Будьте осторожны с вводом

При проектировании фильтров электромагнитных помех решающее значение для получения желаемых вносимых потерь имеет то, как и где фильтр установлен. Обычно при проектировании фильтра не учитывается влияние неправильного расположения или установки и возникают сюрпризы.

Несколько недель назад я работал над продуктом компании, которая терпела неудачу в области кондуктивных выбросов. Изделие питалось от сети 240 В, 50 Гц (Европа), потребляющей ток 10 А, и в конструкцию был включен специальный фильтр, чтобы попытаться соответствовать правилам по кондуктивным излучениям в диапазоне 9 кГц-30 МГц.

Схема фильтра, используемого в этом продукте, показана на рисунке 1. Фильтр состоял из двух конденсаторов X2 емкостью 100 нФ, одного синфазного дросселя емкостью 470 мкГн и двух конденсаторов емкостью 4,7 нФ.

Рисунок 1: Схема исследуемого фильтра.

Но результаты, полученные компанией в испытательном центре ЭМС, были действительно плохими (> 20 дБ) по сравнению с ожидаемыми результатами теории и моделирования в диапазоне от 1 МГц до 10 МГц.

Когда фильтр не работает должным образом, я обычно проверяю некоторые типичные моменты:

В ходе анализа я смог определить, что ни один из предыдущих эффектов не был причиной проблемы, поэтому я пошел проверить, как подключен фильтр, и обнаружил, что вход и выход фильтра очень близки друг к другу. Это опасная ситуация, особенно для диапазона высоких частот.

Я частично воспроизвел эффект, чтобы вы могли понять суть (точная идентификация и фотографии системы остаются конфиденциальными).

Предположим, например, что у вас есть экранированный фильтр, показанный на рисунке 2. Обратите внимание, что теоретически мы ожидаем отклика дифференциальной фильтрации нижних частот.

Рисунок 2. Фильтр, использованный в нашем примере в «идеальном» макете.

Теперь рассмотрим рисунок 3, где фильтр установлен так, что входной и выходной кабели расположены близко друг к другу.

Рисунок 3: Фильтр, используемый в нашем примере, с небольшим расстоянием между входными и выходными проводами.

Теперь положение кабелей создает некую связь между входом и выходом фильтра. Эта связь может быть емкостной (электрическое поле) и индуктивной (магнитное поле), поэтому теоретическая характеристика фильтра нижних частот является «короткозамкнутой», и сигналы могут легко переходить от входа к выходу (особенно в высокочастотном диапазоне). На рисунках 2 и 3 я не рассматриваю паразитное воздействие компонентов.

Чтобы проверить установку фильтра в нашем изделии, я использовал сетевой анализатор Bode 100 при выключенном изделии. Результаты представлены на рисунке 4.

Рисунок 4: Измеренный отклик фильтра при хорошей и плохой прокладке проводов ввода-вывода.

Обратите внимание, что на отклик на низких частотах (<600 кГц) не влияет паразитная обратная связь ввода-вывода. Но при наличии обратной связи ввода-вывода оно ухудшается до 30 дБ в диапазоне частот 1–10 МГц, как показано на рисунке 3.

Интересно отметить по нашим измерениям пик отклика на частоте 361 кГц (курсор 1, зеленый). Это очень опасная ситуация, если пик превышает 0 дБ и не связан с обратной связью ввода-вывода (тема для будущей статьи).

Обратите также внимание на то, как в фильтре нижних частот преобладают паразитные компоненты на частотах выше 2,5 МГц (курсор 2, оранжевый).

Мой последний совет: при проектировании фильтра как в проводном, так и в печатном формате БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ с обратной связью ввода-вывода. Постарайтесь правильно проложить линии, чтобы минимизировать паразитную обратную связь, ухудшающую отклик фильтра на высоких частотах.

Рекомендации

Артуро Медиано получил степень магистра наук. (1990 г.) и степень доктора философии (1997 г.) в области электротехники в Университете Сарагосы (Испания), где с 1992 г. он занимал преподавательскую должность в EMI/EMC/RF/SI. С 1990 г. он занимался исследованиями и разработками. проекты в области EMI/EMC/SI/RF для коммуникаций, промышленности и научных/медицинских приложений с солидным опытом обучения, консультирования и устранения неполадок для компаний в Испании, США, Швейцарии, Франции, Великобритании, Италии, Бельгии, Германии, Канаде, Нидерланды, Португалия и Сингапур. Он является основателем The HF-Magic Lab®, специализированной лаборатории по проектированию, диагностике, поиску и устранению неисправностей и обучению в области электромагнитных помех/ЭМС/СИ и радиочастот в I3A (Университет Сарагосы), а с 2011 года он является инструктором по Besser Associates (Калифорния, США) предлагает публичные и выездные курсы по предметам EMI/EMC/SI/RF в США, особенно в Силиконовой долине/районе залива Сан-Франциско. Он является старшим членом IEEE, активным членом с 1999 г. (председатель 2013–2016 гг.) Технического комитета MTT-17 (HF/VHF/UHF) Общества теории и техники микроволнового излучения и членом Общества электромагнитной совместимости. С Артуро можно связаться по адресу [email protected].