• sns01
  • sns02
  • sns03
  • instagram (1)

Common Mode-ruisfiltering met behulp van monolithische EMI-filters

Hoewel common-mode-smoorspoelen populair zijn, kan een monolithisch EMI-filter een alternatief zijn. Als ze op de juiste manier zijn opgesteld, bieden deze meerlaagse keramische componenten 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 tegenwoordig zijn een goed voorbeeld. In een auto vindt u Wi-Fi, Bluetooth, satellietradio, GPS-systemen en dat is nog maar het begin. Om deze ruisonderdrukking te beheersen, gebruikt de industrie doorgaans 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 differentieel met 2 condensatoren, 3 condensatoren (één X-condensator en 2 Y-condensatoren), doorvoerfilters, common-mode-spoelen of een combinatie hiervan vermijden voor een meer geschikte 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 onbedoelde werking veroorzaken - of de beoogde werking verstoren.
EMI/RFI kan de vorm hebben van geleide of uitgestraalde emissies. Wanneer EMI wordt geleid, betekent dit dat ruis zich langs elektrische geleiders voortplant. Uitgestraalde EMI treedt op wanneer ruis door de lucht reist in de vorm van magnetische velden of radiogolven.
Zelfs als de van buitenaf toegevoerde energie klein is, kan dit, als het zich vermengt met de radiogolven die worden gebruikt voor uitzending en communicatie, ontvangstverlies, abnormale ruis in geluid of onderbreking van de video veroorzaken. 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.). Doorgaans is EMI/RFI-ruis common-mode-ruis , dus de oplossing is om een ​​EMI-filter te gebruiken om ongewenste hoge frequenties te verwijderen, hetzij als een afzonderlijk apparaat of ingebed in een printplaat.
EMI-filters EMI-filters bestaan ​​doorgaans uit passieve componenten, zoals condensatoren en inductoren, die zijn verbonden om een ​​circuit te vormen.
"Smoorspoelen laten gelijkstroom of laagfrequente stroom door terwijl ongewenste, ongewenste hoogfrequente stromen worden geblokkeerd.Condensatoren bieden een pad met lage impedantie om hoogfrequente ruis om te leiden van de ingang van het filter naar de stroom- of aardingsaansluiting”, zegt Christophe Cambrelin van condensatorbedrijf Johanson Dielectrics.EMI-filter.
Traditionele common-mode filtermethoden omvatten laagdoorlaatfilters die gebruikmaken van condensatoren die signalen doorlaten met frequenties onder een geselecteerde afsnijfrequentie en signalen verzwakken met frequenties boven de afsnijfrequentie.
Een algemeen uitgangspunt is om een ​​paar condensatoren in een differentiële configuratie toe te passen, met één condensator tussen elk spoor van de differentiële ingang en aarde. Capacitieve filters in elke poot leiden EMI/RFI om naar aarde boven de gespecificeerde afsnijfrequentie. door signalen van tegengestelde fasen over de twee draden te verzenden, wordt de signaal-ruisverhouding verbeterd terwijl ongewenste ruis naar aarde wordt gestuurd.
"Helaas kan de capaciteitswaarde van MLCC's met X7R-diëlektrica (meestal gebruikt voor deze functie) aanzienlijk variëren met de tijd, de voorspanning en de temperatuur", zei Cambrelin.
"Dus hoewel twee condensatoren op een bepaald moment bij kamertemperatuur en een lage spanning nauw bij elkaar passen, zullen ze waarschijnlijk eindigen met zeer verschillende waarden zodra de tijd, spanning of temperatuur verandert.Deze mismatch tussen de twee draden zal resulteren in ongelijke reacties in de buurt van de filteruitschakeling.Daarom zet het common-mode ruis om in differentiële ruis.”
Een andere oplossing is om een ​​grote waarde "X" condensator tussen de twee "Y" condensatoren te overbruggen. De "X" capacitieve shunt zorgt voor een ideale common-mode balans, maar heeft ook het ongewenste neveneffect van differentiële signaalfiltering. Misschien wel de meest gebruikelijke oplossing en een alternatief voor een laagdoorlaatfilter is een common mode choke.
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 veroorzaakt falen.
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 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 de hoogfrequente filtering niet kunnen passeren.
Mismatches tussen wikkelingen als gevolg van mechanische fabricagetoleranties veroorzaken modusomschakeling, waarbij een deel van de signaalenergie wordt omgezet in common-mode-ruis en vice versa. Deze situatie kan elektromagnetische compatibiliteit en immuniteitsproblemen 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. Wanneer ze op de juiste manier zijn opgesteld, bieden deze meerlaagse keramische componenten uitstekende common-mode ruisonderdrukking. Ze combineren twee gebalanceerde shuntcondensatoren in één pakket voor wederzijdse inductantie-annulering en afscherming Deze filters gebruiken twee afzonderlijke elektrische paden binnen een enkel apparaat dat is aangesloten op vier externe verbindingen.
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 heel verschillend qua ontwerp en zijn ze niet op dezelfde manier aangesloten. Net als andere EMI filters, monolithische EMI-filters dempen alle energie boven de gespecificeerde afsnijfrequentie en selecteren om alleen de gewenste signaalenergie door te laten, terwijl ongewenste ruis naar "aarde" wordt omgeleid.
De sleutel is echter een zeer lage inductantie en bijpassende impedantie. Voor monolithische EMI-filters zijn de klemmen intern verbonden met een gemeenschappelijke referentie-elektrode (afscherming) in het apparaat en worden de platen gescheiden door de referentie-elektrode. Elektrostatisch gezien zijn de drie elektrische knooppunten worden gevormd door twee capacitieve helften die een gemeenschappelijke referentie-elektrode delen, allemaal 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. Deze relatie is ook van invloed op de temperatuur- en spanningsvariatie, dus componenten op beide lijnen verouderen gelijk. Als er één nadeel is aan deze monolithische EMI 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 uitgaven van Design World en eerdere uitgaven in een gebruiksvriendelijke, hoogwaardige indeling. 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-routing en meer
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.alle rechten voorbehouden.Het materiaal op deze site mag niet worden gereproduceerd, gedistribueerd, verzonden, in de cache worden opgeslagen of anderszins worden gebruikt zonder de voorafgaande schriftelijke toestemming van WTWH MediaPrivacybeleid |Reclame |Over ons


Posttijd: 19 april-2022