C5 (z filtrami CM i DM)
Na rysunku 5 przedstawiono charakterystyki szumowe filtrów pasma CM i DM w różnych układach, gdzie filtry są takie same jak na rysunku 4. Jednak w porównaniu z rys. 4 szum wzrasta o około 10 dB μV/m w całej częstotliwości pasmo, a szum wysokoczęstotliwościowy przekracza nawet średnią wartość normy CISPR25 C5.
Rys. 5 Charakterystyki szumów w standardzie C5 (z filtrami CM i DM, różne układy)
Różnica w wynikach szumów między rysunkami 4 i 5 wynika głównie z różnic w okablowaniu PCB, jak pokazano na rysunku 6. W okablowaniu na rysunku 5 (prawa strona rysunku 6) filtr DM otacza duża miedziana nakładka (GND) i tworzy pewne pasożytnicze pojemności z wyrównaniem Vin. Te pasożytnicze pojemności zapewniają efektywną ścieżkę o niskiej impedancji dla filtra obejściowego sygnału wysokiej częstotliwości. Dlatego, aby zmaksymalizować wydajność filtra, konieczne jest usunięcie całej miedzianej okładziny wokół filtra, jak pokazano po lewej stronie okablowania na rysunku 6.
Rysunek 6 Różne okablowanie PCB
Oprócz dodawania filtrów, innym skutecznym sposobem optymalizacji wydajności EMI jest dodanie ekranów. Dzieje się tak, ponieważ metalowy ekran podłączony do GND zapobiega promieniowaniu szumów na zewnątrz. Rycina 7 zaleca sposób umieszczenia tarczy. Tak się składa, że ekran zakrywa wszystkie elementy na płycie.
Rysunek 8 przedstawia wyniki EMI po dodaniu filtra i ekranu. Jak pokazano, szum w całym paśmie częstotliwości jest prawie całkowicie wyeliminowany przez ekran, a parametry EMI są bardzo dobre. Wynika to głównie z faktu, że długie przewody wejściowe, które są odpowiednikiem anteny, sprzęgają dużo wypromieniowanego szumu, który izoluje ekran. W tej konstrukcji szum IF jest również sprzężony w ten sposób z przewodami wejściowymi.
Rysunek 7 3D model PCB z ekranowaniem
Rys. 8 Charakterystyka szumów w standardzie C5 (z filtrem CM, DM i ekranem)
Rysunek 9 pokazuje również charakterystykę szumów z filtrami i ekranami. W przeciwieństwie do rysunku 8, ekran na rysunku 9 jest metalowym pudełkiem, które owija się wokół całej płytki i tylko przewody wejściowe są odsłonięte. Pomimo ekranowania część wypromieniowanego szumu może nadal ominąć filtr EMI i połączyć się z liniami zasilającymi na płytce drukowanej, co skutkuje gorszymi charakterystykami szumowymi niż na rysunku 8. Co ciekawe, charakterystyka szumowa pasma wysokich częstotliwości na rysunkach 4, 8 i 9 (taki sam układ okablowania) są prawie identyczne. Dzieje się tak dlatego, że po dodaniu filtra EMI szum emitowany w paśmie wysokich częstotliwości, który może być sprzężony z linią wejściową, prawie nie istnieje.
Rys. 9 Charakterystyka szumów w standardzie C5 (z filtrem CM, DM i ekranowaną metalową obudową)
Podsumowując, dodanie filtrów EMI lub ekranowania może skutecznie poprawić wydajność EMI. Jednak jednocześnie należy dokładnie rozważyć układ i okablowanie filtrów oraz położenie ekranu.
Założona w 2010 roku z ponad 100 pracownikami i ponad 8000 mkw. fabryka niezależnych praw własności, aby zapewnić standardowe zarządzanie i osiągnąć najbardziej ekonomiczne efekty, a także oszczędność kosztów.
Posiadał własne centrum obróbcze, wykwalifikowanych montażystów, testerów i inżynierów kontroli jakości, aby zapewnić duże możliwości produkcji, jakości i dostawy maszyn NeoDen.
Ponad 40 globalnych partnerów w Azji, Europie, Ameryce, Oceanii i Afryce, aby z powodzeniem obsługiwać ponad 10 000 użytkowników na całym świecie, aby zapewnić lepszą i szybszą obsługę lokalną oraz szybką reakcję.
Wykwalifikowani i profesjonalni inżynierowie wsparcia i serwisu w języku angielskim, aby zapewnić szybką reakcję w ciągu 8 godzin, rozwiązanie zapewnia w ciągu 24 godzin.
Wyjątkowy wśród wszystkich chińskich producentów, którzy zarejestrowali i zatwierdzili CE przez TUV NORD.
NeoDen zapewnia dożywotnią pomoc techniczną i serwis dla wszystkich urządzeń NeoDen, a ponadto regularne aktualizacje oprogramowania oparte na doświadczeniach z użytkowania i rzeczywistych codziennych żądaniach użytkowników końcowych.