Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Как работает ЭМИ фильтр
Электромагнитное излучение (ЭМИ) в широком смысле определеются как электрические или магнитные помехи, которые ухудшают или нарушают целостность сигнала или компонентов и функциональность электронного оборудования. Электромагнитные помехи, которые охватывают радиочастотные помехи, обычно разбиваются на две широкие области. Узкополосные излучения обычно создаются человеком и ограничиваются крошечной областью радиочастотного спектра.
Шум, создаваемый линией электропередачи, также является хорошим примером узкополосного излучения. Они могут быть непрерывными или спорадическими. Широкополосные излучения могут быть как искусственными, так и естественными. Они имеют тенденцию влиять на большую область электромагнитного спектра. Они могут быть одноразовыми, случайными или непрерывными. Все от удара молнии до компьютеров генерирует широкополосное излучение.
Электромагнитные помехи, с которыми сталкиваются фильтры ЭМИ, могут быть вызваны разными способами. Внутри электрического устройства помехи могут создаваться импедансом, сопротивлением току во взаимосвязанной проводке. Это также может быть вызвано колебаниями напряжения в проводниках. Электромагнитные помехи генерируются извне космической энергией, такой как солнечные вспышки, линиями электропередач или телефонными линиями, приборами и шнурами питания. Значительная часть электромагнитных помех генерируется и передается по линиям электропередач к оборудованию. Фильтры электромагнитных помех могут быть как устройствами, так и внутренними модулями, которые предназначены для уменьшения или устранения этих типов помех.
Не углубляясь в сложную науку, скажем, что большинство электромагнитных помех находятся в диапазоне высоких частот. Это просто означает, что если бы сигнал был измерен, например, как синусоида, циклы были бы очень близки друг к другу. Фильтр ЭМИ имеет два типа компонентов, которые работают вместе для подавления этих сигналов: конденсаторы и катушки индуктивности. Конденсаторы подавляют постоянный ток, при котором значительное количество электромагнитных помех переносится в устройство, в то же время позволяя переменному току проходить. Катушки индуктивности – это, по сути, крошечные электромагниты, которые способны удерживать энергию в магнитном поле при прохождении через них электрического тока, уменьшая тем самым общее напряжение.
Конденсаторы, используемые в фильтрах электромагнитных помех, называются шунтирующими конденсаторами, которые перенаправляют ток в определенном диапазоне высокой частоты с цепи или компонента. Шунтирующий конденсатор подает высокочастотный ток / помехи на катушки индуктивности, которые расположены последовательно. Когда ток проходит через каждую катушку, общая сила или напряжение уменьшается. Оптимально, катушки индуктивности сводят помехи к нулю, также это называется замыканием на землю. Фильтры электромагнитных помех используются в самых разных областях. Их можно найти в лабораторном оборудовании, радиоаппаратуре, компьютерах, медицинских приборах и военной технике.
Как выбрать силовой ЭМИ-фильтр
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:
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:
Рис. 2. Ослабление синфазных 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
Рис. 4. Частотный спектр устройства с фильтром и без него
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.
Emi rfi фильтрация что это
| Название разделов |
|---|
| Источники питания В данном разделе собраны конструкции иточников питания. Рассмотены способы преобразования и получения электрической энергии |
| Реклама на ВРТП Реклама на вртп. |
Мы предлагаем вам два вида интернет рекламы:
— контекстная реклама
— баннерная реклама
Это наиболее продуктивные средства рекламы, позволяющие ускорить раскрутку сайта и улучшить узнаваемость бренда.
Посещаемость нашего ресурса более 7000 в день, а количество просмотров более 30 000 в день.
Предпочтение отдается технической тематике рекламы или теме HI-TECH.
Для резмещения рекламы на нашем сайте вам необходимо отправить письмо с заявкой и описанием типа рекламы на адрес
— Баннер слева сайта: ширина 180 пикселей, высота от 100 до 250 пикселей. При большей высоте баннера цена оговаривается
отдельно.
Сквозное размещение рекламного баннера на главной странице — в левой колонке сайта. Размещение статическое. Стоимость
— Баннер внизу сайта: ширина от 150 до 250 пикселей, высота 150 пикселей.
При большей ширине баннера цена оговаривается отдельно
сквозное размещение рекламного баннера в нижней части центральной колонки. Размещение статическое. Стоимость — 3000р в
Баннерная реклама должна быть в формате GIF или FLASH.
— Тематическая статья в разделе «Реклама» объемом до 2500 символов.
Стоимость размещения 500р. Оплата разовая.
— текстовые ссылки внизу сайта- блок из 5 ссылок. 1000р в месяц.
Сетевые помехоподавляющие фильтры для силовых цепей
Компания TE Connectivity широко известна своими разъемами, а также кабельной продукцией. Кроме того, компания выпускает достаточно широкую номенклатуру помехоподавляющих фильтров, предназначенных для использования как в сигнальных, так и в силовых цепях.
Фильтрация помех играет важное значение в современной электронной аппаратуре. С помощью фильтрации решаются две основные задачи: защита устройств от внешнего электромагнитного воздействия и создание препятствий для проникновения паразитного излучения, возникающего при работе приборов, в окружающую среду. Защита от внешних наводок способствует повышению помехоустойчивости и надежности работы. Защита от проникновения паразитных излучений за пределы устройства способствует улучшению общей электромагнитной обстановки и ослабляет эффективность различного рода атак на модули, предназначенных для обработки и защиты информации.
Компания TE Connectivity выпускает достаточно большое количество моделей силовых фильтров, предназначенных для работы в однофазных и трехфазных сетях переменного тока, а также для защиты шин питания постоянного тока. Фильтры имеют превосходные электрические характеристики. Качество фильтров компании TE Connectivity подтверждают сертификаты UL (UL Recognized), CSA (CSA Certified) и VDE (VDE Approved).
Ниже приведена сравнительная характеристика наиболее популярных серий фильтров в наличии и доступных для заказа на складе Компэл:
Рассмотренные силовые RFI-фильтры компании TE Connectivity позволяют значительно снизить как уровень побочных электромагнитных излучений в различной радиоэлектронной аппаратуре, так и повысить помехозащищенность по цепям питания. Это, в свою очередь, благоприятно сказывается на надежности и сроке службы. Небольшие габаритные размеры, простота подключения и низкая стоимость делают фильтры компании TE Connectivity оптимальным выбором для инженеров, занимающихся борьбой с электромагнитными помехами в различной радиоэлектронной аппаратуре.
Глоссарий по экранированию
Акустическая частота (звуковая, низкая) — AF — Audio Frequency — диапазон частот, воспринимаемый человеческим ухом, обычно его принимают равным 15-20000 Герц. По телефонным линиям передаются только частоты в диапазоне от 300 до 3000 Гц.
Безэховая камера (комната) — Anechoic Chambers (rooms) — замкнутый электромагнитный экран, внутренние поверхности которого полностью или частично покрыты радиопоглощающими материалами.
Бериллиевая бронза — BeCu — Beryllium Copper — наиболее прочный сплав на медной основе. По своей твердости и упругим свойствам при обычной температуре она превосходит высококачественные стали. Применяется для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ, в электронной технике.
Биконическая антенна — Biconical Antenna — широкополосная дипольная антенна для измерения и производства электрического поля на частотах от 30 МГц до 300 МГц.
Вносимые потери — Insertion Loss – Потери сигнала, обусловленные помещением между передатчиком и приемником компонент, линии, или канала (часто называют затуханием).
Воздушные фильтры, экранированные — Air Filters, Shielded — Используются для вентиляции экранированных комнат и кабинетов для удаления пыли и прочих загрязнений воздуха взвешенными частицами. Фильтры также обеспечивают должную эффективность экранирования радиочастот в нужном диапазоне.
Восприимчивость к излучению — Radiated Susceptibility — нежелательные электромагнитные помехи на оборудование со стороны электромагнитных источников.
Дважды экранированные корпуса — Double-Shielded Enclosure — разновидности экранированной комнаты или шкафа, в которых внутренняя стена изолирована от внешней стены.
Децибел – dB — Decibel — десятая часть бела, безразмерной единицы для измерения отношения некоторых величин (например, энергетических — мощности и энергии или силовых — напряжения и силы тока) по логарифмической шкале. Другими словами, децибел — это некая относительная величина. Не абсолютная физическая, как например, грамм или метр, а такая же относительная, как кратность или проценты, предназначенная для измерения отношения («разности уровней») других величин, обычно сигналов. Сегодня децибел в основном применяется в акустике (где в децибелах измеряется громкость звука) и электронике.
Дипольная антенна — Dipole Antenna — Приемная или передающая антенна, состоящая из прямолинейного металлического проводника длиной в половину или меньше половины длины волны. Применяется для коротких волн, в частности в телевидении и радиолокации, вследствие своей направленности.
Закон Ома — Ohm’s Law — математическая зависимость между током (I), напряжением (U) и сопротивлением (R), где U = I x R.
Затухание — Attenuation — отношение мощности сигнала на выходе передатчика к мощности сигнала на входе приемника, выраженное в децибелах (дБ).
Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике — IEEE ( Institute of Electrical and Electronics Engineers) — международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике.
Клетка Фарадея (щит Фарадея)— Faraday Shield — устройство, изобретённое английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземлённую клетку, выполненную из хорошо проводящего материала. Для того, чтобы клетка Фарадея эффективно работала, размер ячейки сетки должен быть значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить. Принцип действия устройства основан на перераспределении электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля.
Магнитная Проницаемость — Permeability — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и магнитным полем Н в веществе.
Метод моментов — Method of Moments — уравнения для численного вычисления электромагнитных полей.
Паразитная емкость — Parasitic Capacitance — нежелательная ёмкостная связь, возникающая между проводниками или элементами электронных схем.
Помеха общего типа («провод – земля», синфазная) — Common Mode — составляющая помехи, напряжение которой приложено между любым проводником рассматриваемой цепи и ближайшей заземленной конструкцией (включая заземленный металлический корпус аппаратуры), не относящейся к токоведущим частям.
Проводящий Эластомер — Conductive Elastomer — эластомер, содержащий металлический порошок для достижения определенной эффективности экранирования.
Пружины контактные металлические — Finger Stock — Металлические контактные дорожки изготовлены из тонкой упругой металлической ленты, формованной специальным образом (бериллиевая или фосфористая бронза или нержавеющая сталь). В зависимости от применения на контакты может быть гальванически нанесен никель, олово или золото. Изготавливаются с липким основанием, с клипсовыми зажимами или отверстиями под винт. Имеют большой коэффициент подавления (не менее 90 дБ на частотах от 1 до 1000 МГц). Предназначены для установки в местах расстыковки частей аппаратуры, конструктивных элементов, таких как экранированные двери и окна.
Радио частота — Radio Frequency — показывает количество колебаний радиоволн в секунду и измеряется в Герцах (1 Килогерц=1000 Герц, 1 Мегагерц=1 млн. Герц, 1 Гигагерц=1 млрд. Герц и т.д.). Нижняя граница спектра частот радиоволн порядка 1 кГц, верхняя — порядка 3000 Ггц. Современные широкополосные приемники способны принимать радиосигналы в широком диапазоне частот, но обычно не более 3 Ггц.
Радиочастотные помехи — Radio Frequency Interference (RFI) — электромагнитные излучения, воздействующие на цепи радиоприёмника, электрические процессы в самих цепях, которые препятствуют правильному приёму сигнала и не связаны с этим сигналом посредством известной функциональной зависимости, а также искажения сигнала при распространении радиоволн. Действие помех проявляется в случайных (непредсказуемых) искажениях формы принимаемого сигнала, приводящих к посторонним звукам (шуму) в громкоговорителе, опечаткам при приёме текста телеграмм, искажениям формы изображения на экране кинескопа и т.д. Помехи — основная причина, ограничивающая качество воспроизведения радиоприёмником формы передаваемого сигнала при фиксированных мощности радиопередатчика и расстоянии до него или ограничивающая дальность передачи сигналов при заданном качестве их воспроизведения. В большинстве случаев П. р. можно рассматривать как независимые случайные процессы с различными вероятностными свойствами; они, как правило, отличны от свойств сигнала. Для уменьшения действия помех пользуются различными способами их подавления.
Рамочная антенна — Loop Antenna — Рамочная антенна, направленная антенна, выполненная в виде одного или нескольких плоских витков провода, образующих рамку круглой, квадратной или прямоугольной формы.
Рупорная антенна — Horn Antenna — Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.
Сотовые фильтры EMC — Honeycomb, EMC Airflow — воздушный фильтр, клетки которого имеют гексагональную (сотовую) конфигурацию, которая позволяет эффективно блокировать утечку электромагнитного излучения.
Ферриты, EMI — Ferrites, EMI — химические соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов, обладающие уникальными магнитными (ферримагнетики) свойствами, сочетающие высокую намагниченность и полупроводниковые или диэлектрические свойства. Ферриты используют в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике (ферритовые поглотители электромагнитных волн, антенны, сердечники, элементы памяти, постоянные магниты и т. д.).
Фильтры электромагнитных помех — EMI Filter — Предназначены для подавления побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) в цепях электропитания, сигнализации, контроля, а также организации ввода этих цепей в защищаемые и экранированные сооружения, помещения, камеры, контейнеры.
Фильтр — RFI/EMI Filters — Электрическое устройство, в котором из спектра поданных на его вход электрических колебаний выделяются (пропускаются на выход) составляющие, расположенные в заданной области частот, и не пропускаются все остальные составляющие. Фильтры используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерительной техники и т. д. — везде, где передаются электрические сигналы при наличии других (мешающих) сигналов и шумов, отличающихся от первых по частотному составу. Область частот, в которой лежат составляющие, пропускаемые (задерживаемые) фильтром, называют полосой пропускания (полосой задерживания). По принципу действия фильтры делятся на полосовые и режекторные.
Широкополосная антенна — Broadband antenna — антенна, основные параметры и характеристики которой незначительно изменяются в достаточно широкой полосе частот. Применяется для передачи или (и) приёма радиосигналов с широким спектром частот, например в телевидении, радиолокации, радиоастрономии.
Экранированные отверстия — Shielding Vents — Используются для предотвращения эмиссии электромагнитного поля через вентиляционные каналы помещений, шкафов или корпусов электроприборов.
Экранирующие ткани — Shielding Fabrics – полотно, сотканное из нити покрытой медно-никелевым сплавом. Применяется для защитных настенных экранов, штор и жалюзи, исключающих проникновение радиочастотного сигнала из защищаемого помещения.
Экранирующие пленки и листы — Shielding Foils and Sheets – токопроводящая лента, которая состоит из алюминиевой, медно-никелевой фольги или токопроводящей полимерной ткани, на которой нанесен слой токопроводящего или диэлектрического липкого слоя.
Экранированная комната — Shielded Room — помещение или самостоятельное сооружение, выполненное на основе проектного задания, в котором должны быть решены такие вопросы как:
Экранированные окна — Shielded Windows – окна, защищенные тонкой проводящей пленкой или проволочной сеткой.
Экранирующая прокладка — Shielding Gasket – изделие, которое поддерживает эффективность экранирования через шов или разрыв в электронном корпусе; прокладка предназначена для защиты от воздействия высокочастотных радиопомех при их установке в аппаратуру с конструктивными элементами, чувствительным к паразитным наводкам. Имеет различный профиль.
Экранированные кабели — Shielded Cables — Кабель (провод), в котором все или часть основных жил (групп) экранированные или имеется общий экран.
Электрическая (токопроводящая прокладка)— Electrical Gaskets – Gaskets EMC — Экранирующая прокладка ЭМС предназначена для защиты от воздействия высокочастотных радиопомех при их установке в аппаратуру с конструктивными элементами, чувствительным к паразитным наводкам.
Электромагнитная совместимость (ЭМС)— Electromagnetic Compatibility — способность радиоэлектронных средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных радиопомех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлектронным средствам.
Электромагнитное излучение — Radiated Emission (RE) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.
Электромагнитный спектр — Electromagnetic Spectrum — ряд форм электромагнитного излучения, расположенных по порядку величин их частот, или длин волн. В начале спектра расположены низкочастотные (с большой длиной волны) радиоволны, затем идут микроволны, инфракрасные (тепловые) волны, свет (видимый спектр), ультрафиолетовые волны, затем рентгеновские лучи и высокочастотные гамма-лучи.
Эмиссия, EMI — Emission, EMI — непреднамеренный или нежелательный выход потенциально опасной электромагнитной энергии от электрических / электронных источников.
Эффективность экранирования — Shielding Effectiveness — отношение напряжений, токов, напряженностей электрического и магнитного полей в экранируемом пространстве или на конце фильтруемого провода при отсутствии и наличии экрана: Э = U/U’ = I/I’ = E/E’ = H/H’.
