Uma análise detalhada da medição do receptor de teste EMI

1. Introdução
Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas, eletrônica, eletrônica de potência e equipamentos elétricos são cada vez mais amplamente utilizados. Os sinais eletromagnéticos de alta densidade e amplo espectro gerados por eles durante a operação preenchem todo o espaço, formando um ambiente eletromagnético complexo. O ambiente eletromagnético complexo exige que equipamentos eletrônicos e fontes de alimentação tenham maior compatibilidade eletromagnética. Portanto, a tecnologia de supressão interferência eletromagnética tem recebido cada vez mais atenção. Aterramento, blindagem e filtragem são as três principais medidas para suprimir interferência eletromagnética. A seguir apresentamos principalmente os filtros EMI usados ​​em fontes de alimentação, seus princípios básicos e métodos de aplicação corretos.

2. O papel dos filtros de ruído em equipamentos de alimentação
A fonte de alimentação de equipamentos eletrônicos, como rede elétrica de 220V/50Hz AC ou gerador de 115V/400Hz AC, possui vários ruídos EMI, entre os quais fontes de interferência EMI artificiais, como emissões de rádio de vários radares, navegação, comunicação e outros equipamentos Sinais, que irão induzir interferência eletromagnética sinais em linhas de energia e cabos de conexão de equipamentos eletrônicos, máquinas elétricas rotativas e sistemas de ignição, que irão gerar processos transitórios e interferência de ruído irradiado em circuitos de carga indutiva; e fontes naturais de interferência, como raios O fenômeno de descarga e o ruído de interferência céu-elétrico no universo, o primeiro tem uma curta duração, mas grande energia, e o segundo tem uma ampla faixa de frequência. Além disso, os próprios componentes do circuito eletrônico também geram ruído térmico quando funcionam.

Este interferência eletromagnética ruídos, por meio do acoplamento de radiação e condução, podem afetar o funcionamento normal de diversos dispositivos eletrônicos que operam neste ambiente.

Todos os tipos de fonte de alimentação regulada também são uma fonte de interferência eletromagnética. Na fonte de alimentação regulada linear, a corrente pulsante unidirecional formada pela retificação também pode causar interferência eletromagnética; a fonte de alimentação de comutação tem as vantagens de tamanho pequeno e alta eficiência, e é cada vez mais amplamente utilizada em equipamentos eletrônicos modernos, mas porque é usada na conversão de energia quando está no estado de comutação, é uma forte fonte de ruído EMI, e o ruído EMI que produz tem uma ampla faixa de frequência e alta intensidade. Esses interferência eletromagnética os ruídos também poluem o ambiente eletromagnético por meio de radiação e condução, afetando assim o funcionamento normal de outros dispositivos eletrônicos.

Para equipamentos eletrônicos, quando EMI o ruído afeta os circuitos analógicos, a relação sinal-ruído da transmissão do sinal se deteriorará e, em casos graves, o sinal a ser transmitido será sobrecarregado pelo ruído EMI e não poderá ser processado. Quando EMI o ruído afeta os circuitos digitais, pode causar erros nas relações lógicas, levando a resultados errôneos.

Para os equipamentos de alimentação, além do circuito de conversão de energia, existem circuitos de acionamento, circuitos de controle, circuitos de proteção, circuitos de detecção de nível de entrada e saída, etc., e os circuitos são bastante complexos. Esses circuitos são compostos principalmente de circuitos integrados de uso geral ou de uso especial. Quando ocorre um mau funcionamento devido a interferência eletromagnética, a fonte de alimentação para de funcionar, fazendo com que o equipamento eletrônico deixe de funcionar normalmente. O filtro de ruído da grade pode efetivamente impedir o mau funcionamento da fonte de alimentação devido a interferência de ruído eletromagnético.

Além disso, uma parte do EMI o ruído que entra na extremidade de entrada da fonte de alimentação pode aparecer na extremidade de saída da fonte de alimentação e gerará uma tensão induzida no circuito de carga da fonte de alimentação, o que se torna o motivo do mau funcionamento do circuito ou interferência no sinal de transmissão no circuito. Esses problemas também podem ser evitados com filtros de ruído.

LISUN Sistema receptor EMI para condução de radiação EMI (Interferência Eletromagnética) ou testes de emissões realizados. O EMI-9KB O receptor EMI é produzido pela estrutura de fechamento total e forte material de eletrocondutibilidade, que possui alto efeito de blindagem. Devido à nova tecnologia para o Sistema de Teste EMI, resolveu o problema de auto-EMI do instrumento. Os resultados do teste estão de acordo com o relatório de teste de formato internacional. O sistema de teste EMI EMI-9KB atende plenamente CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743, FCC, EN55015 e EN55022.

O papel dos filtros de ruído em equipamentos de fonte de alimentação é o seguinte:
(1) Impedir que ruídos eletromagnéticos externos interfiram no funcionamento do circuito de controle do próprio equipamento de alimentação;
(2) Impedir que ruídos eletromagnéticos externos interfiram no trabalho da carga da fonte de alimentação;
(3) Suprimir o EMI gerado pela própria fonte de alimentação;
(4) Suprimir EMI gerado por outros equipamentos e propagado através da fonte de alimentação.

Quando a própria fonte de alimentação de comutação estiver funcionando e o equipamento eletrônico estiver no estado de comutação, o ruído do terminal aparecerá na extremidade de entrada do equipamento de fonte de alimentação, resultando em interferência de radiação e condução, e também entrará na rede elétrica CA para interferir com outros equipamentos eletrônicos, portanto, medidas eficazes devem ser tomadas para suprimi-lo. . A blindagem eletromagnética é a melhor maneira de suprimir a interferência irradiada de EMI ruído. Em termos de suprimir a interferência conduzida de ruído EMI, o uso de EMI filtros é um meio muito eficaz e, claro, boas medidas de aterramento devem ser usadas.

Vários países do mundo implementaram regras rígidas de limite de ruído eletromagnético, como os Estados Unidos têm FCC, a Alemanha tem FTZ, VDE e outros padrões. Se o equipamento eletrônico não atender às regras de limite de ruído, o produto não poderá ser vendido e utilizado.

Devido às razões acima, é necessário projetar e usar um filtro de ruído de rede que atenda aos requisitos dos equipamentos de alimentação.

3. Tipos de ruído e filtros EMI
Existem dois tipos de ruído EMI nos cabos de entrada da fonte de alimentação: ruído de modo comum e ruído de modo diferencial, conforme mostrado na Figura 1. O ruído EMI existente entre o cabo de entrada CA e o terra é chamado de ruído de modo comum. Pode ser considerado como o sinal de interferência com o mesmo potencial e mesma fase transmitido na linha de entrada CA, ou seja, as tensões V1 e V2 na Figura 1. O ruído EMI existente entre os condutores de entrada CA é chamado de ruído de modo diferencial, que pode ser considerado como um sinal de interferência com uma diferença de fase de 180° transmitido na linha de entrada CA, ou seja, a tensão V3 na Figura 1. Ruído de modo comum é a corrente de interferência que flui para o solo a partir da linha de entrada CA e modo diferencial ruído é a corrente de interferência que flui entre as linhas de entrada CA. O ruído EMI conduzido em qualquer linha de entrada de energia pode ser representado pelo modo comum e pelo modo diferencial, e esses dois ruídos EMI podem ser tratados como fontes EMI independentes a serem suprimidas separadamente.

Ao tomar medidas para suprimir o ruído de interferência eletromagnética, a principal consideração deve ser suprimir o ruído de modo comum, porque o ruído de modo comum ocupa uma parte importante em todo o domínio de frequência, especialmente no domínio de alta frequência, e o ruído de modo diferencial é responsável por uma grande proporção no domínio de baixa frequência, por isso deve ser baseado em Esta característica do ruído EMI é usada para selecionar um filtro EMI apropriado.

Os filtros de ruído para fontes de alimentação podem ser divididos em tipos integrados e discretos de acordo com suas formas. O tipo integrado é para encapsular a bobina do indutor, capacitor, etc. em um invólucro de metal ou plástico; o tipo discreto é instalar a bobina do indutor, capacitor, etc. na placa impressa para formar um filtro de supressão de ruído. Qual forma usar depende do custo, características, espaço de instalação, etc. O tipo integrado tem alto custo, boas características e instalação flexível; o tipo discreto tem custo menor, mas a blindagem não é boa, podendo ser distribuído livremente no cartão impresso.

4. A estrutura básica do filtro de ruído
O filtro de ruído EMI da fonte de alimentação é um filtro passivo passa-baixa, que transmite a corrente alternada para a fonte de alimentação sem atenuação e atenua bastante o ruído EMI introduzido com a corrente alternada. Eles entram na rede CA e interferem em outros equipamentos eletrônicos.

A estrutura básica do filtro de ruído da rede CA monofásica é mostrada na Figura 2. É uma rede passiva de quatro terminais composta por componentes de parâmetros centralizados. Os principais componentes utilizados são bobinas indutoras de modo comum L1, L2, indutores de modo diferencial L3, L4, capacitores de modo comum CY1, CY2 e capacitores de modo diferencial CX. Se esta rede de filtros for colocada na extremidade de entrada da fonte de alimentação, L1 e CY1 e L2 e CY2, respectivamente, formam um filtro passa-baixa entre dois pares de portas independentes na linha de entrada CA, o que pode atenuar a interferência de modo comum existente em a linha de entrada AC. ruído, impedindo-os de entrar na fonte de alimentação. A bobina de indutância de modo comum é usada para atenuar o ruído de modo comum na linha de entrada CA. L1 e L2 são geralmente enrolados com o mesmo número de voltas na mesma direção no núcleo de ferrite do circuito magnético fechado. Os fluxos magnéticos gerados pelas correntes alternadas nas duas bobinas se cancelam, de modo que os núcleos magnéticos não saturam os fluxos magnéticos e os valores de indutância das duas bobinas são maiores e permanecem inalterados no estado de modo comum.

As bobinas de indutância de modo diferencial L3, L4 e o capacitor de modo diferencial CX formam um filtro passa-baixa entre as portas independentes da linha de entrada CA, que é usado para suprimir o ruído de interferência do modo diferencial na linha de entrada CA e impedir a fonte de alimentação equipamento de ser interferido por ele.

O filtro de ruído da fonte de alimentação mostrado na Figura 2 é uma rede passiva com rejeição bidirecional. Inseri-lo entre a rede elétrica CA e a fonte de alimentação equivale a adicionar uma barreira de bloqueio entre o ruído EMI dos dois. Um filtro passivo tão simples atua como uma supressão de ruído bidirecional, para que possa ser usado em vários equipamentos eletrônicos. tem sido amplamente utilizado.

5. Princípios principais de design de filtros de ruído
Os núcleos magnéticos usados ​​nas bobinas de indutância de modo comum são toroidais, em forma de E e em forma de U. O material é geralmente ferrite. O núcleo toroidal é adequado para grandes correntes e pequenas indutâncias. Seu circuito magnético é mais longo do que em forma de E e em forma de U, e não há lacuna. , uma indutância maior pode ser obtida com um número menor de espiras e, devido a essas características, possui melhores características de frequência. O fluxo de fuga da bobina do núcleo magnético em forma de E é pequeno, então quando o fluxo magnético de fuga da indutância pode afetar outros circuitos ou outros circuitos têm acoplamento magnético com a indutância de modo comum, e o efeito de atenuação de ruído necessário não pode ser obtido, o O núcleo magnético em forma de E deve ser considerado. indutância de modo comum.

Bobinas de indutância de modo diferencial geralmente usam núcleos magnéticos prensados ​​a pó de metal. Devido à faixa de baixa frequência dos núcleos magnéticos prensados ​​a pó, de dezenas de kHz a vários MHz, suas características de sobreposição DC são boas e a indutância não cairá significativamente em aplicações de alta corrente. Mais adequado para indutores de modo diferencial.

Na Figura 2, o filtro de ruído da fonte de alimentação usa dois tipos de capacitores, CX, CY1 e CY2. Eles têm funções diferentes no filtro e têm requisitos de nível de segurança diferentes, portanto, seus parâmetros de desempenho estão diretamente relacionados ao desempenho de segurança do filtro.

O capacitor de modo diferencial CX é conectado a ambas as extremidades da linha de entrada CA. Além da tensão CA nominal, ele também sobrepõe várias tensões de pico EMI que existem entre as linhas de entrada CA. Portanto, os requisitos de desempenho da tensão suportável do capacitor e da tensão de pico transitória são relativamente altos e, ao mesmo tempo, é necessário que, após a falha do capacitor, o circuito subsequente e a segurança pessoal não sejam colocados em perigo. Os níveis de segurança dos capacitores CX são divididos em duas categorias: X1 e X2. O tipo X1 é adequado para ocasiões gerais, e o tipo X2 é adequado para aplicações onde ocorre alta tensão de pico de ruído.

O capacitor de modo comum CY é conectado entre a linha de entrada CA e o terra do chassi. Eles devem ter uma margem de segurança suficiente em termos de propriedades elétricas e mecânicas. Em caso de avaria e curto-circuito, o chassis do equipamento será perigoso. Se o isolamento ou proteção de aterramento do equipamento falhar, o operador pode sofrer choque elétrico e até mesmo colocar em risco a segurança pessoal. Portanto, a capacidade do capacitor CY deve ser limitada para que a corrente de fuga sob a tensão da frequência nominal seja menor que o valor de especificação seguro. Além disso, também é necessário que ele tenha tensão suportável suficiente e margem de alta tensão de pico transiente e, em caso de quebra de tensão, esteja em estado de circuito aberto, para que a carcaça do equipamento não seja carregada.

Resumindo, ao projetar e selecionar filtros de ruído de rede, o desempenho de segurança dos indutores e capacitores usados ​​deve ser considerado em primeiro lugar porque eles trabalham em ambientes de alta tensão, alta corrente e interferência eletromagnética severa. Para a bobina de indutância, seu núcleo magnético, material de enrolamento, material de isolamento e distância de isolamento, aumento de temperatura da bobina, etc. devem ser observados. Para capacitores, deve ser dada prioridade ao tipo de capacitância, tensão suportável, nível de segurança, capacidade, corrente de fuga, etc., e é especialmente necessário selecionar produtos que tenham passado na certificação de segurança das agências internacionais de segurança.

4) Em resumo, os seguintes pontos devem ser observados ao usar o filtro de ruído da fonte de alimentação:
uma. O filtro deve ser instalado o mais próximo possível da entrada CA do equipamento, e a linha de entrada CA sem o filtro deve ser o mais curta possível no equipamento;
b. Os terminais do capacitor no filtro devem ser o mais curtos possível para evitar que a reatância indutiva e capacitiva do terminal ressoe em frequências mais baixas;
c. Há uma grande corrente fluindo no fio de aterramento do filtro, o que gerará radiação eletromagnética. O filtro deve ser bem blindado e aterrado;
d. A linha de entrada e a linha de saída do filtro não podem ser agrupadas. Ao fazer a fiação, tente aumentar a distância entre eles para reduzir o acoplamento entre eles. Uma partição ou camada de proteção pode ser adicionada.

6. Conclusão
O projeto e a seleção de interferência eletromagnética filtros são baseados principalmente nas características de interferência de ruído e nos requisitos de compatibilidade eletromagnética do sistema, com base na compreensão da faixa de frequência de interferência eletromagnética e estimar a magnitude aproximada da interferência. Antes de tudo, é necessário entender o ambiente de uso do filtro (tensão de uso, corrente de carga, temperatura e umidade ambiente, choque de vibração, método de instalação e localização, etc.), e focar em seus parâmetros de desempenho de segurança, pois é relacionadas a equipamentos e segurança pessoal. Faça também com que o filtro produza a melhor supressão de ruído EMI. A estrutura da rede e os parâmetros do filtro devem ser selecionados de acordo com os requisitos do circuito de acesso e o princípio de produzir o maior descasamento de impedância. Para características ideais de atenuação de ruído eletromagnético, o filtro deve ser montado corretamente no equipamento eletrônico.

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