З розвитком цифрових технологій для розробників електронного обладнання стає все більш серйозною проблема електромагнітної сумісності різних пристроїв. Компанія Murata, про яку ми детально розповідали в попередніх номерах нашого журналу, вже більше 10 років бере активну участь у вирішенні цієї проблеми.
Мал. 1. Причини виникнення (а) і способи придушення (б) електромагнітних завад
Механізм появи електромагнітних завад дуже складний і різноманітний. Для того щоб задовольнити всі вимоги клієнтів в області придушення електромагнітних перешкод, компанія Murata інвестує величезні кошти в дослідження цієї проблеми.Помімо розробки технології шумоподавляющіе фільтрів, Murata освоїла комерційне виробництво широкого спектру EMI-фільтрів під торговою маркою EMIFil ®.
Призначення EMI-фільтрів
Необхідність у використанні фільтрів виникає тоді, коли джерело перешкод і помехочувствітельное пристрій знаходяться в безпосередній близькості один від одного. Така ситуація зображена на рис. 1, а. Перешкода передається по провідникам, якими пов'язані різні пристрої або блоки одного пристрою, а також наводиться в них зовнішнім електромагнітним полем.
Мал. 2. Принцип роботи ємнісного фільтра
Для вирішення цієї проблеми можна, по-перше, зменшити рівень перешкод, що випромінюється самим пристроєм-передавачем (3), підвищити перешкодозахищеність приймача (4), або, що найбільш бажано, застосувати обидва способи (1), рис. 1, б.
Основні види EMI-фільтрів
Отже, EMI-фільтри призначені для придушення ВЧ-перешкод (шуму), що приходять від джерела сигналу або що наводяться в провідниках під дією зовнішнього електромагнітного поля.
Мал. 3. Класичний конденсатор і його еквівалентна схема
Шумоподавляющий ефект досягається за рахунок використання частотних властивостей конденсатора або котушки індуктивності.
Відповідно, EMI-фільтри підрозділяються на наступні види:
- використовують властивості конденсаторів;
- використовують властивості котушок індуктивності;
- комбіновані.
Розглянемо придушення ВЧ-шуму з використанням ємнісного фільтра (рис. 2). Конденсатор в такій схемі підключається між сигнальним провідником і «землею» пристрою. З ростом частоти повний опір конденсатора падає. Так як характер шуму в основному високочастотний, він відводиться конденсатором на землю. У таких фільтрах можуть використовуватися звичайні конденсатори, підбираючи ємність яких можна «вирізати» шум в заданому частотному діапазоні. Однак зі зростанням частоти ефективність таких фільтрів сильно падає, що пов'язано з паразитної індуктивністю висновків конденсатора (рис. 3).
Мал. 4. Трехвиводной конденсатор і його еквівалентна схема
У EMI-фільтрах фірми Murata використовується спеціальні трехвиводние прохідні конденсатори, що характеризуються зменшеним впливом індуктивності висновків на фільтруючі властивості EMI-фільтра. Такі конденсатори можуть використовуватися для придушення шуму на частотах понад 1 ГГц (рис. 4). Порівняльні характеристики ємнісних фільтрів наведені на рис. 5.
Мал. 5. Порівняльні характеристики класичного і трехвиводного конденсаторів
У разі використання індуктивного елемента він включається послідовно в зашумленную ланцюг. Опір індуктивності зростає зі збільшенням частоти, що дозволяє послабити або придушити шумові перешкоди (рис. 6).
Мал. 6. Принцип роботи індуктивного фільтра
Як і у випадку з конденсаторами, можна використовувати індуктивності загального призначення в якості EMI-фільтрів. Однак при цьому виникає небезпека виникнення резонансу в ланцюгах, що містять індуктивність і спотворення форми корисного сигналу.
Індуктивності, використовувані в EMI-фільтрах фірми Murata, при роботі на високих частотах за своїми властивостями наближаються до резистору, що, по-перше, зменшує ймовірність виникнення паразитних коливань, а по-друге, не спотворює форму корисного сигналу (рис. 7. R домінує на високих частотах).
Крім конденсаторних і індуктивних фільтрів, фірма Murata випускає комбіновані фільтри, що поєднують в собі властивості конденсатора і варістора. Фільтри цієї серії призначені для придушення викидів високої напруги і в основному використовуються у вхідних сигнальних ланцюгах комп'ютерних пристроїв.
Мал. 7. Еквівалентна схема індуктивних фільтрів Murata і їх частотні характеристики (X - індуктивна складова; R - активна складова; Z - повний опір)
На рис. 8 наведені порівняльні характеристики ємнісних і індуктивних EMI-фільтрів. Очевидно, що вноситься ємнісним фільтром загасання більш виражено в порівнянні з індуктивним фільтром на заданій частоті. Це й не дивно, якщо згадати пристрій ємнісних фільтрів Murata. Однак застосування цих фільтрів вимагає наявності «правильного» заземлення третьому висновку фільтра, що призводить до деякого ускладнення друкованої плати електронного пристрою. Фільтруючий ефект фільтрів індуктивного типу не так яскраво виражений, проте їх застосування не вимагає наявності «правильного» заземлення в місці монтажу фільтра.
Лінійка EMI-фільтрів Murata
Як вже було сказано вище, фірма Murata випускає дуже широкий спектр EMI-фільтрів різного призначення, здатний задовольнити будь-які запити клієнтів. Серед них фільтри конденсаторного і індуктивного типу - як вивідні, так і поверхневого монтажу. Основні види фільтрів поверхневого монтажу і їх технічні характеристики наведені в табл. 1. Дотримуючись загальносвітовим тенденціям, фільтри Murata стають все менше і менше. В даний час освоєно випуск індуктивних і конденсаторних фільтрів поверхневого монтажу розміром 0201.
EMI-фільтри для силових ланцюгів
Однак найбільш цікавими з точки зору вітчизняного конструктора-розробника є силові фільтри для роботи в ланцюгах змінного струму. Не секрет, що якість російських електричних мереж залишає бажати кращого. Пов'язано це, по-перше, з великою кількістю нерегулярних комутаційних імпульсних перешкод, що виникають при включенні або виключенні потужних споживачів, які здатні привести, наприклад, до збоїв в роботі комп'ютерних систем, а по-друге, з роботою величезного числа імпульсних перетворювачів напруги (блоків живлення). Неправильне проектування їх вхідних ланцюгів призводить до проникнення високочастотних складових (сотні кГц) з силовий ланцюг. Такі перешкоди призводять до важковловимий збоїв в роботі комп'ютерних систем, особливо пов'язаних зі збором даних від віддалених датчиків. Фільтри Murata дозволяють запобігти проникненню перешкод як з боку електричної мережі в пристрій, так і в зворотному напрямку, тим самим значно підвищуючи надійність його роботи.
Мал. 8 Порівняльні характеристики фільтрів ємнісного та індуктивного типу
Розглянемо основні серії фільтрів фірми Murata:
- Серія FKOB. Найпростіший EMI-фільтр загального призначення на тороїдальним сердечнику. Широкий діапазон робочих частот дозволяє здійснювати фільтрацію в додатках з невеликим рівнем шуму.
- Серія PLA10. Компактний високоефективний EMI-фільтр загального призначення. Висока індуктивність при невеликих розмірах. Стандартна і секційна намотування для придушення високочастотного шуму.
- Серія PLH10. Компактний високоефективний EMI-фільтр для придушення шуму в широкому частотному діапазоні. Область застосування: імпульсні джерела живлення, DC / DC-перетворювачі.
- Серія PLY10. Компактний високоефективний EMI-фільтр, що поєднує в собі як фільтр загального призначення, так і фільтр, призначений для запобігання попаданню диференціальних шумів, що виникають при роботі електронного пристрою, зокрема джерел живлення і DC / DC-перетворювачів, які використовують сигнали прямокутної форми.
Основні технічні характеристики фільтрів цієї серії наведені в табл. 2 і на рис. 9.
На жаль, обсяги статті не дозволяють помістити повну інформацію про EMI-фільтрах компанії Murata. Ми плануємо повернутися до цієї розмови в одному з наступних номерів журналу.
Мал. 9. Фільтри компанії Murata для силових ланцюгів
Інші статті на цю тему:
Якщо Ви помітили будь-які неточності в статті (відсутні малюнки, таблиці, недостовірну інформацію і т.п.), прохання повідомити нам про це. Будь ласка вкажіть посилання на сторінку і будьте готовими описати проблему.