Фильтры электромагнитных помех для современной электроники
Прежде чем мы обсудим основную информацию о фильтрах электромагнитных помех (EMI на русском ЭМП), давайте сначала разберемся, зачем нам нужны фильтры EMI в электронике.
Одна из важных причин, по которой разработчикам нужны фильтры электромагнитных помех, заключается в том, что требования регулирующих органов к радиочастоте (РЧ) / беспроводных устройств для использования в США (FCC), Канаде (IC), Европе (CE) и многих других странах требуют, чтобы излучаемые и кондуктивные излучения были ограничены ниже указанного порога и должны соответствовать требованиям к помехоустойчивости / переходным процессам. Разработчики должны понимать, что фильтры EMI помогут удовлетворить требования к устойчивости и быстрым переходным процессам, а также к излучаемым помехам для достижения надежной конструкции.
Правила регулирующего агентства
Органы регулирования электронной промышленности определили правила для подавления шума, создаваемого электронными устройствами, до разумного уровня.
Данные агентства следят за тем, чтобы электронные устройства работали правильно при определенном уровне шума, чтобы мы могли использовать эти устройства с надлежащей безопасностью. Эти правила известны как правила электрического шума.
В сегодняшних условиях нас окружает гораздо больше электронных устройств, чем когда-либо прежде. Количество электронных устройств будет продолжать расти с развитием новых технологий.
В электронном устройстве, которое считается «источником» электрического шума, возникновение этого шума называется излучением или генерацией помех. Напротив, если электронное устройство считается «жертвой» помех, устойчивость к шуму называется невосприимчивостью или помехоустойчивостью.
Фильтры электромагнитных помех также должны соответствовать стандартам безопасности
В безопасной конструкции обычно измеряется повышение температуры индуктора. При работе от сети будет контролироваться минимально необходимая изоляция между фазой, нейтралью и землей. Эти усилия снизят риск возгорания и поражения электрическим током.
Каждый конденсатор должен быть сертифицирован по безопасности, в зависимости от его положения в цепи. На входных клеммах сети питания должны использоваться специальные конденсаторы.
Фильтр электромагнитных помех
Фильтр электромагнитных помех — это электронный компонент, который обеспечивает подавление электромагнитных помех для электронных устройств. Данный фильтр обычно используется вместе с экранами и другими видами защиты. Фильтры EMI только извлекают и удаляют нежелательные влияние «шумовых компонентов», которые могут вызвать электромагнитный шум, от электрических токов, которые проходят по электрической цепи.
Что же такое фильтр электромагнитных помех (EMI)?
EMI — это просто шумовые помехи, вызванные внешними электромагнитными волнами. Электромагнитные помехи могут привести к ухудшению рабочих характеристик любого электрического оборудования в пределах допустимого диапазона, вызывая нежелательные токи и напряжения в его схемах.
Фильтр электромагнитных помех состоит из двух основных компонентов: наведенных электромагнитных помех и излучаемых электромагнитных помех.
Кондуктивные электромагнитные помехи передаются через проводники и паразитные сопротивления, силовые и заземляющие соединения. Однако излучаемые электромагнитные помехи связаны с радиопередачей. Было продемонстрировано, что проверка характеристик кондуктивного дифференциала на частотах выше 30 МГц также поможет удовлетворить отдельно проверенные требования к электромагнитным помехам (рисунок ниже).
Шум связан с восприимчивостью системы через следующие механизмы:
- На низких частотах связь вызвана проводимостью.
- На средних частотах электрическое и магнитное поля являются механизмами связи.
- На высоких частотах связь происходит от электромагнитного излучения.
ПК, мобильные телефоны и другие электронные устройства обычно могут излучать нежелательный шум, который может мешать работе других электронных устройств в пределах их досягаемости.
Примечание. Не путайте электромагнитную совместимость (ЭМС) с электромагнитными помехами (ЭМП).
Электромагнитная совместимость — это способность электрической системы выполнять свои функции в присутствии электромагнитных помех, генерируемых как внутри, так и извне, из соседней системы.
Шумовые помехи в системе
Даже при отсутствии внешних источников шума, за пределами электронного устройства, внутренние схемы могут создавать помехи другим схемам в этой системе. Это известно как «внутрисистемные электромагнитные помехи». Примером может служить цифровая схема, излучающая шум, который индуцируется в беспроводной цепи в смартфоне, который может испытывать трудности при приеме / передаче беспроводных сигналов на локальную базовую станцию 5G. Другой пример — радиоприемник, на который также может воздействовать электродвигатель поблизости.
Схемы все более высокого уровня сложности располагаются в непосредственной близости от других схем, чтобы уменьшить форм-фактор всей конструкции. Встроенные чувствительные компоненты могут быть размещены рядом с цепями управления питанием с большими напряжениями и токами.
Такая компоновка может привести к тому, что некоторые схемы будут электромагнитно мешать работе близлежащих чувствительных схем. Компоновки проекта должны обеспечивать адекватную плотность компонентов, при этом они должны быть чувствительны к электромагнитным помехам для других, более восприимчивых компонентов.
Одной из наиболее распространенных схем в современных электронных системах является импульсный источник питания (SMPS), который обеспечивает значительное повышение эффективности по сравнению с линейным регулятором в большинстве приложений. Однако этот бонус высокой эффективности имеет обратную сторону: включение и выключение силовых полевых транзисторов в SMPS становится основным источником электромагнитных помех. Одним из типов фильтров EMI для SMPS является архитектура с дифференциальным режимом (рисунок ниже).
Использование фильтра электромагнитных помех в электронном продукте
Во-первых, давайте посмотрим на основной электрический фильтр. Фильтр в электронной системе может быть аналоговым, цифровым, активным или пассивным.
Фильтр, предотвращающий шум в системе, будет контролировать нежелательные для системы частоты. Фильтры получают сигнал на своем входе и выдают выходной сигнал, который изменяется внутренней схемой, чтобы удалить нежелательный шум, попадающий в систему.
Другие типы фильтров могут быть разработаны для удаления других «шумных» нарушителей во входном сигнале. Мы не хотим, чтобы фильтр электромагнитных помех снижал эффективность или удельную мощность источника питания. Об этом мы поговорим в следующих статьях.
Фильтр EMI (ЭМП) будет эффективно отфильтровывать определенную частоту в линии или любую другую частоту, вызывающую нарушение, чтобы получить соответствующий сигнал определенной частоты или исключить сигнал выше определенной частоты. По сути, фильтр электромагнитных помех — это электрическое устройство / цепь, которая помогает уменьшить высокочастотный электромагнитный шум, присутствующий в линиях электропередач, а также в сигнальных линиях (рисунок выше).
Фильтры ЭМП могут быть классифицированы как фильтры нижних частот, верхних частот, полосовые или фильтры полосы частот.
Фильтры электромагнитных помех обычно конструируются с пассивными компонентами, такими как конденсаторы и катушки индуктивности, сконфигурированными в форме LC-фильтра или даже в более сложных архитектурах.
Катушки индуктивности в фильтре электромагнитных помех пропускают низкочастотные или даже постоянные сигналы, но блокируют нежелательные высокочастотные сигналы. Конденсаторы обычно направляют высокочастотный шум путем низкого сопротивления обратно к заземлению источника питания или заземлению системы.
Подведем итоги
Когда новый дизайн продукта выпускается в открытый мир электроники, он должен пройти специальные тесты на электромагнитные помехи, чтобы соответствовать местным стандартам для этого конкретного типа продукта. В этой статье описываются электромагнитные помехи и определяются фильтры подавления электромагнитных помех. Обсуждается шум электромагнитных помех внутри системы, и в качестве возможных нарушителей рассматриваются примеры импульсных источников питания.
Наконец, использование фильтра электромагнитных помех в электронном продукте рассматривается на базовом уровне.
Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех
Отсеиваем электрический мусор, поступающий из сети, от электронной аппаратуры
Сетевой фильтр – это устройство, предназначенное для защиты электроаппаратуры от импульсных и высокочастотных помех, норовящих проникнуть в цепь источника первичного электропитания, а также от кратковременных превышений (относительно нормы) напряжения сети.
Ошибочно думать, что классический сетевой трансформатор (ввиду своей низкочастотности) не будет пропускать на вторичную обмотку высокочастотные и импульсные
помехи. Будет, причём довольно охотно, особенно когда дело касается синфазных помех. Поэтому, относится ли оборудование к высокочувствительной приёмной технике, или
качественной звуковой аппаратуре, сетевой фильтр – это штука весьма полезная и зачастую позволяющая в значительной степени повысить характеристики
электронных устройств.
К тому же не следует забывать, что пассивные сетевые фильтры обладают достаточной степенью симметрии, т. е. импульсные и ВЧ помехи, создаваемые радиоэлектронным устройством, обратно в сеть они также не пропускают.
На предыдущей странице мы рассмотрели описание узлов «правильного» подавителя синфазных и дифференциальных помех, осталось лишь скомпоновать
всё это дело в конструкцию «правильного» сетевого фильтра.
Рис.1 Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех
Предохранитель F1 и варистор U1 – это защита от высоковольтных перенапряжений в сети. Такие перенапряжения случайны и результат
их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор отлично рассеивает высоковольтные импульсные помехи, то в случае длительного аварийного превышения напряжения в розетке
(например, появление 380В при обрыве нуля), он не выдерживает мощности и сгорает. Сгорает с переходом в проводящее состояние.
Цепочка R1, R2, C1, C2 представляет собой простейшую ёмкостную схему фильтрации противофазных (дифференциальных) ВЧ помех, наведённых в линии питания. Подавляемые частоты – от 100кГц и выше.
Синфазный дроссель L1, как следует из названия, осуществляет ослабление НЧ синфазных помех, находящихся в диапазоне частот: от десятка до сотен килогерц. Помогают ему в этом деле конденсаторы С3, С4, расширяя полосу шунтирования помех (в том числе и асимметричных) вплоть до десятков мегагерц.
Дроссели L3 L4 с конденсаторным обвесом уменьшают дифференциальные помехи с частотами – от десятков килогерц до десятков мегагерц.
Дроссель L2 – нечастый гость в сетевых фильтрах, однако его отсутствие в трёхпроводной сети открывает прямую дорогу для проникновения синфазных помех из сети на корпус устройства.
Несмотря на кажущуюся простоту, сетевой фильтр, приведённый на Рис.
1. Варистор. На практике для сетевого напряжения 220В лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного (классификационного) напряжения срабатывания. Эти напряжения соответствуют 277 или 305 вольтам действующего значения переменного тока. Вполне оптимальным значением энергии варистора является значение от 80 Дж и выше.
2. Конденсаторы желательно выбрать из числа специализированных, то есть предназначенных для подавления ЭМП. С1, С2, С5, С6 должны быть класса Y2.
С3, С4, С7 могут быть класса: как Y2, так и X2.
Если же использовать обычные высоковольтные конденсаторы, то они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение – не менее 630 В.
3. Дроссели – это главные элементы, отвечающие за уровень подавления помех, поэтому их крайне важно выполнить «по уму»!
Значения индуктивностей дросселей приведены на схеме, а выбор размеров сердечников и диаметра провода следует производить исходя из максимального тока
(мощности) нагрузки.
Необходимое число витков рассчитывается на любом калькуляторе, исходя из индуктивности, размеров магнитопровода и его магнитной проницаемости.
L1 – это синфазный дроссель, состоящий из двух катушек, намотанных на общий кольцевой ферритовый сердечник с высокой магнитной проницаемостью (2000…10000).
Его индуктивность может находиться в пределах 1,8…5 мГн.
Направление намотки обмоток дросселя – противоположное.
У любого сердечника есть такой параметр, как габаритная мощность, и эта габаритная мощность не должна быть меньше максимальной мощности, потребляемой нагрузкой.
Приблизительно (с 10…15% запасом) оценить необходимые размеры сердечника, исходя из его габаритной мощности, можно из таблицы, приведённой на странице –
ссылка на страницу. И хотя во многих случаях производители в целях экономии игнорируют этот параметр,
необходимых характеристик подавления можно достичь только при использовании «правильных» габаритов моточного изделия, даже, несмотря на его
зачастую внебюджетную стоимость.
Дроссели L3, L4 (в отличие от синфазного дросселя) не содержат противофазных обмоток, компенсирующих разностный магнитный поток, поэтому для них необходимы сердечники с высокой индукцией насыщения! Это могут быть: либо танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров в кольцах с высокой магнитной проницаемостью, либо дроссели, намотанные на обрезках от ферритовых магнитных антенн для радиоприёмников, либо (оптимальный вариант) – дроссели на тороидальных сердечниках из распыленного железа.
В качестве таких сердечников следует использовать смеси, предназначенные для эксплуатации при значительных постоянных токах подмагничивания, в первую очередь
смеси: –8, –14, –18, –19, –30, –34,–35, –52, на худой конец, расхожую – 26.
Диаметр провода намотки аналогичен диаметру провода в синфазном дросселе, а габаритные размеры сердечника, хочешь не хочешь, но также приближаются к размерам магнитопровода в синфазном дросселе.
Индуктивность дросселя L2 некритична.
Поскольку постоянных токов через дроссель не течёт, то его вполне можно выполнить на низкочастотном
ферритовом кольце с высокой магнитной проницаемостью, либо на ферритовой фильтрующей трубке (защёлке) для кабеля.
На кольце следует разместить 10…15 витков провода с диаметром, как минимум вдвое превышающим диаметр фазовых обмоток. На защёлке вполне достаточной
окажется обмотка из 3…4 витков. Если необходимого по диаметру провода не находится, то не возбраняется выполнить обмотку двойным проводом.
Всю земляную разводку внутри устройства необходимо выполнить как можно более короткими и «толстыми» проводниками.
Соединители фильтров EMI / EMP и устройства TVS для критически важных приложений в тяжелых условиях
Фильтры C, L-C, C-L и Pi, а также индивидуальные решения TVS
Серия240
Разъемы фильтров электромагнитных/радиопомех включают электронные схемы (конденсаторы) для отделения линейных сигналов от нежелательных радиочастотных или высокочастотных помех, которые потенциально могут воздействовать на электронное оборудование или производительность системы. Разъемы фильтра также могут быть оснащены диодами для подавления переходного напряжения для подавления скачков напряжения высокой энергии, например, которые могут возникнуть в результате удара молнии или ЭМИ, прежде чем скачок может повредить чувствительное электронное оборудование.
Glenair производит полный спектр соединителей фильтров для использования в управлении электромагнитными помехами/электромагнитными помехами электронных систем и соединительных кабелей в неблагоприятных условиях, таких как военная аэрокосмическая промышленность. Разъемы (как правило, розетки) спроектированы в соответствии с применимыми спецификациями разъемов и совместимы с вилками с такой же конфигурацией вставок и контактами противоположного пола. Конденсаторные массивы планарных фильтров и диоды TVS могут быть интегрированы как в стандартный каталог, так и в конфигурации сборки на заказ. Современный процесс прижигания диодов Glenair тестирует выводные диоды и диоды для поверхностного монтажа с контролем тока утечки на протяжении всей процедуры испытаний, что обеспечивает надежность в полевых условиях.
Glenair является единственным поставщиком как стандартных, так и стандартных соединителей фильтров из каталога для всего спектра круглых и прямоугольных соединителей, используемых в настоящее время в военной аэрокосмической отрасли, включая MIL-DTL-38999, MIL-DTL-83513, MIL.
-DTL-24308, ARINC 600 и другие. Мы поддерживаем 100% вертикально интегрированные производственные мощности для каждого аспекта изготовления соединителей фильтров EMI / EMP, включая собственное производство многослойных керамических планарных матриц. В результате мы предлагаем самый быстрый оборот в нашей отрасли как для решений по спецификации, так и для стандартных решений по каталогу.
Главная > Соединители фильтров EMI / EMP и устройства TVS
Наши возможности включают в себя
- Электрические конфигурации фильтров C, L-C, C-L и Pi
- Наконечник из поликарбоната, чашка под пайку или обжимной контакт
- Емкость от 10 до 1 000 000 пФ
- Специальные решения для высоких рабочих температур
- Плоские многослойные керамические емкостные фильтры с диодами для подавления переходных напряжений и без них
Презентация в виде слайд-шоу
- Соединители фильтров электромагнитных и электромагнитных помех и устройства TVS
Спецификация продукта
- Соединители для фильтров EMI-EMP / Серия 240
Знакомство с разъемами для фильтров
- Технический обзор и технические характеристики: разъемы для фильтров EMI/RFI Glenair
Замечания по применению
- Практические решения для обеспечения электромагнитной совместимости
- Контрольный список приложений
- Материалы и технологии ЭМС
- Обзор разъема фильтра EMI/EMP
- Многослойные керамические планарные конденсаторы
- с Сержем Гигаватом
- Подавление переходного напряжения — руководство по выбору диода
- Значения вносимых потерь и емкости
- Оценка вносимых потерь и настройка разъема
- Космические приложения, пайка и удар молнии
- Глоссарий EMI/EMP
- Услуги по прожиганию диодов
- Матрица соответствия для соединителей фильтров D38999 серии III
Указатель номеров деталей
- Соединители фильтров серии 240
Концевая заделка ПК Примечание
Во избежание вредного проникновения очищающих растворителей/воды в разъем при подключении разъем должен быть защищен IAW IPC J-STD-001 и/или NASA STD-8739.
3. Для получения помощи и/или дополнительной информации обращайтесь на завод.
Соединители для круглых фильтров военного стандартаДля MIL-DTL-38999 серий I, II, III и IV, MIL-DTL-26482 серии II, MIL-DTL-83723 серии III, серии ITS (тип VG 95234 5015), MIL-DTL-5015, MIL- DTL-28840 и другие серии Circular MS. Раздел Б | |
Соединители фильтров Mighty Mouse серии 80Раздел C | |
MIL-DTL-83513 Соединители фильтров типа Micro-DРаздел D | |
MIL-DTL-24308 Соединители фильтров типа D-Subminiature и HiPer-DРаздел E | |
Соединители фильтров PowerTrip® серии 970Секция F | |
Микрообжимные соединители для фильтров серии 79Секция G | |
Соединители фильтров ARINC 600Glenair производит полный спектр соединителей фильтров ARINC 600 для использования в управлении ЭМС/ЭМИ электронных систем и соединительных кабелей Раздел Н | |
Соединители фильтра TVSСекция J | |
Принадлежности для тестированияСекция K | |
Проводящие прокладки и аксессуарыРаздел L | |
Серия 806 Mil-Aero Micro Miniature240-806 Сосуды с фильтром, контргайка | |
Серия 806 Mil-Aero Micro Miniature240-806-21 Сосуды с фильтром, контргайка, хвостовик из поликарбоната, резьбовая стойка |
Разъемы для фильтров электромагнитных/радиочастотных помех — SuperNine® Advanced Performance MIL-DTL-38999 Series III Type
Плоские конденсаторные фильтры электромагнитных/радиочастотных помех и дополнительные межсоединения с диодами TVS Совместимы со всеми стандартными разъемами MIL-DTL-38999 Series III и розеток
Артикул
- Руководство по выбору продукции
- Обзор материалов и вырезов в панелях
- Альтернативные позиции ключей
- Матрица соответствия
240-383PD38999 Серия III Разъем фильтра EMI/RFI с контактами под пайку MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III | |
240-383QD38999 Серия III Разъем фильтра EMI/RFI со съемными обжимными контактами MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III, тип | |
240–383 ВтD38999 Серия III Фильтр электромагнитных/радиочастотных помех Соединитель для настенного монтажа MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III | |
240-383JD38999 Серия III Соединитель с контргайкой фильтра EMI/RFI, тип III MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III | |
240-383РД389Настенная розетка с фильтром EMI/RFI серии 99 III с обжимными контактами MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III | |
240-383SD38999 Серия III Фильтр EMI/RFI Контргайка Соединитель с обжимными контактами MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III | |
240-383DD38999 Серия III Фильтр электромагнитных/радиочастотных помех Двойной фланец Соединитель настенной розетки MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III | |
240-383ED38999 Серия III Фильтр электромагнитных/радиочастотных помех Двойной фланец Соединитель с контргайкой MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III | |
240-383BD38999 Серия III Адаптер разъема фильтра EMI/RFI MIL-DTL-38999 Соединители фильтров EMI/RFI серии III |
| | |||
|
Независимо от того, является ли ЭМИ ЭМИ молнии (LEMP), ядерным ЭМИ (NEMP), высотным ЭМИ (HEMP) или неядерным ЭМИ (NNEMP), фильтр защитит подключенные устройства от 500 ампер в импульсе 20×100 наносекунд или до 100 000 ампер в импульсе 10×100 микросекунд. Удобный пакет фильтров и конструкция медных входов/выходов делают GigaFOILv4-EMP™ самым простым способом модернизации ваших корпусов до корпусов с защитой EMP.
Даже самые лучшие стандартные линейные фильтры обеспечивают только 70 дБ в диапазоне частот от 50 МГц до 10 ГГц и будут работать только с 10Base-T. На рынке нет стандартных фильтров сигнальных линий Fast Ethernet (100Base-TX) или Gigabit Ethernet (1000Base-T). Кроме того, важно отметить, что стандартные фильтры сигнальных линий не различают сигналы Ethernet и нежелательные сигналы. Они действуют как «дыра» в экранированном корпусе для всех сигналов — хороших и плохих — в пределах полосы пропускания.
