Un'analisi dettagliata della misurazione del ricevitore di test EMI

1. introduzione
Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, l'elettronica, l'elettronica di potenza e le apparecchiature elettriche sono sempre più ampiamente utilizzate. I segnali elettromagnetici ad alta densità e ad ampio spettro da essi generati durante il funzionamento riempiono l'intero spazio, formando un ambiente elettromagnetico complesso. Il complesso ambiente elettromagnetico richiede che le apparecchiature elettroniche e gli alimentatori abbiano una maggiore compatibilità elettromagnetica. Pertanto, la tecnologia di soppressione interferenza elettromagnetica è stata prestata sempre più attenzione. Messa a terra, schermatura e filtraggio sono le tre misure principali da sopprimere interferenza elettromagnetica. Di seguito vengono presentati principalmente i filtri EMI utilizzati negli alimentatori, i loro principi di base e le corrette modalità di applicazione.

2. Il ruolo dei filtri antirumore nelle apparecchiature di alimentazione
L'alimentazione di apparecchiature elettroniche, come la rete elettrica 220V/50Hz AC o il generatore 115V/400Hz AC, presenta vari disturbi EMI, tra cui fonti di interferenza EMI artificiali, come emissioni radio da vari radar, navigazione, comunicazioni e altre apparecchiature Segnali, che indurranno interferenza elettromagnetica segnali su linee elettriche e cavi di collegamento di apparecchiature elettroniche, macchine elettriche rotanti e sistemi di accensione, che genereranno processi transitori e interferenze di rumore irradiato nei circuiti di carico induttivo; e fonti naturali di interferenza, come i fulmini. Il fenomeno della scarica e il rumore di interferenza cielo-elettrico nell'universo, il primo ha una breve durata ma una grande energia, e il secondo ha un'ampia gamma di frequenze. Inoltre, gli stessi componenti del circuito elettronico generano rumore termico quando funzionano.

Strumenti Bowman per analizzare le seguenti finiture: interferenza elettromagnetica i rumori, dovuti all'irraggiamento e all'accoppiamento di conduzione, possono influenzare il normale funzionamento di vari dispositivi elettronici che operano in questo ambiente.

Tutti i tipi di alimentazione regolata stessa sono anche una fonte di interferenza elettromagnetica. Nell'alimentazione regolata lineare, può causare anche la corrente pulsante unidirezionale formata dal raddrizzamento interferenza elettromagnetica; l'alimentatore switching presenta i vantaggi di dimensioni ridotte e alta efficienza ed è sempre più ampiamente utilizzato nelle moderne apparecchiature elettroniche, ma poiché viene utilizzato nella conversione di potenza quando è nello stato di commutazione, è una forte fonte di rumore EMI, e il rumore EMI che produce ha un'ampia gamma di frequenze e un'intensità elevata. Queste interferenza elettromagnetica i rumori inquinano anche l'ambiente elettromagnetico attraverso radiazioni e conduzione, compromettendo così il normale funzionamento di altri dispositivi elettronici.

Per apparecchiature elettroniche, quando EMI il rumore colpisce i circuiti analogici, il rapporto segnale/rumore della trasmissione del segnale si deteriorerà e, nei casi più gravi, il segnale da trasmettere sarà sopraffatto dal rumore EMI e non potrà essere elaborato. quando EMI il rumore colpisce i circuiti digitali, può causare errori nelle relazioni logiche, portando a risultati errati.

Per l'apparecchiatura di alimentazione, oltre al circuito di conversione della potenza, ci sono circuiti di pilotaggio, circuiti di controllo, circuiti di protezione, circuiti di rilevamento del livello di ingresso e di uscita, ecc., e i circuiti sono piuttosto complessi. Questi circuiti sono composti principalmente da circuiti integrati generici o speciali. Quando si verifica un malfunzionamento a causa di un'interferenza elettromagnetica, l'alimentatore smette di funzionare, causando il mancato funzionamento normale dell'apparecchiatura elettronica. Il filtro del rumore di rete può prevenire efficacemente il malfunzionamento dell'alimentazione a causa dell'esterno interferenze elettromagnetiche.

Inoltre, una parte del EMI il rumore che entra dall'estremità di ingresso dell'alimentatore può apparire all'estremità di uscita dell'alimentatore e genererà una tensione indotta nel circuito di carico dell'alimentatore, che diventa la ragione del malfunzionamento del circuito o dell'interferenza con il segnale di trasmissione nel circuito. Questi problemi possono essere evitati anche con i filtri antirumore.

LISUN Sistema ricevitore EMI per test sulla conduzione delle radiazioni EMI (interferenze elettromagnetiche) o sulle emissioni condotte. IL EMI-9KB Il ricevitore EMI è prodotto dalla struttura a chiusura completa e dal materiale ad alta elettroconducibilità, che ha un elevato effetto schermante. Grazie alla nuova tecnologia per Sistema di test EMI, ha risolto il problema dell'auto-EMI dello strumento. I risultati dei test sono conformi al rapporto di prova in formato internazionale. Il sistema di test EMI EMI-9KB incontra pienamente CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743, FCC, EN55015 ed EN55022.

Il ruolo dei filtri antirumore nelle apparecchiature di alimentazione è il seguente:
(1) Impedire che il rumore elettromagnetico esterno interferisca con il funzionamento del circuito di controllo dell'apparecchiatura di alimentazione stessa;
(2) Impedire che il rumore elettromagnetico esterno interferisca con il lavoro del carico dell'alimentatore;
(3) Sopprimere il EMI generato dall'alimentatore stesso;
(4) Sopprimere EMI generato da altre apparecchiature e propagato attraverso l'alimentazione.

Quando l'alimentatore di commutazione stesso funziona e l'apparecchiatura elettronica è nello stato di commutazione, il rumore del terminale apparirà all'estremità di ingresso dell'apparecchiatura di alimentazione, provocando interferenze di radiazione e conduzione, e entrerà anche nella rete di alimentazione CA per interferire con altre apparecchiature elettroniche, quindi è necessario adottare misure efficaci per sopprimerlo. . La schermatura elettromagnetica è il modo migliore per sopprimere le interferenze irradiate EMI rumore. In termini di soppressione dell'interferenza condotta del rumore EMI, l'uso di EMI i filtri sono un mezzo molto efficace e, naturalmente, dovrebbero essere utilizzate buone misure di messa a terra.

Vari paesi nel mondo hanno implementato rigide regole sui limiti del rumore elettromagnetico, come gli Stati Uniti hanno FCC, la Germania ha FTZ, VDE e altri standard. Se l'apparecchiatura elettronica non soddisfa le regole sui limiti di rumore, il prodotto non può essere venduto e utilizzato.

Per i motivi di cui sopra, è necessario progettare e utilizzare un filtro del rumore di rete che soddisfi i requisiti delle apparecchiature di alimentazione.

3. Tipi di rumore e filtri EMI
Esistono due tipi di rumore EMI sui cavi di ingresso dell'alimentatore: rumore di modo comune e rumore di modo differenziale, come mostrato nella Figura 1. Il rumore EMI esistente tra il cavo di ingresso CA e la terra è chiamato rumore di modo comune. Può essere considerato come il segnale di interferenza con lo stesso potenziale e la stessa fase trasmesso sulla linea di ingresso CA, ovvero le tensioni V1 e V2 nella Figura 1. Il rumore EMI esistente tra i conduttori di ingresso CA è chiamato rumore di modo differenziale, che può essere considerato un segnale di disturbo con una differenza di fase di 180° trasmesso nella linea di ingresso CA, ovvero la tensione V3 nella Figura 1. Il rumore di modo comune è la corrente di disturbo che fluisce nel terreno dalla linea di ingresso CA e il modo differenziale il rumore è la corrente di interferenza che scorre tra le linee di ingresso CA. Il rumore EMI condotto su qualsiasi linea di alimentazione può essere rappresentato dal modo comune e dal modo differenziale, e questi due disturbi EMI possono essere trattati come sorgenti EMI indipendenti da sopprimere separatamente.

Quando si prendono misure per sopprimere il rumore di interferenza elettromagnetica, la considerazione principale dovrebbe essere quella di sopprimere il rumore di modo comune, perché il rumore di modo comune occupa una parte importante nell'intero dominio della frequenza, specialmente nel dominio delle alte frequenze, e il rumore di modo differenziale rappresenta una grande proporzione nel dominio delle basse frequenze, quindi dovrebbe essere basato su Questa caratteristica del rumore EMI viene utilizzata per selezionare un filtro EMI appropriato.

I filtri antirumore per gli alimentatori possono essere suddivisi in tipi integrati e discreti in base alla loro forma. Il tipo integrato consiste nell'incapsulare la bobina dell'induttore, il condensatore, ecc. In un involucro di metallo o plastica; il tipo discreto consiste nell'installare la bobina dell'induttore, il condensatore, ecc. Sulla scheda stampata per formare un filtro di soppressione del rumore. Quale modulo utilizzare dipende dal costo, dalle caratteristiche, dallo spazio di installazione, ecc. Il tipo integrato ha costi elevati, buone caratteristiche e installazione flessibile; il tipo discreto ha un costo inferiore, ma la schermatura non è buona, e può essere distribuita liberamente sullo stampato.

4. La struttura di base del filtro antirumore
Il filtro del rumore EMI dell'alimentatore è un filtro passa basso passivo, che trasmette la corrente alternata all'alimentatore senza attenuazione, e attenua notevolmente il rumore EMI introdotto con la corrente alternata. Entrano nella rete CA e interferiscono con altre apparecchiature elettroniche.

La struttura di base del filtro del rumore di rete CA monofase è mostrata nella Figura 2. Si tratta di una rete passiva a quattro terminali composta da componenti di parametri centralizzati. I componenti principali utilizzati sono le bobine dell'induttore di modo comune L1, L2, gli induttori di modo differenziale L3, L4, i condensatori di modo comune CY1, CY2 e i condensatori di modo differenziale CX. Se questa rete di filtri è posta all'estremità di ingresso dell'alimentatore, L1 e CY1 e L2 e CY2 formano rispettivamente un filtro passa basso tra due coppie di porte indipendenti sulla linea CA in ingresso, che può attenuare l'interferenza di modo comune esistente su la linea entrante AC. rumore, impedendo loro di entrare nell'alimentazione. La bobina di induttanza di modo comune viene utilizzata per attenuare il rumore di modo comune sulla linea di ingresso CA. L1 e L2 sono generalmente avvolti con lo stesso numero di spire nella stessa direzione sul nucleo di ferrite del circuito magnetico chiuso. I flussi magnetici generati dalle correnti alternate nelle due bobine si annullano a vicenda, in modo che i nuclei magnetici non saturano i flussi magnetici e i valori di induttanza delle due bobine sono maggiori e rimangono invariati nello stato di modo comune.

Le bobine di induttanza di modo differenziale L3, L4 e il condensatore di modo differenziale CX formano un filtro passa basso tra le porte indipendenti della linea di ingresso CA, che viene utilizzato per sopprimere il rumore di interferenza di modo differenziale sulla linea di ingresso CA e impedire l'alimentazione apparecchiature dall'essere interferite da esso.

Il filtro del rumore dell'alimentatore mostrato nella Figura 2 è una rete passiva con reiezione bidirezionale. Inserirlo tra la rete di alimentazione CA e l'alimentatore equivale ad aggiungere una barriera di blocco tra il rumore EMI dei due. Un filtro passivo così semplice funge da soppressione del rumore a due vie, quindi può essere utilizzato in varie apparecchiature elettroniche. è stato ampiamente utilizzato.

5. Principali principi di progettazione dei filtri antirumore
I nuclei magnetici utilizzati nelle bobine di induttanza di modo comune sono toroidali, a forma di E e a forma di U. Il materiale è generalmente ferrite. Il nucleo toroidale è adatto per grande corrente e piccola induttanza. Il suo circuito magnetico è più lungo di quello a forma di E e U e non c'è spazio vuoto. , è possibile ottenere un'induttanza maggiore con un numero di giri inferiore e, grazie a queste caratteristiche, ha caratteristiche di frequenza migliori. Il flusso di dispersione della bobina del nucleo magnetico a forma di E è piccolo, quindi quando il flusso magnetico di dispersione dell'induttanza può influenzare altri circuiti o altri circuiti hanno un accoppiamento magnetico con l'induttanza di modo comune e non è possibile ottenere l'effetto di attenuazione del rumore richiesto, il Dovrebbe essere considerato un nucleo magnetico a forma di E. induttanza di modo comune.

Le bobine di induttanza in modalità differenziale utilizzano generalmente nuclei magnetici pressati con polvere di metallo. A causa della gamma a bassa frequenza dei nuclei magnetici pressati a polvere, da decine di kHz a diversi MHz, le sue caratteristiche di sovrapposizione CC sono buone e l'induttanza non diminuirà in modo significativo nelle applicazioni ad alta corrente. Particolarmente adatto per induttori in modalità differenziale.

Nella Figura 2, il filtro del rumore dell'alimentatore utilizza due tipi di condensatori, CX, CY1 e CY2. Hanno funzioni diverse nel filtro e requisiti di livello di sicurezza diversi, quindi i loro parametri di prestazione sono direttamente correlati alle prestazioni di sicurezza del filtro.

Il condensatore in modalità differenziale CX è collegato a entrambe le estremità della linea di ingresso CA. Oltre alla tensione CA nominale, sovrapporrà anche varie tensioni di picco EMI esistenti tra le linee CA in ingresso. Pertanto, i requisiti di prestazione della tensione di tenuta del condensatore e della tensione di picco transitoria sono relativamente elevati e, allo stesso tempo, è necessario che dopo il guasto del condensatore, il circuito successivo e la sicurezza personale non possano essere messi in pericolo. I livelli di sicurezza dei condensatori CX sono divisi in due categorie: X1 e X2. Il tipo X1 è adatto per occasioni generali e il tipo X2 è adatto per applicazioni in cui si verifica un'elevata tensione di picco del rumore.

Il condensatore di modo comune CY è collegato tra la linea di ingresso CA e la terra del telaio. Devono avere un margine di sicurezza sufficiente in termini di proprietà elettriche e meccaniche. In caso di guasto e cortocircuito, il telaio dell'apparecchiatura sarà pericoloso. Se la protezione dell'isolamento o della messa a terra dell'apparecchiatura non funziona, l'operatore potrebbe subire scosse elettriche e persino mettere in pericolo la sicurezza personale. Pertanto, la capacità del condensatore CY deve essere limitata in modo che la corrente di dispersione sotto la tensione della frequenza nominale sia inferiore al valore della specifica di sicurezza. Inoltre, è anche necessario che abbia una tensione di tenuta sufficiente e un margine di tensione di picco transitorio elevato e, in caso di interruzione di tensione, sia in uno stato di circuito aperto, in modo che l'involucro dell'apparecchiatura non venga caricato.

Riassumendo, quando si progettano e si scelgono i filtri antidisturbo di rete, è necessario considerare in primo luogo le prestazioni di sicurezza degli induttori e dei condensatori utilizzati perché funzionano in ambienti ad alta tensione, alta corrente e interferenze elettromagnetiche difficili. Per la bobina di induttanza, prestare attenzione al suo nucleo magnetico, al materiale dell'avvolgimento, al materiale isolante e alla distanza di isolamento, all'aumento della temperatura della bobina, ecc. Per i condensatori, dovrebbe essere data priorità al tipo di capacità, tensione di tenuta, livello di sicurezza, capacità, corrente di dispersione, ecc. ed è particolarmente richiesto selezionare prodotti che hanno superato la certificazione di sicurezza delle agenzie di sicurezza internazionali.

4) Per riassumere, è necessario prestare attenzione ai seguenti punti quando si utilizza il filtro antidisturbo dell'alimentatore:
un. Il filtro deve essere installato il più vicino possibile all'ingresso CA dell'apparecchiatura e la linea di ingresso CA senza filtro deve essere il più corta possibile nell'apparecchiatura;
b. I conduttori del condensatore nel filtro devono essere il più corti possibile per evitare che la reattanza induttiva e capacitiva del conduttore risuoni a frequenze più basse;
c. C'è una grande corrente che scorre sul filo di messa a terra del filtro, che genererà radiazioni elettromagnetiche. Il filtro deve essere ben schermato e messo a terra;
d. La linea di ingresso e la linea di uscita del filtro non possono essere raggruppate insieme. Durante il cablaggio, provare ad aumentare la distanza tra loro per ridurre l'accoppiamento tra di loro. È possibile aggiungere una partizione o uno strato di schermatura.

6. CONCLUSIONE
Il design e la selezione di interferenza elettromagnetica i filtri si basano principalmente sulle caratteristiche di interferenza del rumore e sui requisiti di compatibilità elettromagnetica del sistema, sulla base della comprensione della gamma di frequenza di interferenza elettromagnetica e stimare l'entità approssimativa dell'interferenza. Prima di tutto, è necessario comprendere l'ambiente di utilizzo del filtro (tensione di utilizzo, corrente di carico, temperatura e umidità ambiente, shock da vibrazione, metodo e posizione di installazione, ecc.) e concentrarsi sui suoi parametri di prestazione di sicurezza, perché è relative alle apparecchiature e alla sicurezza personale. Inoltre, fai in modo che il filtro produca la migliore soppressione del rumore EMI. La struttura della rete e i parametri del filtro devono essere selezionati in base ai requisiti del circuito di accesso e al principio di produrre il massimo disadattamento di impedenza. Per ottenere caratteristiche di attenuazione del rumore elettromagnetico ottimali, il filtro deve essere montato correttamente sull'apparecchiatura elettronica.

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