Ваш перетворювач працює добре на стенді. Потім він потрапляє до лабораторії EMC, і сканування не проходить. Або, що ще гірше, він відправляється та блокує бездротове з'єднання поблизу.
Не можна розглядати електромагнітні перешкоди як останній пункт. У перетворенні змінного струму в постійний струм придушення електромагнітних перешкод захищає три речі одночасно: відповідність нормативним вимогам, безпеку продукції та довгострокову надійність системи. Порушення електромагнітної сумісності також проявляються пізно, коли редизайн коштує найбільше.
Почніть з фізики. Знайдіть джерело шуму, простежте шлях зв'язку, а потім виберіть фільтр. Цей посібник призначений для інженерів-апаратів та команд розробників продуктів, які щодня балансують між проектуванням на рівні плати та виробничими компромісами.
Ключові винесення
Спочатку знайдіть джерело шуму та шлях зв'язку. Потім виберіть правильний фільтр.
Для диференціального шуму потрібен LC-фільтр. Для синфазного шуму потрібні дросель та конденсатор Y.
Встановіть вхідні фільтри на роз'єм. Замикайте зворотний вивід конденсатора Y на шасі.
Зменште шум кожного каскаду LC, щоб запобігти дзвону та підтримувати стабільність вхідного сигналу.
Проведіть попередні випробування на відповідність стенду заздалегідь, щоб виявити викиди до лабораторних випробувань.
Джерела шуму при перетворенні змінного струму в постійний
Компроміс між ефективністю перемикання
Кожен каскад перетворення змінного струму в постійний є компромісом між ефективністю та шумом. Ви збільшуєте частоту комутації, щоб зменшити розмір трансформатора та втрати в осерді. Але той самий швидкий фронт створює різкі зміни напруги та струму. Швидкі фронти означають високі значення du/dt та di/dt, і ці зміни живлять як кондуктивне, так і випромінюване випромінювання.
Тут ви стикаєтеся з реальною напруженістю. Вища частота комутації покращує щільність потужності в імпульсних джерелах живлення, але вона витісняє гармонічну енергію в частотні діапазони, де ваш фільтр працює менш ефективно. Повільніші фронти пом'якшують спектр електромагнітних перешкод, але вони спалюють більше енергії в комутаторі. Вам слід розглядати це як конструктивну змінну , а не фіксоване налаштування. Виберіть частоту комутації та керування затвором разом, а потім перевірте отриманий спектр заздалегідь.
Шум читання за допомогою аналізу Фур'є
Форма хвилі перемикання — це періодичний послідовний імпульс. Фур'є-аналіз розбиває цей послідовний сигнал на основну частоту та її гармоніки. Амплітуди гармонік спадають з частотою, а нахил обвідної залежить від часу наростання та спаду. Ви можете використовувати це для прогнозування місць найгірших випромінювань, перш ніж збирати плату.
Частоти режекції в спектрі походять від перетворення Фур'є імпульсно-кодованого сигналу. В одному дослідженні ці рівняння режекції були розроблені лише для послідовності імпульсів, а не для повного перетворювача. Модельовані та виміряні частоти режекції точно збігалися з отриманими рівняннями, і автори залишили висновок для повного перетворювача для майбутньої роботи.
Представлено теоретичний висновок частот режекції, де отримані рівняння відповідають перетворенню Фур'є імпульсно-кодованих сигналів, а не повній системі перетворювача. Модельовані та експериментальні частоти режекції точно відповідають отриманим теоретичним рівнянням, тоді як висновок для повного перетворювача відкладено на майбутню роботу.
Використовуйте цей результат з обережністю. Модель імпульсної послідовності дає корисну першу оцінку для планування зниження шуму в перетворювачах змінного/постійного струму. Вона не враховує кожен резонанс в імпульсних джерелах живлення, тому підтвердьте прогноз на стенді.
Основні механізми зв'язку для електромагнітних перешкод
Шуму потрібен шлях, щоб стати проблемою. Основні механізми зв'язку для електромагнітних перешкод можна розділити на дві родини. Кожна родина діє по-своєму, і кожна з них потребує різного вирішення.
Провідні та радіаційні шляхи
Кондуктивний зв'язок потребує прямого контакту. Джерело та рецептор мають спільний провід, кабель, доріжку на друкованій платі або металевий корпус. Шум потім поширюється вздовж цього провідника як синфазний або диференціальний струм. Випромінювальний зв'язок працює по-іншому. Джерело та рецептор діють як радіоантени. Джерело випромінює електромагнітну хвилю через відкритий простір, і жертва її вловлює.
Шлях з'єднання | Механізм | Ключові характеристики |
|---|---|---|
Провідний | Шлях прямого контакту між джерелом та рецептором | Утворюється через лінію передачі, дріт, кабель, доріжку друкованої плати або металевий корпус; шум проявляється як синфазний або диференціальний режим на провідниках. |
Випромінюється | Джерело та рецептор діють як радіоантени | Джерело випромінює електромагнітну хвилю, яка поширюється у відкритому просторі та вловлюється жертвою |
Також існує індуктивний зв'язок, як ємнісний, так і магнітний. Вважайте його рідкісним явищем поруч зі провідними та випромінюваними шляхами. Під час налагодження несправної плати перевіряйте випромінювання, провідність або індуктивний чи ємнісний зв'язок у такому порядку. Перші два пояснюють більшість несправностей.
Чому поєднання фігур макета
Компонування визначає, наскільки сильним стає кожен механізм електромагнітного зв'язку. На технічному семінарі було використано реальний виміряний перетворювач постійного струму в постійний струм, щоб продемонструвати це. Різні схеми друкованих плат безпосередньо змінювали електромагнітну сигнатуру перетворювача. Розміщення та вибір пасивних компонентів також змінювали характеристики електромагнітної сумісності. На тому ж семінарі були представлені стратегії фільтрації для дотримання обмежень класу B CISPR32 від 150 кГц до 1 ГГц. Цей діапазон показує, що зв'язок, керований компонуванням, повинен керуватися разом із фільтрацією.
Близькість компонентів має значення всередині самого фільтра:
Магнітний зв'язок ближнього поля між дроселями PFC та CM може погіршити втрати, що вносяться фільтром електромагнітних перешкод.
Компонування, екранування та конструкція дроселя CM зменшують магнітний зв'язок ближнього поля та пригнічують шум.
Зв'язок між двома шунтируючими конденсаторами змінює поведінку фільтра; негативний взаємний зв'язок може компенсувати ESL конденсатора.
У CLC-фільтрі балансування паразитного індуктивного та ємнісного зв'язку між конденсаторами оптимізує продуктивність.
У двоступеневому фільтрі метод послідовного інтегрування індуктивності використовує зв'язок ближнього поля для покращення характеристик низькочастотного DM.
Гарне розташування знижує викиди ще до додавання будь-якої деталі фільтра. Спочатку виправте геометрію, а потім налаштуйте фільтр.
Диференціальний режим проти синфазного шуму
Визначення шуму DM та CM
Ви не можете виправити шум, доки не знаєте, який режим його передає. Ці два режими відрізняються напрямком, шляхом та методом лікування.
Синфазний режим означає сигнали або шум, які протікають однаково в парі ліній; диференціальний (нормальний) режим означає сигнали або шум, які протікають у протилежних напрямках в парі ліній.
Диференціальний шум виходить по одному провіднику та повертається по зворотному шляху. Синфазний шум протікає однаково по обох лініях і повертається через землю або шасі. Ця різниця визначає, який фільтр ви оберете.
Аспект | Диференціальний режим шуму | Синфазний шум |
|---|---|---|
Визначення | Шум передається через два провідники, один вихідний, а один зворотний | Шумовий струм, який надходить незалежно від шляхів виходу/звороту та протікає однаково через два провідники |
Поточний напрямок | Протилежні напрямки (струми компенсують один одного); також називається нормальним режимом | Однаковий напрямок через обидва провідники |
Розмноження | Залишається в парі ліній живлення/сигналу | Поширюється на широку територію, хоча й при низьких рівнях напруги |
Типове походження | Струми живлення та сигналу | Випромінюваний шум, що просочується через металевий корпус або підлогу в інше обладнання |
Придушення | Зрізано LC-фільтрами (індуктор + конденсатор) | LC-фільтри не працюють; потрібен синфазний фільтр плюс конденсатор на вхідному каналі. |
Один лише LC-фільтр не зупинить синфазні електромагнітні перешкоди . Вам потрібен синфазний дросель та конденсатор на вході.
Вимірювання шуму за допомогою LISN
Мережа стабілізації імпедансу лінії забезпечує стабільний опорний сигнал для вимірювань шуму перетворювача змінного/постійного струму. Вона показує встановлений імпеданс перетворювача та ізолює мережу. Мережа видає дві напруги: одну на фазній лінії (Vp) і одну на нейтральній лінії (Vn). Вони пов'язані зі струмами режиму за формулою Vp = 50(ICM + IDM) та Vn = 50(ICM − IDM), де 50 в Омах. Додайте два виходи, і диференціальний член скасовується, залишаючи вдвічі більшу за синфазну напругу. Відніміть їх, і синфазний член скасовується, залишаючи вдвічі більшу за диференціальну напругу режиму. Зробіть це перед вимірюванням, оскільки аналізатор втрачає фазову інформацію.
Практична послідовність допомагає:
Пам'ятайте, що LISN вимірює суму обох мод і не може розділити їх окремо.
Затисніть радіочастотний струмовий зонд навколо фази та нейтралі, щоб зчитати синфазний струм.
Прокладіть два дроти в протилежних напрямках через зонд, щоб зчитати струм диференціального режиму; показник має бути високим на 6 дБ.
Не перевищуйте максимальний номінальний струм зонда.
Порівняйте обидва показники, щоб побачити, яка мода домінує , а потім виберіть розмір фільтра.
Цей крок підкаже вам, чи потрібно додавати індуктивність DM чи конденсатори X. Він також показує, коли кондуктивні випромінювання надходять із синфазного шляху.
Вибір фільтрів електромагнітних перешкод для входів постійного/постійного струму
Коли ви вибираєте електромагнітні фільтри для входу постійного/постійного струму, спочатку запитайте себе, яка частота кута вам потрібна. Встановіть кут LC приблизно на одну десяту частоти комутації. Перетворювачу на 1 МГц потрібен кут 100 кГц. З таким зазором ідеальний низькочастотний електромагнітний фільтр другого порядку забезпечує близько 40 дБ ослаблення на основній частоті. Реальні плати дають менше, часто близько 30 дБ, оскільки конденсаторний ESL та індуктивність доріжок вирівнюють криву.
Параметр | Мета | Практична примітка |
|---|---|---|
Частота відсікання | Близько 1/10 частоти комутації | Ідеальне затухання близько 40 дБ на основній частоті |
Нахил затухання | Ідеально 40 дБ/декаду | Паразити зменшують реальний нахил |
Значення індуктора | від 0.47 мкГн до 22 мкГн | Менша індуктивність зменшує DCR та розмір |
від 1 мкФ до 100 мкФ | Перевірте номінальну напругу та температурний дрейф | |
Демпфування Q | 0.5 до 0.8, | Додайте демпфуючий конденсатор ємністю 3–4× більший за вхідний конденсатор |
Основи LC-фільтра та падіння напруги
Найпростішим вибором є один LC-фільтр низьких частот. π-фільтр або багатокаскадна мережа підходять для жорсткіших обмежень або для джерела з значними коливаннями імпедансу. Більша кількість конденсаторних каскадів покращує ослаблення високих частот, але вони збільшують пусковий струм і змінюють демпфування. Перевіряйте стабільність ще раз після додавання кожного каскаду.
Слідкуйте за падінням напруги постійного струму на індуктивності. Падіння напруги постійного струму займає запас ходу, і деталь, розрахована на піковий струм, все ще може досягати насичення під час гарячого підключення. Розмір індуктивності має бути підібраний для пікового струму, а не для середнього струму. Тримайте петлю з високим рівнем di/dt короткою: розмістіть індуктивність близько до вхідних контактів перетворювача та поверніть струм по вузькому шляху.
Демпфування для стабільності та зменшення CM
Незатухаючий фільтр кільцеподібний. Вихідний імпеданс фільтра повинен залишатися значно нижчим за вхідний імпеданс перетворювача по всій смузі пропускання контуру керування. Це критерій Міддлбрука, і його ігнорування призводить до глибоких провалів напруги, тривалих перерегулювань та вхідних коливань. Ви можете перевірити та вибрати електромагнітні фільтри за цим правилом, перш ніж торкатися паяльника.
Існує кілька варіантів амортизації:
Магнітні матеріали з високими втратами (Micrometals Mix-41, 44 та 73) пригнічують резонанси фільтрів під час пропускання основного струму.
Демпферні схеми утримують пік на частоті зрізу нижче 2–3 дБ, що зупиняє посилення шуму в таких тестах, як MIL-STD-461F/G CS101.
RC-гасники та резистивне демпфування у фільтруючих конденсаторах стабілізують характеристику.
Активне демпфування – це ще один варіант, коли пасивні компоненти займають забагато місця на платі.
Використовуйте аналіз частотної характеристики для перевірки затухання, а не лише тестування в часовій області. Варто врахувати один компроміс: збільшення коефіцієнта посилення петлі зворотного зв'язку покращує зменшення шуму та фільтрацію електромагнітних перешкод, але може зменшити запас по фазі, якщо ви не компенсуєте його належним чином. Для синфазного режиму додайте дросель та конденсатор Y на вході; один лише LC-каскад не зупинить його. Ці типи фільтрів електромагнітних перешкод працюють разом, і правильне поєднання утримує випромінювання в межах допустимого рівня.
Конструкція передньої частини змінного/постійного струму для низького рівня електромагнітних перешкод
Випрямлення, об'ємні конденсатори та обмеження пускового струму
Вхідний конденсатор встановлює рівень шуму для всього, що відбувається після нього. Почніть з об'ємного конденсатора . Незаряджений електролітичний елемент діє як коротке замикання постійного струму під час увімкнення живлення. Це коротке замикання створює великий пусковий струм, а кидок створює навантаження на випрямлячі, запобіжники, роз'єми та сам конденсатор. Розмір обмежувача пускового струму враховує накопичену енергію та частоту її повторення, а не лише перше підключення.
ESR конденсатора змінюється більше, ніж пульсації. Дуже низький ESR може збільшити пікові струми випрямляча, тому збалансуйте вибір деталі з її компонуванням та малим послідовним опором, замість того, щоб покладатися лише на конденсатор. Під час заміни деталі перевірте ESR у порівнянні з частотою та зниженням номінальних характеристик пульсацій. Номінальний струм пульсацій та ESR визначають, чи витримає деталь, а не лише ємність та напруга.
Параметр / Вибір | Вплив на пульсацію | Вплив на пускове навантаження / напругу випрямляча | Примітка щодо дизайну |
|---|---|---|---|
ESR конденсатора (занадто низький) | Змінює пульсації на виході; взаємодіє з ESL для зв'язку гудіння/шуму | Дуже низький ESR може збільшити пікові струми випрямляча | Балансування за допомогою компонування та опціонального опору малої серії |
ESR конденсатора (відрізняється від оригінального) | Змінює пульсації на виході та стабільність контуру керування | Змінює поведінку при пуску | Перевірка ESR в залежності від частоти та зниження пульсацій |
Номінальний струм пульсацій | Замінник з нижчим рейтингом може нагріватися сильніше та швидше старіти | - | Пульсаційний струм та ESR визначають живучість |
Об'ємна ємність | - | Незаряджений електроліт виглядає як коротке замикання постійного струму під час увімкнення. | Використовуйте NTC, активний обмежувач або резистор/реле попереднього заряду |
Розміщення випрямляча/поворотного вузла | Розміщення конденсатора близько до випрямляча зменшує пульсації зв'язку | - | Зіркоподібне заземлення та RC/LC-фільтрація допомагають чутливим рейкам |
Паралельне з'єднання конденсаторів | Збільшує здатність до пульсацій та знижує ефективну ESR | - | Симетрична мідна траса та узгоджені області петлі рівномірно розподіляють струм |
Розмістіть об'ємний конденсатор близько до випрямляча та зворотного вузла. Зіркоподібне заземлення та RC- або LC-фільтрація на чутливих шинах усувають гудіння та шумовий зв'язок. Паралельне підключення конденсаторів підвищує стійкість до пульсацій та знижує ефективний ESR, якщо ви рівномірно прокладаєте мідні провідники та зіставляєте ділянки контуру для рівномірного розподілу струму.
Для пускового струму, термістор з відрицальним температурним коефіцієнтом (NTC) є дешевим і простим, але він нагрівається і витрачає енергію після запуску. Активне обмеження коштує дорожче і потребує логіки керування, але воно усуває втрати в сталому режимі. Перш ніж приймати рішення, зважте тепловий запас з вартістю матеріалів та складністю складання.
Коригування коефіцієнта потужності (PFC), конденсатори Y та дроселі CM
Каскад корекції коефіцієнта потужності (PFC) додає власний шум перемикання поверх основного перетворювача. Його частота перемикання та гармоніки взаємодіють з вашим вхідним фільтром, тому розглядайте PFC та фільтр як одну конструктивну проблему. Перевірте кут фільтра відносно частоти перемикання PFC, а потім перевірте загасання на стенді.
Захисні конденсатори розташовані у фільтрі електромагнітних перешкод на вході джерела живлення, часто поруч із феритовими дроселями на вхідному кабелі та дроселями синфазного або диференціального режиму в каскадах фільтрації. Конденсатори класу Y обробляють синфазний шум, забезпечуючи спільну точку шунтування із землею. Для входу змінного струму до джерела постійного струму один конденсатор класу Y з'єднує лінію із землею, а інший — нейтраль із землею.
Y-подібні конденсатори призначені для фільтрації синфазного шуму та підключаються між лінією та шасі. У пристроях переднього підключення змінного струму використовується інтегрований вхідний фільтр, що складається з синфазного дроселя разом з Y-подібними та X-подібними конденсаторами.
Компонент
Розміщення (з'єднання)
Роль у фільтрації електромагнітних перешкод
Y-подібні конденсатори (CY)
Лінія-земля та нейтраль-земля
Фільтр синфазного шуму
Синфазні дроселі (L1, L2)
Послідовно на лінії та нейтралі
Забезпечити індуктивність для синфазної фільтрації
X конденсаторів (CX)
Лінія-нейтраль
Шум диференціального режиму фільтра
Розмістіть дросель CM перед конденсаторами Y у шляху струму, а зворотний шлях конденсатора Y має бути коротким і прямим до шасі. Довгі зворотні доріжки додають індуктивність і псують шунт. Така схема є основою низькоманітної конструкції імпульсних джерел змінного/постійного струму, і вона має найбільше значення, коли ви вибираєте фільтри електромагнітних перешкод для жорстких обмежень. Хороші характеристики кондуктивних електромагнітних перешкод у перетворювачах змінного/постійного струму залежать від геометрії переднього кінця так само, як і від значень компонентів. Розглядайте перетворення змінного/постійного струму як ланцюг: випрямляч, каскад об'ємного струму, коригування коефіцієнта потужності, а потім фільтри. Кожна ланка формує випромінювання, які ви повинні придушити.
Топологія та вибір трансформатора
Компроміси між резонансним зворотним струмом та LLC
Обрана вами топологія визначає рівень шуму ще до того, як ви оберете фільтрувальну деталь. Зворотній транзистор є частиною сімейства ШІМ-транзисторів з жорстким перемиканням. Транзистор вмикається, коли на ньому все ще є велика напруга. Паразитна ємність заряджається до цієї напруги, а потім скидає свою енергію через транзистор під час увімкнення. Ця енергія випромінюється у вигляді тепла та електромагнітної радіації.
Резонансний перетворювач LLC працює по-іншому. Його резонансний бак вирівнює хвилю ввімкнення з власними формами хвиль напруги та струму, тому ключ бачить нульову напругу (ZVS). Плавне перемикання зменшує втрати ємнісного скидання. Результатом є краща електромагнітна сумісність на високих рівнях потужності, де жорстко перемиканому зворотно-поворотному перетворювачу важко.
атрибут | Летіти назад | ТОВ «Резонанс» |
|---|---|---|
Режим перемикання | Жорстке перемикання під дією напруги | М'яке перемикання через резонансний бак (ZVS) |
Втрата при вмиканні | Ємнісна енергія, що скидається у вигляді тепла та електромагнітної енергії | Синхронізоване перемикання з природними формами хвиль |
Наслідки електромагнітних перешкод | Гірше при високій частоті та високій напрузі | Зменшення втрат, покращена сумісність |
Компроміс у дизайні | Простіше регулювання | Краще електромагнітне випромінювання, складніше регулювання |
Ви розплачуєтеся за коефіцієнт посилення LLC складнішим керуванням. Регулювання вихідного сигналу зазвичай потребує частотної модуляції, тоді як конструкція підтримує ZVS. Виберіть зворотний хід для низької потужності та простого керування. Виберіть LLC, коли при вищій потужності важливі як ефективність, так і викиди.
Конструкція трансформатора та зворотний зв'язок оптопари
Трансформатор діє як антена, так і як магнітна деталь. Спосіб розташування обмоток у вікні безпосередньо впливає на індуктивність розсіювання та паразитну ємність, і обидва ці фактори впливають на електромагнітні перешкоди та ефективність. Щільне нашарування забезпечує низький рівень розсіювання, що знижує енергію, яку повинен поглинати ваш демпфер або затискач. Чергування також посилює зв'язок, але може збільшити ємність.
Міжобмоткова ємність передає синфазний шум через ізоляційний бар'єр. Висока ємність погіршує продуктивність синфазного шуму та створює більше навантаження на фільтри електромагнітних перешкод. Сендвіч-структура (первинна-вторинна-первинна) зменшує витік, хоча й робить ізоляцію міцнішою. Екрануючі обмотки та синфазні дроселі часто стають необхідними для дотримання обмежень щодо кондуктивного та випромінюваного шуму.
Примітка: вибирайте діаметр дроту навмисно. Менший діаметр зменшує паразитну ємність та скін-ефект, але це коштує вам вищої щільності струму.
Петля зворотного зв'язку оптопари замикається через той самий бар'єр. Тримайте оптопару та її компенсаційну мережу подалі від комутаційного вузла та прокладайте доріжку зворотного зв'язку подалі від зазору трансформатора. Шум, який потрапляє в ланцюжок зворотного зв'язку, проявляється як тремтіння, а тремтіння розсіює спектр електромагнітних випромінювань таким чином, на який ваш фільтр не був налаштований. Під час перетворення змінного струму в постійний струм, розглядайте трансформатор, бар'єр та петлю зворотного зв'язку як одну проблему компонування.
Стратегії проектування електромагнітної сумісності (ЕМС) та електромагнітних перешкод (ЕМП) для компонування
Розміщення фільтра та шляхи високочастотного струму
Хороші стратегії проектування з урахуванням електромагнітної сумісності (ЕМС) та електромагнітних перешкод (ЕМП) починаються зі зворотного шляху. Високочастотний струм проходить шляхом найменшого імпедансу, а не тим шляхом, який ви намалювали на схемі. Надайте цьому струму суцільну площину заземлення, і він залишиться під доріжкою. Уникайте розщеплення землі під високочастотними доріжками. Якщо ви не можете уникнути розщеплення, з'єднайте його зшиваючим конденсатором.
Розмістіть вхідні фільтри безпосередньо біля роз'єму, перш ніж шум пошириться по всій платі. Тримайте імпульсні стабілізатори подалі від радіочастотних та аналогових секцій. Високочастотні доріжки короткими та використовуйте вигини під кутом 45 градусів або криволінійні замість кутів 90 градусів.
Стратегія макета | Ключова практика | Керівництво |
|---|---|---|
Тверда заземлена площина | Дайте повний шар землі | Зберігає зворотний струм під трасою |
Розкол землі | Подолання проміжків за допомогою зшивальних конденсаторів | Зшивання конденсаторів через зазор |
Сліди охорони | Лінії, чутливі до боків, заземлені з перехідними отворами | Розташування перехідних отворів λ/20; зниження перехресних перешкод до ~20 дБ |
Розв'язка | Керамічні деталі з низьким рівнем ESL поблизу контактів живлення | 0.01–0.1 мкФ в межах 1–2 мм від контактів |
Контрольований опір | Зіставте імпеданс траси з системою | 50 Ом для ВЧ; FR-4 εr ≈ 4.2 |
Вибираючи фільтри електромагнітних перешкод, перевірте розташування компонента, а не лише його значення. Фільтр, розміщений після довгого тракту, вловлює шум, який цей тракт вже випромінював. Перевірте фільтри електромагнітних перешкод на реальній платі, використовуючи реальний зворотний шлях. Фільтрація працює лише тоді, коли шунтируючий конденсатор має короткий прямий шлях до землі.
Примітка: роздільний конденсатор, розміщений далеко від виводу, додає індуктивність і втрачає свою ефективність на високій частоті.
Шлях витоку, зазор та відстань згідно з IEC 62368
Безпечна відстань обмежує розташування фільтра раніше, ніж електричні характеристики. Стандарт IEC 62368 встановлює шлях витоку та зазор, які необхідно підтримувати поперек ізоляційного бар'єру. Y-конденсатори та синфазні дроселі розташовуються безпосередньо на цьому бар'єрі. Їхні контактні площадки, доріжки та пази повинні відповідати необхідній відстані.
Виміряйте шлях витоку вздовж поверхні та повітряний зазор. Проріз у платі збільшує шлях витоку, не додаючи висоти. Прокладіть зворотний вивід конденсатора Y безпосередньо до шасі та не допускайте потрапляння інших доріжок у цю зону. Перевірте відстань ще раз після переміщення фільтруючої деталі на наявність випромінювань. Схема, яка перевищує межі кондуктивності, все одно може не пройти перевірку безпеки.
Стандарти, обмеження та попередня відповідність
CISPR 32 та EN 55032 Межі кондуктивного та випромінюваного випромінювання
CISPR 32 та EN 55032 встановлюють граничні значення випромінювання , яких необхідно дотримуватися для мультимедійного обладнання. Стандарт охоплює як кондуктивне, так і випромінюване випромінювання. Для комерційного обладнання обмеження щодо кондуктивного випромінювання застосовуються від 9 кГц до 30 МГц. Обмеження щодо випромінювання починаються з 30 МГц і вище. Ваш вхідний каскад змінного/постійного струму підключений до мережі, тому він стикається з повним обмеженням кондуктивного випромінювання. Каскад постійного/постійного струму, що розташований нижче за течією, має тихіше джерело, але його комутаційний шум все ще проходить назад через перетворювач. Розглядайте вхід змінного струму як найсуворішу точку випробування.
LISN, який ви використовуєте, залежить від типу входу. Для комерційних мереж змінного струму потрібна мережа 50 мкГн + 5 Ом || 50 Ом, така як Tekbox TBLC08. Для автомобільних мереж постійного струму використовується мережа 5 мкГн || 50 Ом, така як Tekbox TBOH01. Обидва дають повторювані показники без безлунної камери.
Попереднє тестування на відповідність вимогам на стенді
Робочий процес на лабораторії виявляє більшість проблем ще до відвідування лабораторії. Виконайте такі кроки:
Визначте цільовий стандарт, такий як CISPR 32 або EN 55032.
Встановіть аналізатор спектру з попереднім підсилювачем, набором зондів ближнього поля та LISN над великою заземленою площиною.
Проскануйте плату та кабелі за допомогою зондів ближнього поля, щоб знайти гарячі точки.
Виправте компонування, екранування або фільтрацію, а потім повторно перевірте та порівняйте.
Подайте заявку на сертифікацію, як тільки запас буде виглядати безпечним.
Зонди ближнього поля працюють лише на близькій відстані, за кілька сантиметрів. Вони дають відносні показники, тому використовуйте їх для визначення джерел, а не для перевірки обмежень. Обмежувач перехідних процесів є обов'язковим. Перехідні процеси змінного струму при ввімкненні можуть розряджатися напругою до ±325 В у змішувальних діодах, розрахованих на радіочастотні перепади від +20 дБмВт до +30 дБмВт. Обмежувач, такий як Tekbox TBFL1, обмежує вихідний сигнал до +11 дБмВт при перевантаженнях 5 Вт.
Безпечні відстані згідно з IEC 62368 обмежують цю роботу. Y-подібні контактні площадки конденсаторів та CM-дросельні доріжки повинні витримувати необхідний шлях витоку та зазор. Перевіряйте відстані ще раз після кожної заміни фільтра.
Компроміси між теплоізоляцією, корпусом та DFM
Вплив тепла, екранування та корпусу
Тепло та екранування займають один і той самий простір всередині перетворювача. Конструкція корпусу, потік повітря та місце розташування деталей впливають на те, наскільки нагріваються деталі. Перевіряти зниження номінальних характеристик необхідно всередині корпусу, а не на відкритому робочому столі. Деталь, яка залишається холодною на робочому столі, може перевищити свій номінальний заряд після закриття корпусу.
Безперервна робота або робота в складних умовах потребує додаткового теплового запасу . Цей запас покриває старіння, накопичення пилу та найгірші умови. У невеликих корпусах з обмеженим потоком повітря навіть невеликі втрати ефективності можуть значно знизити корисну потужність. Сплануйте тепловий бюджет, перш ніж визначати механічну конструкцію.
Екранування безпосередньо змінює електромагнітні перешкоди. Модуль, встановлений на платі, часто розташовується поблизу вхідних з'єднань. Слабке екранування дозволяє випромінюваним перешкодам створювати кондуктивний шум на цих з'єднаннях. Пластикові корпуси модулів зазвичай взагалі не екранують. Додатковий комплект корпусу може зменшити випромінювання, що потрапляють у провідники джерела живлення. Поєднуйте механічні кроки з електричними: екранування, ретельне планування, менші площі контурів та тверді заземлюючі поверхні, а також фільтрацію, розв'язку, демпфування та шунтування. Таке поєднання допоможе вам досягти цільових показників відповідності, таких як EN 55022 Клас B.
Обмеження DFM на компоненти фільтра
Ваші електромагнітні фільтри повинні пройти через конвеєр , а не лише через лабораторію. Синфазні дроселі з тонким обривом дроту під час обробки. Великі конденсатори X потребують зон захисту, які суперечать вашій компоновці. Вибирайте деталі зі стандартними посадковими місцями та корпусом котушки. Переконайтеся, що установочний пристрій може витримати розмір та вагу корпусу.
Демпфуючи деталі збільшують вартість та необхідність етапів паяння. Демпфуючий конденсатор, розмір якого втричі-вчетверо перевищує вхідний, займає площу плати, і для нього може знадобитися інший діелектрик. Перевірте профіль паяння для кожної доданої деталі. Запитайте у виробника про ризик утворення надгробків на малих конденсаторах поблизу великих теплових мас.
Вимірювальні точки та налагоджувальні контактні площадки допомагають під час попередньої перевірки відповідності. Вони також збільшують витрати на обсяг. Вирішіть заздалегідь, які контактні площадки залишати, а які видаляти. Забезпечте стабільність розташування фільтра між версіями, оскільки переміщена контактна площадка змінює паразитне зв'язування та зміщує ваші результати кондуктивних вимірювань. Розглядайте кожну зміну фільтра як зміну конструкції, яка потребує нового сканування на стенді.
Почніть з типу шуму та шляху зв'язку. Потім виберіть та розмістіть фільтри відповідно. Такий порядок позбавить вас від здогадок.
Три звички мають найбільше значення. Демпфуйте кожен LC-каскад, щоб вхідний сигнал залишався стабільним. Дотримуйтесь обмежень щодо відстані між конденсаторами Y та IEC 62368, навіть після переміщення деталі. Заздалегідь виконайте попереднє випробування на відповідність стенду, щоб кондуктивні випромінювання виявилися раніше, ніж це станеться в лабораторії.
Розглядайте emi як ітеративне завдання на рівні плати, а не як виправлення після збою:
Встановіть цільові показники електромагнітної сумісності (ЕМС) під час розробки специфікації.
Поступово тестуйте за допомогою аналізатора спектру та зондів ближнього поля.
Налаштуйте лише частоти, що не працюють.
Зважте компроміси у виробництві заздалегідь. Екранування зменшує розсіювання тепла, а дрібнокрокові конструкції підвищують вартість. Залучіть розробника фільтрів та постачальника друкованих плат до розгляду перетворення змінного струму в постійний. Невеликі зміни вимог можуть призвести до повного перероблення конструкції.
FAQ
Який режим шуму слід використовувати першим, якщо сканування не вдається?
Розділіть моди, перш ніж торкатися деталі. Затисніть радіочастотний струмовий зонд навколо фази та нуля, щоб зчитати синфазний струм. Прокладіть два дроти в протилежних напрямках через зонд, щоб зчитати диференціальний режим. Порівняйте обидва показники, а потім підберіть розмір фільтра електромагнітних перешкод для домінантного режиму.
Чому LC-каскад не може зупинити синфазний шум?
Диференціальний струм протікає по одному провіднику та повертається по іншому. Синфазний струм протікає однаково по обох лініях та повертається через шасі або землю. LC-каскад шунтує лише перший шлях. Для придушення другого шляху потрібен дросель синфазного типу та конденсатор Y на вході.
Як запобігти дзвонінню або коливанням фільтра?
Тримайте вихідний імпеданс фільтра значно нижчим за вхідний імпеданс перетворювача по всій смузі пропускання контуру керування. Це критерій Міддлбрука. Додайте демпфування, щоб пік на частоті зрізу залишався низьким, і перевірте характеристику за допомогою аналізу частотної характеристики, а не лише за допомогою тестування в часовій області.
Де на платі повинні розташовуватися вхідні фільтри?
Розмістіть їх біля роз'єму, перш ніж шум пошириться по платі. Тримайте зворотний шлях конденсатора Y коротким і підключеним безпосередньо до шасі. Шунтуючому конденсатору потрібен щільний шлях до землі, інакше індуктивність доріжки псує його ефективність. Перевірте фільтри на реальній платі за допомогою реального зворотного шляху.
