Как выбрать силовой ЭМИ-фильтр

Импульсные преобразователи по определению являются источниками повышенного уровня шума и электромагнитного излучения (ЭМИ). В результате разработчикам приходится тратить много времени и сил на борьбу с источниками шума и фильтрацию помех. Однако, даже если источник питания соответствует нормативным актам, его добавление в состав конечного изделия может привести к превышению допустимого уровня шумов, что потребует дополнительной фильтрации для получения одобрения регулирующих органов. Готовые фильтры электромагнитных помех (ЭМИ-фильтры), при правильном выборе, оказываются самым простым способом снижения шумов и обеспечения требований нормативных актов
880
В избранное

Импульсные преобразователи по определению являются источниками повышенного уровня шума и электромагнитного излучения (ЭМИ). Быстрые переключения силовых ключей характеризуются высокими значениями di/dt и dv/dt, что и приводит к появлению шума в широком диапазоне частот. В большинстве стран мира регулирующие организации устанавливают ограничения на допустимый уровень генерируемых шумов и ЭМИ. В результате разработчикам приходится тратить много времени и сил на борьбу с источниками шума и фильтрацию помех. Однако, даже если источник питания соответствует нормативным актам, его добавление в состав конечного изделия может привести к превышению допустимого уровня шумов, что потребует дополнительной фильтрации для получения одобрения регулирующих органов. Готовые фильтры электромагнитных помех (ЭМИ-фильтры), при правильном выборе, оказываются самым простым способом снижения шумов и обеспечения требований нормативных актов.

ЭМИ и электромагнитная совместимость

Проблемы с электромагнитной совместимостью (ЭМС) возникают при наличии трех факторов: источника помех, приемника помех и пути распространения помех.

Источниками являются те устройства или узлы схемы, которые в процессе своей работы генерируют помехи. Кроме импульсного источника питания помехи могут генерировать и другие устройства, например, микропроцессоры, видеодрайверы, ВЧ-генераторы и т. д.

Шум, создаваемый источником помех, может распространяться в пространстве двумя способами. Первый – в виде радиочастотного излучения, которое представляет собой электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве и воздействующие на окружающие объекты. Второй – в виде кондуктивных помех, передающихся по проводникам электронного устройства (например, по трассам и полигонам печатной платы, по выводам компонентов, по проводам и т. д.). Помехи могут проникать в цепи питания и воздействовать на другое оборудование, подключенное к этим же линиям.

Приемники помех – это устройства, которые испытывают на себе воздействие внешних шумов. В качестве приемников могут выступать практически все аналоговые и цифровые схемы.

При испытаниях электромагнитной совместимости уровни кондуктивных и радиочастотных помех измеряются отдельно. Каждый из этих типов помех имеет собственные допустимые значения и характерный частотный диапазон. Кроме того, методы борьбы с этими помехами также отличаются. Радиочастотные помехи охватывают более высокий частотный диапазон (обычно от 30 МГц до 1000 МГц), и поскольку они распространяется в пространстве, то бороться с ними очень сложно. Помимо грамотной расстановки компонентов для ослабления радиочастотных шумов можно использовать экранирование. Кондуктивные помехи охватывают более низкий частотный диапазон (обычно от 0,15 МГц до 30 МГц), и, поскольку они распространяются по проводникам, то для борьбы с ними применяют ЭМИ-фильтры. Для фильтрации помех можно использовать фильтры, созданные из дискретных компонентов, а можно воспользоваться готовыми модульными ЭМИ-фильтрами.

ЭМИ-фильтры и системные требования

У разработчиков, решивших воспользоваться готовым ЭМИ-фильтром (рис. 1), могут возникнуть некоторые проблемы с выбором подходящей модели. В таких случаях для начала следует убедиться, что выбранный фильтр соответствует требованиям системы по основным электрическим параметрам. Основными электрическими параметрами фильтра являются:

  • Номинальное напряжение, которое характеризует максимальное допустимое напряжение, которое можно подавать на вход фильтра. Превышение этого напряжения может привести к повреждению компонентов внутри фильтра.
  • Напряжение изоляции, которое измеряется между входными линиями и землей/заземлением.
  • Номинальный ток, который определяет максимальный ток, который может протекать через фильтр в указанном диапазоне рабочих температур.
  • Диапазон рабочих температур – разрешенный диапазон температур, в котором разрешена работа фильтра.
  • Ток утечки – характеризует ток, который протекает от входов фильтра на землю / корпус. Необходимо понимать, что фильтр электромагнитных помех будет вносить дополнительный вклад в общий ток утечки, суммируясь с током утечки самого источника питания. Существуют допустимые значения токов утечки, определяемые с учетом требуемого уровня безопасности. Разработчик должен помнить об этой особенности.

Пример ЭМИ-фильтра

Рис. 1. Пример ЭМИ-фильтра

Характеристики ЭМИ-фильтра

После выбора ЭМИ-фильтра, который потенциально отвечает требованиям системы по основным электрическим параметрам, необходимо проверить фактическую эффективность его фильтрации на практике. В документации обычно приводят два графика вносимого ослабления фильтра: один для синфазных помех, а второй для дифференциальных (см. рисунки 2 и 3.). Эти графики показывают, насколько будет ослабляться сигнал, проходя через фильтр.

Вносимое ослабление – это отношение сигнала на входе фильтра к сигналу на выходе, измеряемое в децибелах, как показано в следующем уравнении:

Ослабление (дБ) = 20 Log 10 (нефильтрованный сигнал/ отфильтрованный сигнал)

Это уравнение можно решить относительно выходного отфильтрованного сигнала следующим образом:

Отфильтрованный сигнал (дБ) = нефильтрованный сигнал (дБ) - ослабление (дБ)

Ослабление синфазных помех

Рис. 2. Ослабление синфазных помех

Ослабление дифференциальных помех

Рис. 3. Ослабление дифференциальных помех

В некоторых случаях в документации на фильтр отсутствуют графики ослабления, а вместо этого приводятся значения затухания шума для конкретных частотных диапазонов в виде таблицы. Например, в таблице может быть указано ослабление 30 дБ в диапазоне от 150 кГц до 1 ГГц.

Последний пункт, который следует учитывать при выборе фильтра, заключается в том, что сопротивление источника и нагрузки влияет на поведение фильтра. Ослабление, вносимое фильтром и указанное в документации, относится к случаю конкретного импеданса (обычно 50 Ом). Очевидно, что импеданс разрабатываемой схемы может быть совсем другим. Таким образом, хотя фильтр может хорошо выглядеть на бумаге, важно протестировать его работу в условиях конкретного приложения, чтобы проверить его эффективность с учетом особенностей источника и нагрузки.

Выбор ЭМИ-фильтра

При выборе ЭМИ-фильтра желательно, чтобы источник питания прошел предварительные испытания на электромагнитную совместимость, чтобы иметь представление об уровне его кондуктивных помех. Результаты этих испытаний подскажут разработчику, на каких частотах возникают проблемы, а также масштаб этих проблем. Полученную информацию можно сопоставить с графиком ослабления, вносимого ЭМИ-фильтром, и определить, обеспечивает ли данный фильтр достаточное затухание на требуемых частотах и позволит ли он пройти испытания на ЭМС. Например, если уровень синфазных помех источника питания при выполнении предварительных испытаний превысил требуемое значение на 64 дБ (500 кГц) (рис. 4), то при использовании дополнительного ЭМИ-фильтра с ослаблением -75 дБ (на частоте 500 кГц) (рис. 5), можно ожидать итогового запаса около 11 дБ (на частоте 500 к Гц).

Частотный спектр устройства с фильтром и без него

Рис. 4. Частотный спектр устройства с фильтром и без него

Ослабление, вносимое ЭМИ-фильтром

Рис. 5. Ослабление, вносимое ЭМИ-фильтром

Кроме того, следует убедиться, что ослабления, вносимого фильтром, будет достаточно, чтобы пройти испытания на ЭМС во всем частотном диапазоне. Если же в документации на фильтр приводится всего лишь одно значение затухания, то следует убедиться, что этого ослабления хватит для поглощения самой мощной помехи схемы.

Вывод

Импульсные источники питания являются мощными источниками электромагнитных помех, что вынуждает разработчиков использовать дополнительную фильтрацию, чтобы предотвратить негативное влияние шумов на другие электронные устройства. Большинство импульсных источников питания имеют входные ЭМИ-фильтры, но из-за широкого спектра приложений этого не всегда хватает для того, чтобы успешно пройти окончательные испытания ЭМС в составе конечной системы. Готовые фильтры электромагнитных помех – это быстрый и простой способ уменьшения уровня помех, в тех случаях, когда встроенного фильтра оказывается недостаточно. Готовые ЭМИ-фильтры помогают существенно снизить время разработки. В настоящее время на рынке присутствуют различные типы фильтров: фильтры для цепей переменного напряжения, фильтры для цепей постоянного напряжения, фильтры для монтажа на плату, корпусные фильтры с монтажом на DIN-рейку и т.д.

Источник: https://www.cui.com/blog/how-to-select-an-emi-power-filter

Производитель: Murata Electronics Inc.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
BNX002-01
BNX002-01
Murata Electronics Inc.
Арт.: 56426 ИНФО PDF
Доступно: 1355 шт. 242,00
FILTER, DC POWER, 10A; Current Rating:10A; Depth, External:11mm; Frequency, Max:1GHz; Frequency, Min:1MHz; Insertion Loss:40dB; Length / Height, External:13mm; Resistance, Insulation:100Mohm; Voltage Rating, DC:50V; Voltage, Test:125V; Width, External:12mm
BNX002-01 242,00 от 15 шт. 220,00 от 31 шт. 212,00 от 65 шт. 202,00 от 200 шт. 192,00
1355 шт.
(на складе)
BNX003-01
BNX003-01
Murata Electronics Inc.
Арт.: 196008 ИНФО PDF
Доступно: 1349 шт. 243,00
FILTER, DC POWER; Current Rating:10A; Depth, External:11mm; Frequency, Max:5MHz; Frequency, Min:1GHz; Insertion Loss:40dB; Length / Height, External:13mm; Resistance, Insulation:100Mohm; Voltage Rating, DC:150V; Voltage, Test:375V; Width, External:12mm
BNX003-01 243,00 от 15 шт. 221,00 от 31 шт. 213,00 от 65 шт. 203,00 от 200 шт. 193,00
1349 шт.
(на складе)
BNX024-H01L
BNX024-H01L
Murata Electronics Inc.
Арт.: 685218 ИНФО PDF
Доступно: 1324 шт. 245,00
FILTER, POWER LINE, 50V, 15A
BNX024-H01L 245,00 от 15 шт. 222,00 от 31 шт. 214,00 от 64 шт. 204,00 от 169 шт. 194,00
907 шт.
(на складе)
417 шт.
(под заказ)
Производитель: Tdk Corporation
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
B84111A0000A020
B84111A0000A020
Tdk Corporation
Арт.: 352675 ИНФО PDF
Доступно: 366 шт. от 1 шт. от 1209,32
Выбрать
условия
поставки
FILTER, 2A, CHASSIS
B84111A0000A020 от 1 шт. от 1209,32
366 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
B84111AB60
B84111AB60
Tdk Corporation
Арт.: 789667 ИНФО PDF
Доступно: 21 шт. 1350,00
FILTER, 6A, CHASSIS
B84111AB60 1350,00 от 3 шт. 1230,00 от 6 шт. 1180,00 от 12 шт. 1130,00 от 32 шт. 1070,00
5 шт.
(на складе)
16 шт.
(под заказ)
B84112GG125
B84112GG125
Tdk Corporation
Арт.: 854175 ИНФО PDF
Поиск
предложений
FILTER, 25A, SIFI G
B84112GG125
-
Поиск
предложений
B84131M0003A116
B84131M0003A116
Tdk Corporation
Арт.: 1200114 ИНФО PDF
Доступно: 45 шт. от 1 шт. от 16761,20
Выбрать
условия
поставки
FILTER, EMC, 4 PHASE, 4X16A, 440/250V
B84131M0003A116 от 1 шт. от 16761,20
45 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
Производитель: Te Connectivity
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
16AYA6A
16AYA6A
Te Connectivity
Арт.: 893783 ИНФО PDF
Доступно: 14 шт. от 1 шт. от 15518,30
Выбрать
условия
поставки
16AYA6AF7745A
16AYA6A от 1 шт. от 15518,30
14 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
15ED8
15ED8
Te Connectivity
Арт.: 1410251 ИНФО PDF
Доступно: 74 шт. от 1 шт. от 1818,22
Выбрать
условия
поставки
Power Line
15ED8 от 1 шт. от 1818,22
74 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
10ESB1
10ESB1
Te Connectivity
Арт.: 1504879 ИНФО PDF
Доступно: 18 шт. от 1 шт. от 1578,20
Выбрать
условия
поставки
POWER LINE FILTER, EMI/RFI, 10A, 360UA
10ESB1 от 1 шт. от 1578,20
18 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
Производитель: Roxburgh
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
RX730AE+CLIP
RX730AE+CLIP
Roxburgh
Арт.: 2259103 ИНФО PDF
Доступно: 9 шт. 1150,00
FILTER, 1A, CHASSIS
RX730AE+CLIP 1150,00 от 4 шт. 1040,00 от 7 шт. 1010,00 от 14 шт. 958,00 от 36 шт. 910,00
9 шт.
(на складе)

Сравнение позиций

  • ()