• sns01
  • sns02
  • sns03
  • Instagram (1)

Common Mode Ruisfiltering met behulp van monolithische EMI-filters

Hoewel common-mode smoorspoelen populair zijn, kan een alternatief een monolithisch EMI-filter zijn. Als deze meerlaagse keramische componenten op de juiste manier zijn geplaatst, bieden ze een uitstekende common-mode ruisonderdrukking.
Veel factoren verhogen de hoeveelheid "ruis" interferentie die de functionaliteit van elektronische apparatuur kan beschadigen of verstoren. De auto's van vandaag zijn een goed voorbeeld. In een auto vindt u Wi-Fi, Bluetooth, satellietradio, GPS-systemen en dat is nog maar het begin. Om deze ruisinterferentie te beheersen, gebruikt de industrie meestal afscherming en EMI-filters om ongewenste ruis te elimineren. Maar sommige traditionele oplossingen om EMI/RFI te elimineren zijn niet langer voldoende.
Dit probleem leidt ertoe dat veel OEM's het gebruik van differentiaal met 2 condensatoren, 3 condensatoren (één X-condensator en 2 Y-condensatoren), doorvoerfilters, common-mode-smoorspoelen of een combinatie hiervan vermijden voor een geschiktere oplossing, zoals een monolithisch 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 onbedoelde werking veroorzaken – of de bedoelde werking verstoren.
EMI/RFI kan de vorm hebben van geleide of uitgestraalde emissies. Wanneer EMI wordt geleid, betekent dit dat ruis zich voortplant langs elektrische geleiders. Uitgestraalde EMI treedt op wanneer ruis door de lucht reist in de vorm van magnetische velden of radiogolven.
Zelfs als de energie die van buitenaf wordt toegevoerd klein is, kan het, als het zich vermengt met de radiogolven die worden gebruikt voor uitzendingen en communicatie, leiden tot ontvangstverlies, abnormale ruis in het geluid of onderbreking van de video. Als de energie te sterk is, kan het elektronische apparatuur beschadigen.
Bronnen zijn onder meer natuurlijke ruis (bijv. elektrostatische ontlading, verlichting en andere bronnen) en door de mens veroorzaakte ruis (bijv. contactgeluid, lekkende apparatuur die hoge frequenties gebruikt, ongewenste emissies, enz.). EMI/RFI-ruis is typisch gewone ruis , dus de oplossing is om een ​​EMI-filter te gebruiken om ongewenste hoge frequenties te verwijderen, hetzij als afzonderlijk apparaat, hetzij ingebed in een printplaat.
EMI-filters EMI-filters bestaan ​​doorgaans uit passieve componenten, zoals condensatoren en inductoren, die zijn aangesloten om een ​​circuit te vormen.
“Inductoren laten gelijkstroom of laagfrequente stroom door terwijl ze ongewenste, ongewenste hoogfrequente stromen blokkeren.Condensatoren bieden een pad met lage impedantie om hoogfrequente ruis af te leiden van de ingang van het filter naar de stroom- of aardverbinding”, zegt Christophe Cambrelin van condensatorbedrijf Johanson Dielectrics.EMI-filter.
Traditionele common-mode filtermethoden omvatten laagdoorlaatfilters die gebruikmaken van condensatoren die signalen met frequenties onder een geselecteerde afsnijfrequentie doorlaten en signalen met frequenties boven de afsnijfrequentie verzwakken.
Een gemeenschappelijk uitgangspunt is om een ​​paar condensatoren toe te passen in een differentiële configuratie, met één condensator tussen elk spoor van de differentiële ingang en aarde. Capacitieve filters in elke tak leiden EMI/RFI naar aarde boven de gespecificeerde afsnijfrequentie. Aangezien deze configuratie inhoudt door signalen van tegengestelde fasen over de twee draden te sturen, wordt de signaal-ruisverhouding verbeterd terwijl ongewenste ruis naar de grond wordt gestuurd.
"Helaas kan de capaciteitswaarde van MLCC's met X7R-diëlektrica (meestal gebruikt voor deze functie) aanzienlijk variëren met de tijd, voorspanning en temperatuur," zei Cambrelin.
“Dus ook al zijn twee condensatoren op een bepaald moment nauw op elkaar afgestemd bij kamertemperatuur en een lage spanning, ze zullen waarschijnlijk heel verschillende waarden krijgen zodra de tijd, spanning of temperatuur verandert.Deze mismatch tussen de twee draden zal resulteren in ongelijke reacties in de buurt van de filterafsnijding.Daarom zet het common-mode ruis om in differentiële ruis.”
Een andere oplossing is het overbruggen van een "X"-condensator met een grote waarde tussen de twee "Y"-condensatoren. De "X" capacitieve shunt biedt een ideale common-mode balans, maar heeft ook het ongewenste neveneffect van differentiële signaalfiltering. Misschien wel de meest voorkomende oplossing en een alternatief voor een laagdoorlaatfilter is een common mode-smoorspoel.
Een common-mode smoorspoel is een 1:1 transformator waarbij beide wikkelingen als primair en secundair werken. Bij deze methode induceert de stroom door de ene wikkeling een tegengestelde stroom in de andere wikkeling. Helaas zijn common-mode smoorspoelen ook zwaar, duur en gevoelig tot door trillingen veroorzaakte storing.
Desalniettemin 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 als gevolg van parasitaire capaciteit. Voor een bepaald kernmateriaal , hoe hoger de inductantie die wordt gebruikt om laagfrequente filtering te verkrijgen, hoe meer windingen er nodig zijn, wat resulteert in parasitaire capaciteiten die hoogfrequente filtering niet kunnen doorstaan.
Mismatches tussen wikkelingen als gevolg van mechanische productietoleranties veroorzaken mode-switching, waarbij een deel van de signaalenergie wordt omgezet in common mode-ruis en vice versa. Deze situatie kan problemen met elektromagnetische compatibiliteit en immuniteit veroorzaken. De mismatch vermindert ook de effectieve inductantie van elk been.
In ieder geval bieden common-mode-smoorspoelen aanzienlijke voordelen ten opzichte van andere opties wanneer het differentiële signaal (pass-through) in hetzelfde frequentiebereik werkt als de common-mode-ruis die moet worden afgewezen. Met behulp van een common-mode-smoorspoel kan de signaaldoorlaatband worden verlengd naar de common mode-afwijzingsband.
Monolithische EMI-filters Hoewel common-mode-smoorspoelen populair zijn, kunnen ook monolithische EMI-filters worden gebruikt. Als ze op de juiste manier zijn geplaatst, bieden deze meerlaagse keramische componenten uitstekende common-mode ruisonderdrukking. Ze combineren twee gebalanceerde shuntcondensatoren in één pakket voor wederzijdse inductie-onderdrukking en afscherming Deze filters gebruiken twee afzonderlijke elektrische paden binnen een enkel apparaat dat is aangesloten op vier externe aansluitingen.
Om verwarring te voorkomen, moet worden opgemerkt dat monolithische EMI-filters geen traditionele doorvoercondensatoren zijn. Hoewel ze er hetzelfde uitzien (dezelfde verpakking en uiterlijk), zijn ze zeer verschillend van ontwerp en zijn ze niet op dezelfde manier aangesloten. Net als andere EMI-filters filters, monolithische EMI-filters verzwakken alle energie boven de gespecificeerde afsnijfrequentie en selecteren om alleen de gewenste signaalenergie door te laten, terwijl ongewenste ruis naar "aarde" wordt geleid.
De sleutel is echter een zeer lage inductantie en bijpassende impedantie. Voor monolithische EMI-filters zijn de terminals intern verbonden met een gemeenschappelijke referentie-elektrode (afscherming) in het apparaat en worden de platen gescheiden door de referentie-elektrode. Elektrostatisch zijn de drie elektrische knooppunten worden gevormd door twee capacitieve helften die een gemeenschappelijke referentie-elektrode delen, allemaal opgenomen in een enkel keramisch lichaam.
De balans tussen de twee helften van de condensator betekent ook dat de piëzo-elektrische effecten gelijk en tegengesteld zijn, waardoor ze elkaar opheffen. filters, het is dat ze niet werken als de common-mode ruis dezelfde frequentie heeft als het differentiële signaal. "In dit geval is een common-mode choke een betere oplossing", zei Cambrelin.
Blader door de nieuwste nummers van Design World en eerdere nummers in een gebruiksvriendelijke indeling van hoge kwaliteit.Bewerk, deel en download vandaag nog met het toonaangevende tijdschrift voor ontwerptechniek.
's Werelds beste probleemoplossende EE-forum over microcontrollers, DSP, netwerken, analoog en digitaal ontwerp, RF, vermogenselektronica, PCB-routering en meer
Copyright © 2022 WTWH Media LLC. Alle rechten voorbehouden. Het materiaal op deze site mag niet worden gereproduceerd, gedistribueerd, verzonden, gecached of anderszins gebruikt zonder de voorafgaande schriftelijke toestemming van WTWH MediaPrivacybeleid |Advertising |Over ons


Posttijd: 19 april 2022