Convertorul funcționează perfect pe bancul de lucru. Apoi ajunge în laboratorul EMC, iar scanarea eșuează. Sau, mai rău, livrează și blochează o legătură wireless din apropiere.
Nu poți trata interferențele electromagnetice ca pe o ultimă opțiune. În conversia AC-DC, suprimarea EMI protejează trei lucruri simultan: conformitatea cu reglementările, siguranța produsului și fiabilitatea pe termen lung a sistemului. Defecțiunile de compatibilitate electromagnetică apar și târziu, când o reproiectare costă cel mai mult.
Începeți cu fizica. Găsiți sursa de zgomot, urmăriți calea de cuplare, apoi alegeți filtrul. Acest ghid este destinat inginerilor hardware și echipelor de produs care echilibrează zilnic proiectarea la nivel de placă cu compromisurile de fabricație.
Intrebari cu cheie
Mai întâi găsiți sursa de zgomot și calea de cuplare. Apoi alegeți filtrul potrivit.
Zgomotul de mod diferențial necesită un filtru LC. Zgomotul de mod comun necesită o bobină de inducție și un condensator Y.
Plasați filtrele de intrare la conector. Mențineți scurtcircuitarea condensatorului Y de retur la șasiu.
Amortizați fiecare etapă LC pentru a preveni soneria și a menține stabilitatea intrării.
Efectuați teste de preconformitate pe banc de lucru din timp pentru a detecta emisiile înainte de laborator.
Surse de zgomot în conversia AC-DC
Compromisul dintre eficiența de comutare
Fiecare etapă de conversie AC-DC face un compromis între eficiență și zgomot. Se crește frecvența de comutare pentru a face transformatorul mai mic și a reduce pierderile în miez. Dar același front rapid creează schimbări abrupte de tensiune și curent. Fronturile rapide înseamnă dv/dt și di/dt ridicate, iar aceste schimbări alimentează atât emisii conduse, cât și radiate.
Te confrunți cu o tensiune reală aici. O frecvență de comutare mai mare îmbunătățește densitatea de putere în sursele de alimentare în comutație, dar împinge energia armonică în benzi de frecvență unde filtrul funcționează mai puțin bine. Marginile mai lente înmoaie spectrul EMI, dar consumă mai multă putere în comutator. Ar trebui să tratezi acest lucru ca pe o variabilă de proiectare , nu ca pe o setare fixă. Alege frecvența de comutare și comanda porții împreună, apoi verifică spectrul rezultat din timp.
Citirea zgomotului cu analiza Fourier
O formă de undă de comutare este un tren de impulsuri periodic. Analiza Fourier împarte acel tren într-o fundamentală și armonicele sale. Amplitudinile armonicelor scad odată cu frecvența, iar panta anvelopei depinde de timpii de creștere și descreștere. Puteți folosi acest lucru pentru a prezice unde vor ajunge cele mai slabe emisii înainte de a construi placa.
Frecvențele de crestătură din spectru provin din transformata Fourier a semnalului codificat prin impulsuri. Un studiu a elaborat aceste ecuații de crestătură doar pentru trenul de impulsuri, nu pentru convertorul complet. Frecvențele de crestătură simulate și măsurate au corespuns îndeaproape cu ecuațiile derivate, iar autorii au lăsat o derivare a convertorului complet pentru lucrări viitoare.
Este prezentată derivarea teoretică a frecvențelor notch, unde ecuațiile derivate corespund transformării Fourier a semnalelor codificate prin impulsuri, mai degrabă decât întregului sistem de convertoare. Frecvențele notch simulate și experimentale se potrivesc îndeaproape cu ecuațiile teoretice derivate, în timp ce derivarea pentru convertorul complet este amânată pentru lucrări viitoare.
Folosiți acest rezultat cu atenție. Modelul cu tren de impulsuri vă oferă o primă estimare utilă pentru planificarea reducerii zgomotului în convertoarele AC/DC. Nu surprinde fiecare rezonanță în sursele de alimentare în comutație, așadar confirmați predicția pe bancul de lucru.
Principalele mecanisme de cuplare pentru EMI
Zgomotul are nevoie de o cale pentru a deveni o problemă. Puteți împărți principalele mecanisme de cuplare pentru emi în două familii. Fiecare familie acționează în felul său și fiecare are nevoie de o soluție diferită.
Căi conductive și radiative
Cuplarea conductivă necesită contact direct. Sursa și receptorul împart un fir, un cablu, o pistă de circuit imprimat sau o carcasă metalică. Zgomotul se deplasează apoi de-a lungul acelui conductor sub formă de curent de mod comun sau de mod diferențial. Cuplarea radiată funcționează într-un alt mod. Sursa și receptorul acționează ca niște antene radio. Sursa trimite o undă electromagnetică prin spațiul deschis, iar victima o captează.
Calea de cuplare | Mecanism | Caracteristici cheie |
|---|---|---|
conductive | Cale de contact direct între sursă și receptor | Format prin linie de transmisie, fir, cablu, pistă PCB sau carcasă metalică; zgomotul apare ca mod comun sau mod diferențial pe conductori |
Radiat | Sursa și receptorul acționează ca antene radio | Sursa emite o undă electromagnetică care se propagă prin spațiu deschis și este captată de victimă |
Există și cuplarea inductivă, atât capacitivă, cât și magnetică. Tratați-o ca fiind rară lângă căile conductive și radiate. Când depanați o placă defectă, verificați radiația, conducția sau cuplarea inductivă sau capacitivă în această ordine. Primele două explică majoritatea defecțiunilor.
De ce să cuplați formele de aspect
Layout-ul decide cât de puternic devine fiecare mecanism de cuplare EMI. Un seminar tehnic a folosit un convertor DC/DC măsurat în mod real pentru a demonstra acest lucru. Diferite layout-uri de PCB au modificat direct semnătura EMI a convertorului. Plasarea și selecția componentelor pasive au modificat și performanța EMC. Același seminar a prezentat strategii de filtrare pentru a respecta limitele CISPR32 Clasa B de la 150 kHz la 1 GHz. Acest interval arată că cuplarea determinată de layout trebuie gestionată împreună cu filtrarea.
Proximitatea componentelor contează în interiorul filtrului:
Cuplarea magnetică în câmp apropiat dintre bobinele PFC și CM poate degrada pierderile de inserție ale filtrului EMI.
Designul, ecranarea și bobinei CM reduc cuplajul magnetic în câmp apropiat și suprimă zgomotul.
Cuplarea dintre două condensatoare shunt modifică comportamentul filtrului; cuplarea reciprocă negativă poate compensa ESL-ul condensatorului.
Într-un filtru CLC, echilibrarea cuplajului inductiv și capacitiv parazit dintre condensatoare optimizează performanța.
Într-un filtru în două etape, o metodă de integrare a inductorului serie exploatează cuplarea în câmp apropiat pentru a îmbunătăți performanța DM de joasă frecvență.
O bună configurație reduce emisiile înainte de adăugarea oricărei componente a filtrului. Mai întâi corectați geometria, apoi reglați filtrul.
Zgomot de mod diferențial vs. mod comun
Definirea zgomotului DM și CM
Nu poți remedia zgomotul până nu știi în ce mod este transmis. Cele două moduri diferă în ceea ce privește direcția, traiectoria și remedierea.
Modul comun înseamnă semnale sau zgomot care curg în același sens într-o pereche de linii; modul diferențial (normal) înseamnă semnale sau zgomot care curg în direcții opuse într-o pereche de linii.
Zgomotul de mod diferențial iese pe un conductor și se întoarce pe calea sa de retur. Zgomotul de mod comun circulă în același mod pe ambele linii și se întoarce prin masă sau prin șasiu. Această diferență decide ce filtru alegeți.
Aspect | Zgomot de mod diferențial | Zgomot în mod comun |
|---|---|---|
Definiție | Zgomotul este trimis prin doi conductori, unul de ieșire și unul de întoarcere | Curent de zgomot care intră indiferent de căile de ieșire/retur și curge în același sens prin doi conductori |
Direcția curentului | Direcții opuse (curenții se anulează reciproc); numit și mod normal | Aceeași direcție prin ambii conductori |
Propagare | Rămâne în perechea de linii de alimentare/semnal | Se răspândește pe o arie largă, deși la niveluri de tensiune scăzute |
Origine tipică | Sursa de alimentare și curenții de semnal | Zgomot radiat care se scurge prin carcasa metalică sau podeaua către alte echipamente |
Reprimarea | Tăiere prin filtre LC (inductor + condensator) | Filtrele LC nu funcționează; necesită un filtru de mod comun plus un condensator la secțiunea de intrare |
Un filtru LC singur nu va opri interferențele electromagnetice de mod comun . Ai nevoie de o bobină de inducție de mod comun plus un condensator la intrare.
Măsurarea zgomotului cu un LISN
O rețea de stabilizare a impedanței de linie vă oferă o referință constantă pentru măsurătorile de zgomot ale convertorului AC/DC. Aceasta indică o impedanță setată către convertor și izolează rețeaua electrică. Rețeaua furnizează două tensiuni, una pe linia de fază (Vp) și una pe linia neutră (Vn). Acestea se referă la curenții de mod prin Vp = 50(ICM + IDM) și Vn = 50(ICM − IDM), unde 50 este în ohmi. Adunați cele două ieșiri și termenul diferențial se anulează, lăsând dublul tensiunii de mod comun. Scădeți-le și termenul de mod comun se anulează, lăsând dublul tensiunii de mod diferențial. Faceți acest lucru înainte de măsurare, deoarece analizorul pierde informații despre fază.
O secvență practică ajută:
Rețineți că un LISN măsoară suma ambelor moduri și nu le poate separa singure.
Prindeți o sondă de curent RF în jurul liniei și al neutrului pentru a citi curentul de mod comun.
Treceți cele două fire în direcții opuse prin sondă pentru a citi curentul în mod diferențial; valoarea citită este de 6 dB.
Rămâneți sub curentul maxim nominal al sondei.
Comparați ambele citiri pentru a vedea care mod domină , apoi dimensionați filtrul.
Acest pas vă spune dacă să adăugați inductanță DM sau condensatoare X. De asemenea, arată când emisiile conduse provin din calea de mod comun.
Selectarea filtrelor EMI pentru intrările CC/CC
Când alegeți filtre EMI pentru o intrare DC/DC, întrebați-vă mai întâi de ce frecvență de colț aveți nevoie. Setați colțul LC la aproximativ o zecime din frecvența de comutare. Un convertor de 1 MHz are nevoie apoi de un colț de 100 kHz. Cu acest decalaj, un filtru EMI ideal de ordinul doi, trece-jos, oferă o atenuare de aproximativ 40 dB la fundamentală. Plăcile reale oferă mai puțin, adesea în jur de 30 dB, deoarece ESL-ul condensatorului și inductanța urmei aplatizează curba.
Parametru | Ţintă | Notă practică |
|---|---|---|
Frecvența de tăiere | Aproximativ 1/10 din frecvența de comutare | Atenuare ideală în apropierea a 40 dB la fundamentală |
Panta de atenuare | 40 dB/deceniu ideal | Paraziții reduc panta reală |
Valoarea inductorului | 0.47 µH până la 22 µH | Inductanța mai mică reduce DCR-ul și dimensiunea |
1 µF până la 100 µF | Verificați tensiunea nominală și deviația de temperatură | |
Amortizare Q | 0.5 la 0.8 | Adăugați un condensator de amortizare de 3–4× condensatorul de intrare |
Noțiuni de bază despre filtrul LC și căderea de tensiune
O singură etapă LC trece-jos este cea mai simplă alegere. Un filtru π sau o rețea multi-etajată se potrivește unor limite mai stricte sau unei impedanțe a sursei care oscilează mult. Mai multe etape de condensator îmbunătățesc atenuarea de înaltă frecvență, dar cresc curentul de pornire și modifică amortizarea. Verificați din nou stabilitatea după ce adăugați fiecare etapă.
Urmăriți căderea de tensiune continuă pe inductor. DCR-ul consumă spațiu liber, iar o piesă evaluată pentru curent de vârf se poate satura în continuare la un eveniment de conectare la cald. Dimensionați inductorul pentru curentul de vârf, nu pentru curentul mediu. Mențineți bucla di/dt înaltă scurtă: plasați inductorul aproape de pinii de intrare a convertorului și returnați curentul pe o cale strânsă.
Amortizare pentru stabilitate și reducerea CM
Un filtru neamortizat sună. Impedanța de ieșire a filtrului trebuie să rămână mult sub impedanța de intrare a convertorului pe întreaga lățime de bandă a buclei de control. Acesta este criteriul lui Middlebrook, iar ignorarea lui provoacă scăderi mari de tensiune, depășiri lungi și oscilații de intrare. Puteți verifica și selecta filtrele EMI cu această regulă înainte de a atinge un ciocan de lipit.
Există mai multe opțiuni de amortizare:
Materialele magnetice cu pierderi mari (Micrometals Mix-41, 44 și 73) amortizează rezonanțele filtrului în timp ce trec prin curent fundamental.
Circuitele amortizoare mențin vârful la frecvența de tăiere sub 2-3 dB, ceea ce oprește amplificarea zgomotului în teste precum MIL-STD-461F/G CS101.
Amortizările RC și amortizarea rezistivă din condensatoarele de filtrare stabilizează răspunsul.
Amortizarea activă este o altă opțiune atunci când piesele pasive necesită prea mult spațiu pe placă.
Folosește analiza răspunsului în frecvență pentru a verifica amortizarea, nu doar testarea în domeniul timpului. Un compromis necesită atenție: creșterea câștigului buclei de feedback îmbunătățește reducerea zgomotului și filtrarea intermitențelor (EMI), dar poate reduce marginea de fază dacă nu compensezi corespunzător. Pentru modul comun, adaugă o bobină de sufocare și un condensator Y la intrare; un etaj LC singur nu îl va opri. Aceste tipuri de filtre EMI funcționează împreună, iar combinația corectă menține emisiile sub limită.
Design frontal AC/DC pentru EMI redus
Redresare, condensatoare în vrac și limitare la pornire
Capătul frontal stabilește nivelul de zgomot pentru tot ce urmează. Începeți cu condensatorul principal . Un electrolitic neîncărcat se comportă ca un scurtcircuit atunci când îl porniți. Acel scurtcircuit trage un curent de pornire mare, iar supratensiunea pune presiune pe redresoare, siguranțe, conectori și pe condensatorul în sine. Dimensionați limitatorul de pornire pentru energia stocată și cât de des se repetă, nu doar pentru primul condensator.
ESR-ul unui condensator se modifică mai mult decât ondulația. Un ESR foarte scăzut poate crește curenții de vârf ai redresorului, așa că echilibrați alegerea piesei cu configurația și o rezistență serie mică, în loc să vă bazați doar pe condensator. Când schimbați o piesă, verificați ESR-ul în funcție de frecvență și de reducerea ondulației. Curentul de ondulație nominal și ESR-ul decid dacă piesa supraviețuiește, nu doar capacitatea și tensiunea.
Parametru / Alegere | Efect asupra Ripple | Efect asupra solicitării de pornire / redresor | Notă de proiectare |
|---|---|---|---|
ESR condensator (prea mic) | Modifică ondulația de ieșire; interacționează cu ESL pentru cuplarea zumzetului/zgomotului | Un ESR foarte scăzut poate crește curenții de vârf ai redresorului | Echilibru prin configurație și rezistență opțională în serie mică |
Condensator ESR (diferit de original) | Modifică ondulația de ieșire și stabilitatea buclei de control | Modifică comportamentul la pornire | Verificați ESR în funcție de frecvență și reducerea ondulației |
Curent de ondulație nominal | Un înlocuitor cu rating inferior poate funcționa mai cald și se poate îmbătrâni mai repede | - | Curentul de ondulație și ESR determină supraviețuirea |
Capacitate în vrac | - | Electrolitic neîncărcat arată ca un scurtcircuit de curent continuu la pornire | Folosiți NTC, limitator activ sau rezistență/releu de preîncărcare |
Plasarea redresorului / nodului de retur | Plasarea condensatorului aproape de redresor reduce cuplajul prin ondulație | - | Împământarea în stea și filtrarea RC/LC ajută la șinele sensibile |
Condensatoare în paralel | Crește capacitatea de ondulare și reduce ESR-ul efectiv | - | Rutarea simetrică a cuprului și zonele de buclă potrivite distribuie curentul în mod egal |
Plasați condensatorul de suprafață aproape de redresor și de nodul de retur. Împământarea în stea și filtrarea RC sau LC pe șine sensibile elimină cuplajul zumzetului și al zgomotului. Condensatoarele în paralel cresc capacitatea de ondulație și reduc ESR-ul efectiv, atâta timp cât rutați cuprul uniform și potriviți zonele buclei astfel încât curentul să se împartă în mod egal.
Pentru curentul de vârf, un termistor NTC este ieftin și simplu, dar se încălzește și consumă energie după pornire. Limitarea activă costă mai mult și necesită logică de control, dar elimină pierderile în regim staționar. Înainte de a lua o decizie, evaluați marja termică în raport cu costul listei de materiale și complexitatea asamblării.
PFC, condensatoare Y și bobine de inducție CM
Un etaj PFC adaugă propriul zgomot de comutație peste convertorul principal. Frecvența sa de comutație și armonicele interacționează cu filtrul de intrare, așadar tratați PFC-ul și filtrul ca o singură problemă de proiectare. Verificați colțul filtrului în raport cu frecvența de comutație PFC, apoi confirmați atenuarea pe bancul de lucru.
Condensatoarele de siguranță se află în filtrul EMI la capătul frontal al alimentării, adesea lângă bobinele de inducție din ferită de pe cablul de intrare și bobinele de mod comun sau mod diferențial din etapele de filtrare. Condensatoarele de clasa Y gestionează zgomotul de mod comun oferind un punct de șunt comun la pământ. Pentru o intrare de curent alternativ la o sursă de curent continuu, un condensator Y conectează linia la pământ, iar unul conectează neutrul la pământ.
Condensatoarele Y sunt proiectate pentru a filtra zgomotul de mod comun și sunt conectate între linie și șasiu. Produsele de curent alternativ frontal utilizează un filtru de intrare integrat care cuprinde o bobină de mod comun împreună cu condensatoare Y și condensatoare X.
Component
Plasare (Conexiune)
Rol în filtrarea EMI
Condensatoare Y (CY)
Linie-Pământ și Neutru-Pământ
Filtrare zgomot de mod comun
Bobine de inducție în mod comun (L1, L2)
În serie pe linie și neutru
Furnizează inductanță pentru filtrarea în mod comun
Condensatoare X (CX)
Linie la neutru
Filtrare zgomot mod diferențial
Plasați bobina de inducție CM înaintea condensatoarelor Y pe calea de curent și mențineți returul condensatorului Y scurt și direct către șasiu. Traseele lungi de retur adaugă inductanță și strică șuntul. Această configurație este coloana vertebrală a designului cu emisie-emisii redusă în sursele de alimentare AC/DC în comutație și contează cel mai mult atunci când alegeți filtre EMI pentru limite strânse. O performanță bună a emisiei-emisii conduse în convertoarele AC/DC depinde de această geometrie a capătului frontal la fel de mult ca și de valorile componentelor. Tratați conversia AC-DC ca un lanț: redresor, etaj principal, PFC, apoi filtre. Fiecare verigă modelează emisiile pe care trebuie să le suprimați.
Topologie și alegeri de transformatoare
Compromisuri rezonante Flyback vs. LLC
Topologia pe care o alegeți stabilește nivelul de zgomot chiar înainte de a alege o piesă de filtru. Un flyback face parte din familia de comutări dure PWM. Tranzistorul se activează în timp ce o tensiune mare este încă prezentă la bornele sale. Capacitatea parazită se încarcă până la această tensiune și apoi își eliberează energia prin tranzistor la pornire. Această energie este eliberată sub formă de căldură și emițătoare.
Un convertor rezonant LLC funcționează într-un mod diferit. Rezervorul său rezonant aliniază momentul de pornire cu formele de undă naturale de tensiune și curent, astfel încât comutatorul percepe tensiune zero (ZVS). Comutarea soft reduce pierderile de tip dump capacitiv. Rezultatul este o compatibilitate electromagnetică mai bună la niveluri mari de putere, unde un flyback cu comutare hard are dificultăți.
Atribut | Zbura înapoi | LLC Resonant |
|---|---|---|
Modul de comutare | Comutare dură sub tensiune aplicată | Comutare ușoară prin rezervor rezonant (ZVS) |
Pierdere la activare | Energie capacitivă eliberată sub formă de căldură și emisie | Comutare sincronizată cu formele de undă naturale |
Implicația EMI | Mai rău la frecvență înaltă și tensiune înaltă | Pierderi reduse, compatibilitate îmbunătățită |
Compromisul de design | Reglementare mai simplă | EMI mai bună, reglementare mai complexă |
Plătești pentru amplificarea LLC cu un control mai complex. Reglarea ieșirii necesită de obicei modulație de frecvență, în timp ce designul menține ZVS. Alege flyback-ul pentru putere redusă și control simplu. Alege LLC atunci când eficiența și emisiile contează la putere mai mare.
Proiectarea transformatoarelor și feedback-ul optocuplorului
Transformatorul acționează atât ca o antenă, cât și ca o piesă magnetică. Modul în care aranjați înfășurările în fereastră afectează direct inductanța de scurgere și capacitatea parazită, iar ambele influențează interferența și eficiența electromagnetică . Stratificarea strânsă menține scurgerile scăzute, ceea ce reduce energia pe care amortizorul sau clema trebuie să o absoarbă. Intercalarea strânge, de asemenea, cuplajul, dar poate crește capacitatea.
Capacitatea inter-înfășurări cuplează zgomotul de mod comun peste bariera de izolație. Capacitatea mare afectează performanța în mod comun și pune o sarcină mai mare pe filtrele EMI. O structură sandwich (primar-secundar-primar) reduce scurgerile, deși îngreunează izolația. Înfășurările ecranate și bobinele de inducție de mod comun devin adesea necesare pentru a respecta limitele conduse și radiate.
Notă: alegeți diametrul firului intenționat. Un diametru mai mic reduce capacitatea parazită și efectul pelicular, dar vă costă o densitate de curent mai mare.
Bucla de feedback a optocuplorului se închide peste aceeași barieră. Țineți optocuplorul și rețeaua sa de compensare departe de nodul de comutare și direcționați traseul de feedback departe de spațiul dintre transformator. Zgomotul care se cuplează în calea de feedback apare ca jitter, iar jitterul răspândește spectrul EMI în moduri pentru care filtrul nu a fost reglat. În conversia AC-DC, tratați transformatorul, bariera și bucla de feedback ca o singură problemă de amplasare.
Strategii de proiectare EMC și EMI pentru layout
Plasarea filtrelor și căile de curent de înaltă frecvență
Strategiile bune de proiectare EMC și EMI încep cu calea de retur. Curentul de înaltă frecvență urmează calea cu cea mai mică impedanță, nu calea pe care ați desenat-o în schemă. Dați curentului un plan de masă solid și acesta rămâne sub trasare. Evitați divizările la masă sub trasările de înaltă frecvență. Dacă nu puteți evita o divizare, conectați-o la o punte cu un condensator de coasere.
Plasați filtrele de intrare chiar la conector, înainte ca zgomotul să se răspândească pe placă. Țineți regulatoarele de comutare departe de secțiunile RF și analogice. Mențineți traseele de înaltă frecvență scurte și utilizați curbe de 45 de grade sau curbe în loc de colțuri de 90 de grade.
Strategia de aspect | Practică cheie | Îndrumare |
|---|---|---|
Plan de masă solid | Aplicați un strat complet pe sol | Menține curentul de retur sub urmă |
Despărțiri la sol | Acoperiți golurile cu condensatoare de cusut | Cusătura condensatoarelor peste spațiu |
Urme de gardă | Linii sensibile la flancuri, împământate cu fire de contact | Vias distanțate λ/20; reducere a diafoniei până la ~20 dB |
Decuplare | Piese ceramice, cu ESL scăzut, în apropierea pinilor de alimentare | 0.01–0.1 µF la o distanță de 1–2 mm de pini |
Impedanță controlată | Potriviți impedanța traseului cu sistemul | 50 Ω pentru RF; FR-4 εr ≈ 4.2 |
Când alegeți filtre EMI, verificați unde se află piesa, nu doar valorile acesteia. Un filtru plasat după o urmă lungă preia zgomotul deja radiat de urmă. Testați filtrele EMI pe placa reală, cu calea de retur reală. Filtrarea funcționează numai atunci când condensatorul shunt are o cale scurtă și directă către masă.
Notă: un condensator de decuplare plasat departe de pin adaugă inductanță și își pierde efectul la frecvență înaltă.
Spațiere în conturnare, distanță și spațiere conform IEC 62368
Spațierea de siguranță limitează amplasarea filtrului înaintea performanței electrice. IEC 62368 stabilește distanța de conturnare și distanța pe care trebuie să le respectați de-a lungul barierei de izolație. Condensatoarele Y și bobinele de inducție în mod comun se află chiar pe această barieră. Pad-urile, pistele și sloturile lor trebuie să respecte distanța necesară.
Măsurați conturnarea de-a lungul suprafeței și distanța prin aer. O fantă tăiată în placă crește conturnarea fără a adăuga înălțime. Traseați returul condensatorului Y direct către șasiu și țineți celelalte trasee în afara acelei zone. Verificați din nou distanța după ce mutați o piesă a filtrului pentru emisii. O configurație care trece de limitele conduse poate totuși să nu treacă o revizuire de siguranță.
Standarde, limite și pre-conformitate
Limite CISPR 32 și EN 55032 pentru conducție și radiație
CISPR 32 și EN 55032 stabilesc limitele de emisie pe care trebuie să le vizați pentru echipamentele multimedia. Standardul acoperă atât emisiile conduse, cât și cele radiate. Limitele conduse se aplică de la 9 kHz la 30 MHz pentru echipamentele comerciale. Limitele radiate se întind de la 30 MHz în sus. Capătul frontal AC/DC este conectat la rețeaua electrică, deci se confruntă cu limita completă de conducție. O etapă DC/DC în aval vede o sursă mai silențioasă, dar zgomotul său de comutare este în continuare transmis prin convertor. Tratați intrarea AC ca fiind cel mai strict punct de testare.
LISN-ul pe care îl utilizați depinde de tipul de intrare. Rețelele de curent alternativ comerciale necesită o rețea de 50 μH + 5 Ω || 50 Ω, cum ar fi Tekbox TBLC08. Funcționarea în curent continu pentru automobile utilizează o rețea de 5 μH || 50 Ω, cum ar fi Tekbox TBOH01. Ambele oferă citiri repetabile fără cameră anecoică.
Testarea prealabilă conformității pe bancul de lucru
Un flux de lucru pe banc de lucru identifică majoritatea problemelor înainte de o vizită la laborator. Urmați acești pași:
Identificați standardul țintă, cum ar fi CISPR 32 sau EN 55032.
Configurați un analizor de spectru cu un preamplificator, un set de sonde de câmp apropiat și un LISN deasupra unui plan de masă mare.
Scanați placa și cablurile cu sonde de câmp apropiat pentru a găsi puncte fierbinți.
Corectați aspectul, ecranarea sau filtrarea, apoi retestați și comparați.
Trimiteți pentru certificare odată ce marja pare sigură.
Sondele de câmp apropiat funcționează doar la distanță mică, de câțiva centimetri. Acestea oferă citiri relative, așa că folosiți-le pentru a localiza sursele, nu pentru a verifica limitele. Un limitator tranzitoriu este obligatoriu. Tranzitorii de comutare în curent alternativ pot descărca până la ±325 V în diode mixer cu o capacitate nominală de la +20 dBm la +30 dBm RF. Un limitator, cum ar fi Tekbox TBFL1, limitează ieșirea la +11 dBm sub supraîncărcări de 5 W.
Distanța de siguranță conform standardului IEC 62368 impune această lucrare. Plasele condensatoarelor Y și liniile de inducție CM trebuie să respecte distanța de conturnare și distanța necesare. Verificați din nou distanța după fiecare schimbare a filtrului.
Compromisuri termice, de carcasă și DFM
Efecte de căldură, ecranare și închidere
Căldura și ecranarea ocupă același spațiu în interiorul unui convertor. Designul carcasei, fluxul de aer și locul în care amplasați piesele influențează cât de calde se încălzesc lucrurile. Trebuie să verificați reducerea puterii în interiorul carcasei finale, nu pe un stand deschis. O piesă care rămâne rece pe stand își poate depăși valoarea nominală odată ce carcasa este închisă.
Funcționarea non-stop sau în locuri dificile necesită o marjă termică suplimentară . Această marjă acoperă îmbătrânirea, acumularea de praf și condițiile cele mai nefavorabile. În incinte mici cu flux de aer limitat, chiar și pierderile mici de eficiență pot reduce semnificativ energia utilizabilă. Planificați bugetul termic înainte de a fixa designul mecanic.
Ecranarea modifică interferențele electromagnetice (EMI) într-un mod direct. Un modul montat pe placă se află adesea lângă conexiunile de intrare. Ecranarea slabă permite interferențelor radiate să creeze zgomot condus pe aceste conexiuni. Carcasele din plastic ale modulelor nu oferă de obicei nicio ecranare. Un kit opțional de carcasă poate reduce emisiile care se cuplează în conductorii de alimentare. Combinați etapele mecanice cu cele electrice: ecranare, amplasare atentă, zone de buclă mai mici și planuri de masă solide, plus filtrare, decuplare, amortizare și bypass. Această combinație vă ajută să atingeți obiective de conformitate, cum ar fi EN 55022 Clasa B.
Constrângeri DFM asupra componentelor filtrului
Filtrele tale EMI trebuie să treacă de linia de asamblare , nu doar de laborator. Bobinele de inducție în mod comun cu întreruperi fine ale firului în timpul manipulării. Condensatoarele X mari au nevoie de zone de izolare care să afecteze configurația ta. Alege piese cu amprente standard și ambalaj standard pentru role. Asigură-te că mașina de plasare poate suporta dimensiunile și greutatea corpului.
Piesele de amortizare adaugă costuri și necesită etape de reflow. Un condensator de amortizare de trei până la patru ori mai mare decât condensatorul de intrare ocupă suprafața plăcii și poate necesita un dielectric diferit. Verificați profilul de lipire pentru fiecare piesă adăugată. Întrebați producătorul despre riscul de defectare la condensatoarele mici în apropierea maselor termice mari.
Punctele de testare și plăcuțele de reglare sunt utile în timpul lucrărilor de pre-conformitate. De asemenea, acestea adaugă costuri în volum. Decideți din timp care plăcuțe rămân și pe care le eliminați. Mențineți configurația filtrului stabilă pe parcursul reviziilor, deoarece o plăcuță mutată modifică cuplajul parazit și modifică rezultatele testelor. Tratați fiecare modificare a filtrului ca pe o modificare de proiectare care necesită o nouă scanare în benchmark.
Începeți cu tipul de zgomot și calea de cuplare. Apoi alegeți și plasați filtrele care să se potrivească. Această ordine vă scutește de ghiciri.
Trei obiceiuri au cea mai mare importanță. Amortizați fiecare etapă LC astfel încât intrarea să rămână stabilă. Respectați limitele de spațiere ale condensatorului Y și IEC 62368, chiar și după ce mutați o piesă. Efectuați testele de pre-conformitate pe bancul de lucru din timp, astfel încât emisiile conduse să apară înaintea laboratorului.
Tratați emi ca o sarcină iterativă la nivel de placă, nu ca o soluție post-eșec:
Stabiliți obiectivele EMC în timpul specificațiilor.
Testați incremental cu un analizor de spectru și sonde de câmp apropiat.
Acordați doar frecvențele defecte.
Evaluați din timp compromisurile de fabricație. Ecranarea combate disiparea căldurii, iar structurile cu pas fin cresc costurile. Implică proiectantul de filtre și furnizorul de PCB în analiza conversiei AC-DC. Micile modificări ale cerințelor pot impune o reproiectare completă.
FAQ
Ce mod de zgomot ar trebui să urmărești mai întâi când o scanare eșuează?
Separați modurile înainte de a atinge o piesă. Prindeți o sondă de curent RF în jurul liniei și al neutrului împreună pentru a citi curentul de mod comun. Traseați cele două fire în direcții opuse prin sondă pentru a citi modul diferențial. Comparați ambele citiri, apoi dimensionați filtrul EMI pentru modul dominant.
De ce o etapă LC nu reușește să oprească zgomotul de mod comun?
Curentul de mod diferențial curge pe un conductor și se întoarce pe celălalt. Curentul de mod comun curge în același sens pe ambele linii și se întoarce prin șasiu sau pământ. Un etaj LC șuntează doar prima cale. Aveți nevoie de o bobină de mod comun plus un condensator Y la intrare pentru a o suprima pe a doua.
Cum previi ca un filtru să sune sau să oscileze?
Mențineți impedanța de ieșire a filtrului mult sub impedanța de intrare a convertorului pe întreaga lățime de bandă a buclei de control. Acesta este criteriul lui Middlebrook. Adăugați amortizare astfel încât vârful la frecvența de tăiere să rămână scăzut și verificați răspunsul cu analiza răspunsului în frecvență, mai degrabă decât doar cu testarea în domeniul timpului.
Unde ar trebui amplasate filtrele de intrare pe placă?
Plasați-le la conector, înainte ca zgomotul să se răspândească pe placă. Mențineți returul condensatorului Y scurt și direct către carcasă. Un condensator shunt are nevoie de o cale strânsă către masă, altfel inductanța de urme îi strică efectul. Testați filtrele pe placa reală cu calea reală de retur.
