Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2009 №11

Блочный фильтр ЭМП (EMI) для источников питания

Танака-сан Казунари (Tanaka san, Kazunari)


Расширение функциональности электронного оборудования сопровождается существенным ростом быстродействия ИС и числа используемых в них логических вентилей. Соответственно, все более важную роль начинают играть силовые цепи, обеспечивающие питание этих устройств. Если устройство с высокой частотой переключения имеет нестабильное питание, то и работа его становится неустойчивой. Особенно это заметно в низковольтных полупроводниковых устройствах. По этой причине стабильность источника питания стала сегодня одним из ключевых факторов. К тому же, поскольку быстродействующие полупроводниковые устройства излучают высокочастотные гармонические помехи, обычные развязывающие конденсаторы в ряде случаев не способны их подавить. Более того, низковольтные полупроводниковые устройства подвержены риску нарушения работы и даже выхода из строя под действием внешних электростатических разрядов и импульсных бросков напряжения. Помимо общепринятых методов решения этой проблемы, заключающихся в надлежащем проектировании схем и выборе развязывающего конденсатора, вполне жизнеспособным подходом является использование высокоэффективных фильтров ЭМП. В статье рассматривается эффективность блочных фильтров ЭМП и дается обзор рыночных новинок формата SMD.

Блочный фильтр ЭМП

Блочный фильтр ЭМП (рис. 1, таблица) — это составной фильтр для подавления электромагнитных помех, его выпускает компания Murata Manufacturing Co., Ltd. под маркой BNX. Входящие в состав фильтравысококачественный проходной конденсатор и многослойный керамический конденсатор большой емкости обеспечивают подавление электромагнитных помех в широком диапазоне частот. Дроссель в цепи общего провода позволяет в значительной степени подавлять помехи, распространяющиеся по «земле».

Рис. 1. а) Блочный фильтр ЭМП серии BNX; б) пример характеристики вносимых потерь (BNX022-01); в) схема включения

Высокая эффективность подавления помех фильтрами серии BNX сделала эти изделия оптимальным выбором для фильтрации помех в силовых цепях самого разнообразного оборудования. Малоразмерная серия BNX012 с толщиной корпуса 8 мм была выпущена в продажу в 2003 году. Она рассчитана на случаи, когда фильтры предыдущих серий BNX не могут быть смонтированы на печатной плате ввиду миниатюризации электронного оборудования.

Недавно компания выпустила еще более компактные фильтры — BNX022 и BNX023, предназначенные для поверхностного монтажа (SMD). Корпус SMD-фильтров серии BNX имеет толщину 3,1 мм — это меньше, чем у фильтров с проволочными выводами BNX012/BNX016, которые сами по себе достаточно миниатюрны. Их можно паять оплавлением для одновременного монтажа с SMD-компонентами. По характеристикам подавления помех SMD-фильтры эквивалентны изделиям предыдущих серий и при этом рассчитаны на номинальный ток 10 или 15 А.

Подавление помех блочными фильтрами ЭМП

В чем же заключается эффект от использования фильтров серии BNX для подавления помех?

Подавление помех в силовых кабелях

На рис. 2 приведен пример эксперимента, демонстрирующего подавление помех от силового кабеля, подсоединенного к оборудованию, при использовании внешнего блока питания. Цифровые цепи электронного оборудования, работающие на частоте 30 МГц, питаются от преобразователя постоянного тока. Когда к печатной плате подсоединен внешний блок питания, по силовому кабелю распространяются как помехи от самого преобразователя постоянного тока, так и помехи от цифровых цепей, проходящие через преобразователь. Установив в соединитель силового кабеля малоразмерный фильтр серии BNX012 с проволочными выводами, можно добиться существенного (от 10 до 20 дБ) подавления помех в диапазоне частот от 100 до 700 МГц. Фильтры серии BNX, содержащие конденсатор большой емкости и высокоэффективный проходной конденсатор, характеризуются способностью подавлять помехи в широком диапазоне частот при использовании всего одного фильтра. Можно ожидать, что эта их особенность будет использоваться для подавления внешних помех (обеспечения помехоустойчивости) в случаях, когда частоту помехи предсказать невозможно.

Рис. 2. а) Меры по блокированию излучения помех силовыми кабелями; б) результат измерения

Помехи переключения в импульсных источниках питания

В ИИП и преобразователях постоянного тока напряжение преобразуется в импульсном режиме. В этой связи выходное напряжение может содержать помехи, время от времени образующиеся при переключении. На рис. 3 показан пример подавления помех переключения, в котором фильтр BNX002-01 практически бесследно устраняет помехи данного типа.

Рис. 3. Подавление помех переключения в импульсных источниках питания:

а) испытательная схема; б) без фильтра (вырабатывается высокочастотная помеха амплитудой до 0,5 В); в) используется BNX002-01 (фильтр BNX подавляет большую часть помехи)

Подавление импульсного шума

В местах расположения высоковольтного электрического оборудования — например, промышленных металлорежущих станков — функционирование оборудования может нарушаться под воздействием импульсных помех, таких как коммутационные перенапряжения. Высокая эффективность подавления ЭМП фильтрами серии BNX позволяет применять их и для подавления импульсных помех. На рис. 4 показано, как фильтр подавляет помехи, вырабатываемые генератором импульсных помех. Эта демонстрация была выполнена с тремя типами фильтров: BNX002-01 (обычный), BNX012-01 (малоразмерный) и BNX022-01 (SMD). Во всех трех случаях импульсная помеха с амплитудой 4 кВ была подавлена.

Рис. 4. а) Схема подавления импульсных помех; б) помехи до испытания; в) помехи после испытания

Меры по защите от статического электричества

С миниатюризацией полупроводниковых элементов все большую актуальность приобретает проблема предотвращения их повреждения в результате действия электростатических разрядов (рис. 5). Фильтры серии BNX обеспечивают достаточную защиту от электростатических разрядов, возникающих в источниках питания.

Рис. 5. Сравнение сигнальных кривых электростатических разрядов

Выводы

Благодаря своей высокой эффективности блочные фильтры ЭМП используются во многих типах электрического оборудования. Однако в свете последних тенденций — миниатюризации и внедрения SMD-технологии — возникает необходимость в изменении их конфигурации. В этой связи компания вывела на рынок блочные фильтры ЭМП в малоразмерном и SMD-испол-нении. Выпущены также малоразмерные SMD-фильтры BNX024H01/BNX025H01, характеризующиеся высокой надежностью (обязательное требование в автомобильной промышленности). Эти блочные фильтры ЭМП позволяют реализовывать разнообразные меры по подавлению помех, включая стабилизацию напряжения, блокирование нежелательного излучения, подавление импульсных помех и электростатических разрядов.

Ожидается, что спрос на такие высокоэффективные фильтры ЭМП будет расти. В дальнейшем компания Murata намерена выпустить еще ряд моделей блочных фильтров ЭМП, учитывающих изменения в конфигурации оборудования и его сетевом окружении.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке