Filtracja Zakłóceń Zasilania Procesorów - Metody i Techniki
- Szczegóły
W dobie powszechnej cyfryzacji i miniaturyzacji układów impulsowych, zjawisko zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) oraz radiowych (RFI) stało się jednym z największych wyzwań dla projektantów. Stabilne i czyste zasilanie jest kluczowe dla poprawnego działania nowoczesnych układów elektronicznych.
Co to są Zakłócenia Elektromagnetyczne?
Jesteśmy ciągle otoczeni falami elektromagnetycznymi. Nadajniki radiowe, sieci telefonii komórkowej lub domowe sieci Wi-Fi emitują energię na różnych częstotliwościach. Wszystkie te fale są nośnikami informacji, do których mamy dostęp z pasującymi urządzeniami końcowymi, takimi jak radio, telewizor, smartfon lub komputer, aby wymienić tylko kilka.
Istnieją również fale elektromagnetyczne, które w znacznym stopniu zakłócają odbiór i przetwarzanie informacji oraz zapewniają szum. Również zasilacze impulsowe pracują z wyższymi częstotliwościami i emitują przy tym swoją częstotliwość roboczą. Każdy komputer posiada dla procesora generator zegarowy, który wysyła zakłócające sygnały. Podobnie, dzięki zasilaniu domowym 230 V, niepożądane wysokie częstotliwości promieniami zakłócanymi mogą być „wprowadzone”.
Środki Przeciw Promieniowaniu Interferencyjnemu
W celu zmniejszenia zakłóceń radiowych, istnieją różne możliwości:
- Zakłócenia radiowe można zredukować u źródła, na przykład przez oporniki wstępne, kondensatory i/lub dławiki (cewki). W celu wyłączenia działania anteny, części tłumiące zakłócenia powinny znajdować się możliwie jak najbliżej źródła zakłóceń.
- Istnieje również możliwość ekranowania źródła zakłóceń, np. poprzez obudowę metalową o wysokiej częstotliwości.
- Filtrowanie linii zasilających ze źródła i do źródła zakłóceń możliwe jest na przykład przy użyciu kondensatorów przepustowych.
- Kolejne rozwiązanie to galwaniczna izolacja źródła sygnału i odbiornika sygnału.
Elementy elektryczne, które mogą zostać oderwane, są filtrem przeciwzakłóceniowym. W tym przypadku istnieją różne rodzaje konstrukcji o różnych elementach.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Jakie są Filtry Zakłóceń?
Filtry przeciwzakłóceniowe to kluczowe komponenty, których zadaniem jest dwukierunkowa blokada niepożądanych sygnałów: chronią one czułe urządzenie przed "śmieciami" z sieci zasilającej oraz zapobiegają emisji zakłóceń generowanych przez samo urządzenie do otoczenia.
Typy Filtrów Zakłóceń
- Filtr szumów (ogólnie): Są to cewki indukcyjne lub kondensatory, które są instalowane, na przykład, bezpośrednio na silnikach ze szczotkami kolektorowymi (odkurzacze) lub w skrzynce przyłączeniowej większych silników elektrycznych w celu stłumienia wadliwego działania takich maszyn.
- Filtr RFI: Głównym zadaniem radiowego układu przeciwzakłóceniowy jest eliminacji zakłóceń w zasilaniu i urządzeniach elektronicznych po stronie sieci. Filtry te zaniżają częstotliwości w sieci elektrycznej powyżej 63 Hz.
- Filtr sieciowy: Filtry te zatrzymują zakłócenia z sieci niskiego napięcia (230 V) na przyłączu zasilania urządzenia. Jednocześnie zapobiegają one zwrotom ewentualnych zakłóceń z podłączonych urządzeń do sieci niskiego napięcia za pośrednictwem gniazda elektrycznego.
- Filtr szumów NF: Filtry interferencyjne niskiej częstotliwości zatrzymują interferencje w komponentach LF, na przykład w samochodowych systemach audio lub między komponentami domowego systemu hi-fi.
Kondensatory X i Y
Do zastosowania w filtrach tłumiących zakłócenia kondensatory są podzielone na dwie klasy: Kondensatory X i Y. W przypadku filtrów tłumiących zakłócenia X kondensatory są włączone między fazami lub fazą a przewodem neutralnym. Kondensatory przeciwzakłóceniowe klasy Y są stosowane do mostkowania izolacji podstawowej, aby w przypadku zwarcia zapobiec zagrożeniom otoczenia.
Filtry LC i Kondensatory
Dobrze dobrany filtr LC załatwi sprawę. Przy stabilizatorach LDO trzeba bardzo uważać na dobór pojemności wyjściowej i jej ESR, szczególnie ważny jest ESR nie może być ani za mały ani za duży.
Koraliki Ferrytowe w Filtracji Zasilania
Doprowadzenie zasilania wysokiej jakości do poszczególnych elementów nie jest możliwe bez użycia elementów indukcyjnych w liniach zasilania. Element indukcyjny wykazuje opór tym wyższy, im wyższa jest częstotliwość sygnału, co oznacza, że tłumi sygnały zmienne. Przy niskich częstotliwościach (<100 kHz) ferryty mają charakter indukcyjny, dlatego są przydatne w dolnoprzepustowych filtrach filtrujących LC. Powyżej 100 kHz ferryty stają się głównie rezystancyjne (niskie Q). Impedancja ferrytu jest funkcją materiału, zakresu częstotliwości pracy, prądu polaryzacji stałoprądowej, liczby zwojów, rozmiaru, kształtu i temperatury.
Koraliki ferrytowe nie zawsze są konieczne, ale zapewniają dodatkową izolację i filtrowanie zasilania od szumów o wysokiej częstotliwości, co jest często pożądane. Głównym problemem przy ich stosowaniu jest szansa ich nasycania, szczególnie w momencie, gdy zasilany układ pobiera spory prąd.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Metody Tłumienia Rezonansu w Układach z Koralikami Ferrytowymi:
- Dodanie rezystora szeregowego z kondensatorem filtrującym.
- Dodanie równoległego rezystora o niewielkim oporze do koralika ferrytowego.
- Dodanie dużego kondensatora (CDAMP) z szeregowym rezystorem tłumiącym (RDAMP).
Zasilanie Mikrokontrolerów
Każdy mikrokontroler ma dokładnie określony poziom napięć zasilających, przy których producent gwarantuje jego poprawną pracę.
Zasady filtrowania zasilania dla mikrokontrolerów:
Nx100nF + 1x10µF. N - to liczba par pinów zasilających. Podobne zasady filtrowania zasilania dotyczą wszystkich innych układów scalonych. Do kondensatorów ceramicznych, powinieneś/możesz przewidzieć dodatkowo kondensatory elektrolityczne lub tantalowe, zarówno na wejściu jak i wyjściu.
Parametry Regulatorów Napięcia
Twoje układy scalone potrzebują stabilnego zasilania DC do prawidłowego działania, a niski poziom szumów jest standardowym wymaganiem dla każdego regulatora DC.
Kluczowe parametry regulatorów napięcia:
- Stosunek odrzucenia szumów zasilania (PSRR).
- Regulacja wyjścia.
- Gęstość mocy szumów.
Te trzy specyfikacje należy rozważyć razem przy wyborze regulatora napięcia o niskim poziomie szumów. Na przykład, niska regulacja wyjścia i gęstość mocy szumów są bez znaczenia, jeśli wejście ma 0 dB PSRR.
Kluczowe znaczenie mają kryteria zakupu
Pierwszą kwestią powinno być to, czy chcesz tłumić pojedyncze urządzenia czy złożone obwody. Jeśli w tym celu wymagana jest instalacja w sieci niskiego napięcia, należy skorzystać z pomocy fachowca. Dysponuje wykwalifikowanym przysystemem do pomiaru skuteczności elementów tłumiących zakłócenia.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Łatwy montaż filtra sieciowego. Jeśli obudowa jest wystarczająco duża, gniazda urządzeń IEC można wymienić na filtry sieciowe. Zwróć uwagę na oznaczenie kolorami złączy i ich bezpieczne mocowanie.
Jeśli zbyt mało miejsca jest do montażu, możliwa jest konstrukcja centralnego rozdzielnika prądu. Można tu poprzez połączenie równoległe podłączyć do jednego złącza ściennego podłączyć jednocześnie kilka filtr sieciowy. Ale: Każdy filtr sieciowy jest przeznaczony tylko do określonego obciążenia prądu, sięga od 1 do 20 amperów. Aby zapewnić bezpieczną pozycję, należy stosować filtry o wartości co najmniej 3 a (co odpowiada około 700 w).
Nasza praktyczna wskazówka: jeden filtr liniowy na połączenie zasilania
Wiele rozdzielaczy zasilania sieciowego ma tylko jeden filtr sieciowy do wszystkich gniazdek elektrycznych. Może to jednak mieć negatywny wpływ na wszystkie podłączone komponenty Hi-Fi i TV, ponieważ rezystancja elektryczna (impedancja) listwy rozdzielczej zmienia się w kierunku sieci. Wprawdzie prąd zakłócający nie trafia już do sieci, ale do innych urządzeń podłączonych do listwy. Właściwsze jest, aby każde złącze zasilania było wyposażone we własny filtr sieciowy lub by w dystrybutorom z pojedynczym lub co najmniej grupowym tłumieniem.
FAQ - najczęściej zadawane pytania dotyczące filtrów tłumiących zakłócenia
Was oznacza nadruk „filtr EMI”?
Skrót EMI oznacza interferencję elektromagnetyczną, która oznacza zakłócenia elektromagnetyczne lub radiowe. Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) określa zdolność danego elementu do zapobiegania takim zakłóceniom. Dlatego też komponenty pasywne określane są również jako filtry EMC.
Czy można zintegrować filtr sieciowy z samodzielnie zmontowanym kablem?
Jest to możliwe w łatwy sposób. Zamiast roztworu z wężem kurczliwym lub nawet taśmą izolacyjną zaleca się zakup filtra sieciowego z osłoną PCW oraz wbudowanym przełącznikiem sieciowym.
Czy jest filtr sieciowy bez pinu do przewodu ochronnego?
Nie. Nie tylko ze względów bezpieczeństwa, ale także ze względów funkcjonalnych. Przewód ochronny - zazwyczaj połączony z metalową obudową odbiornika - jest niezbędny do filtrowania fal wysokiej częstotliwości. Rurociągi wodne i grzewcze w domu lub mieszkaniu (ziemia) mogą być ogromną anteną do wykorzystania częstotliwości radiowych, dlatego powinny być włączone do funkcji filtrowania.
tags: #filtracja #zakłóceń #zasilania #procesorów #metody
