Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Подавление шумов с помощью синфазных дросселей

Подавление шумов с помощью синфазных дросселей На главную страницу
К оглавлению

Перевод: ©CОПЫРИГХТ: Дмитрий Иоффе, Советский Союз, www.dsioffe.narod.ru

(Noise Suppression by Common Mode Choke Coils)

(Встречается также название Current-Compensated Chokes)

Перевод избранного из файла 26to28e.pdf с сайта фирмы Murata

Дифференциальные и синфазные шумы

    Шумы делятся на два типа по способу прохождения.

    Первый тип - это дифференциальные шумы, которые распространяются по линии сигнала (питания) и земли в разных направлениях. Для их подавления устанавливаются фильтры в линии сигнала или питания.

    Второй тип - это синфазные (common mode) шумы, которые распространяются по всем линиям в одном направлении. Например, в сети переменного тока шумы распространяются по обеим линиям в одном направлении. В сигнальном кабеле шумы также распространяются по всем линиям кабеля в одном направлении.

    Поэтому для подавления шумов этого типа фильтры устанавливаются во всех линиях, по которым распространяются шумы.

    В примерах, показанных выше, применяются два следующих метода подавления шумов:

  1. Установка индуктивностей и в сигнальную линию, и в линию земли.
  2. Металлический корпус подключается к сигнальной линии через конденсатор. Таким образом, ток возвращается к источнику тока следующим путём: линия сигнала/земли - конденсатор - металлический корпус - паразитная (stray) ёмкость - источник шума.

Подавление шумов с помощью синфазных дросселей, часть 1

    Синфазные дроссели для дифференциального тока (сигнала) работают как простой проводник, а для синфазного тока (шума) - как индуктивность.

    Влияние на синфазный шум: так как магнитный поток, вызываемый синфазным током, накапливается, появляется значительный импеданс.

    Синфазные дроссели хорошо подходят для подавления синфазных шумов, так как легко получить катушку с большим импедансом.

    Синфазные дроссели используются для подавления синфазных шумов. Их получают, наматывая сигнальные или питающие провода на ферритовый сердечник.

    Так как магнитный поток течёт внутри ферритового сердечника, синфазный дроссель работает как индуктивность для синфазного тока. Таким образом, применение синфазного дросселя обеспечивает большой импеданс для синфазного тока и бОльшую эффективность подавления синфазных шумов по сравнению с обычными индуктивностями.

Подавление шумов с помощью синфазных дросселей, часть 2

    Влияние на дифференциальный ток: так как магнитные потоки, вызываемые дифференциальными токами, взаимоуничтожаются, импеданс не возникает.

  • Уменьшение импеданса, вызываемое насыщением магнитопровода, маловероятно даже при большом токе.
    Синфазные дроссели подходят для подавления синфазных шумов в линиях с большими токами, например, в сетях питания переменного и постоянного тока.
  • Незначительное искажение сигнала.
    Синфазные дроссели подходят для подавления шумов там, где искажение формы сигнала может вызвать проблемы, например, в линиях передачи видеосигнала.

    Примеры характеристик импеданса синфазных дросселей для постоянного тока:

    Так как магнитные потоки взаимоуничтожаются внутри ферритового сердечника, для дифференциального тока импеданс не возникает. Проблема насыщения магнитного материала незначительна. Синфазные дроссели подходят для подавления синфазных шумов в линиях с большими токами, например, в сетях питания переменного и постоянного тока. Так как они не влияют на форму сигнала, они также пригодны для подавления синфазных шумов там, где нежелательны искажения сигнала, например, в видеолиниях.

    На приведённом выше графике показаны примеры характеристик импеданса синфазных дросселей для постоянного тока. Существующие характеристики также содержат дифференциальный импеданс, и он должен учитываться при использовании синфазных дросселей в схемах с большим размахом сигнала.

На главную страницу
К оглавлению

Расчет фильтра EMI в SMPS

Может быть очень трудно рассчитать значения фильтра EMI, так как EMI больше зависит от физической схемы схемы, чем от самой топологии. Паразитные элементы, связанные с расстоянием между компонентами, экранированием, захватом, соединением и т. Д., Превысят количество фактических деталей. Часто необходим более эмпирический подход.

Решение для защиты от электромагнитных помех также не может быть аналитически «доказано» как хорошее. Вам необходимо провести измерения с помощью надлежащего анализатора спектра и LISN (сеть стабилизации полного сопротивления линии) в различных условиях и доказать эмпирически, что весь продукт соответствует стандартам выбросов.

Ваш преобразователь будет генерировать электромагнитные помехи на частоте переключения и на гармонических кратных этой частоте. Если у вас есть другие переключающие элементы в цепи, вы также можете увидеть суммы и разности частот. Сверхбыстрые выпрямительные диоды будут генерировать высокочастотный шум (обычно в мегагерцах) из-за их скорости.

Очевидно, что индуктор электромагнитных помех должен нести сетевой ток. В конфигурации с синфазным режимом входной ток будет нейтрализован, поэтому вам не придется беспокоиться о его насыщении, но провод должен быть достаточно толстым, чтобы провести ток безя2ря2р потери.

Как говорил Рассел, надлежащий синфазный фильтр будет объединять синфазный индуктор (фазовые точки на тех же концах) с некоторыми Y-конденсаторами (колпачок от каждой обмотки до защитного заземления). Конденсаторы, используемые для этой функции, ДОЛЖНЫ быть одобрены для безопасности для применения Y. Ваш дизайн должен включать как минимум один комплект Y-конденсаторов.

Два межконтурных конденсатора (Cin1 и Cin2) называются X-конденсаторами (поскольку они «пересекают» сеть). Они воздействуют больше на шум дифференциального режима, наряду с любыми индукторами дифференциального режима.

В качестве отправной точки, вы должны убедиться, что ваш фильтр сильно затухает на основной частоте переключения преобразователя, поскольку это часто самый сильный источник электромагнитных помех в источнике питания.

Для синфазного индуктора это обычно достигается за счет максимально высокой индуктивности, чтобы обеспечить наибольшее индуктивное сопротивление на частоте переключения. Обычно это предполагает использование ферритового материала с высокой проницаемостью для достижения индуктивности без большого числа оборотов. Тороидальные сердечники часто используются, поскольку они легко позволяют обмоткам со стороны линии и нейтральной стороны симметрично прилегать к сердечнику, обычно с изолирующей прокладкой между обмотками.

X- и Y-конденсаторы немного проще - их таблицы данных будут иметь характерные кривые, которые показывают их затухание в зависимости от частоты.

Как только вы остановитесь на своих конденсаторах и катушках индуктивности, настало время начать измерения, настройку, повторную настройку, повторную настройку ...

Выбор и расчет фильтров радиопомех на основе унифицированных дросселей предприятия АЭИЭП - Компоненты и технологии

Помехи во входных и выходных цепях модулей питания создаются в основном силовыми ключами и диодами. Периодическая последовательность импульсов, вырабатываемая ключом, может быть представлена в виде суммы бесконечного ряда синусоидальных колебаний, кратных частоте следования импульсов. Высокочастотные составляющие этого ряда, имеющие достаточную энергию, будут определять радиопомехи по входным и выходным цепям модуля. Эквивалентная схема модуля как источника радиопомех (рис. 1) включает генератор с ЭДС — Е, внутреннее сопротивление Z

i и сопротивление Zн, подключенное к его зажимам сети и играющее роль нагрузки. Чтобы уменьшить напряжение радиопомех на нагрузке, необходимо или увеличивать сопротивление Zi, или уменьшить сопротивление Zн. Наиболее часто используют и то и другое.

Рис. 1. Эквивалентная схема источника радиопомех

Помехи, созданные источником, попадают непосредственно в отходящие от него провода, а через распределенную емкость — в соседние провода и распространяются по ним на значительные расстояния, мешая приему радиосигналов. Поэтому основная задача подавления заключается в противодействии распространению радиопомех по проводам.

Имеются два пути распространения помех: симметричный и несимметричный (рис. 2).

Рис. 2. Пути распространения помех по проводам: Iпс — ток помехи симметричной, Iпн — ток помехи несимметричной

Так как ток симметричной помехи Iпс циркулирует только по проводам, устранить помехи от него значительно проще (достаточно конденсатора между проводами), чем от токов несимметричной помехи Iпн1 и Iпн2, распространяющихся одновременно по обоим проводам, а затем и по земле. Такие пути трудно поддаются учету, к тому же на антенны радиоприемников воздействуют электромагнитные помехи, образующиеся между помехонесущими проводами и землей, то есть за счет распространения несимметричных токов радиопомех. По этой причине нормирование радиопомех осуществляется по несимметричному пути, и необходимо в первую очередь подавлять несимметричные помехи.

На практике это осуществляется включением фильтров в провода, отходящие от источников помех. ФРП обычно выполняются по индуктивно-емкостным Г-образным схемам. Для выбора и расчета ФРП необходимо знать уровень помех, создаваемый модулем, генератором помех, допустимый уровень помех в линии, а также внутреннее сопротивление модуля Zi и сети Zн (рис. 1). Первый параметр измерить просто, второй регламентируется нормами, а два последних могут быть измерены, что затруднительно, или рассчитаны, что практически невозможно.

Можно исключить определение сопротивлений Zi и Zн если провести измерения и установить, что сопротивление генератора помех (модуля) высокоомное. Для этого необходимо измерить напряжение радиопомех во входных и выходных цепях в диапазоне частот 0,15-30 МГц. Затем, подключив на входе и выходе модуля конденсаторы (например, К10-47), обладающие минимальным значением полного сопротивления в диапазоне частот 0,15-0,5 МГц, где уровни помех особенно велики, измерить величину напряжения радиопомех в проводах входных и выходных цепей на частоте 0,15 МГц. Включение конденсаторов проводится по несимметричной схеме между каждым помехонесущим проводом и корпусом модуля.

Испытания показали, что при таком измерении напряжения радиопомех во входных и выходных цепях заметно снижаются, следовательно, модуль имеет высокое внутреннее сопротивление, и со стороны модуля фильтр должен начинаться с емкости.

Так как сопротивление Zi велико, а сопротивление Zн для большинства питающих сетей мало, то в широко известной формуле для коэффициента фильтрации Г-образного фильтра:

где значения Z

н и Zi сокращаются, коэффициент Кф определяется сопротивлением индуктивности ZL и емкости ZC фильтра.

С учетом изложенного разработаны схемы входных и выходных фильтров на основе унифицированных дросселей серий ДФ, ДФК, ДФП и ДФПК предприятия АЭИЭП.

Дроссели ДФ и ДФП выполнены в бескорпусном, а ДФК и ДФПК — в корпусном исполнении (рис. 3) по двух- и трехобмоточной (только ДФ) электрическим схемам. Они рассчитаны на ток до 20 А и напряжение до 350 В и в составе LC-фильтров подавляют несимметричные помехи в диапазоне частот 0,15-100 МГц.

Рис. 3. Дроссели фильтрации: а) в бескорпусном исполнении; б) в корпусном исполнении

ДФ(К) предназначены для двухпроводных сетей и по принципу работы представляют собой компенсированные по току нагрузки дроссели.

Дроссели серии ДФП(К) используются в основном для создания фильтров радиопомех в однопроводных бортсетях и за счет сердечников с распределенным зазором допускают подмагничивание проходными токами до 20 А.

Более подробно дроссели рассмотрены в [3, 5, 6]. Отметим только, что дроссели разработаны для эксплуатации в особо жестких условиях, предназначены для применения в системах электропитания аппаратуры, соответствующей ГОСТ РВ 20.39.301 — ГОСТ РВ 20.39.309, и включены в перечень МОП 44 001.12-2012.

Дроссели ДФ(К) устанавливаются согласно схемам, приведенным на рис. 4.

Рис. 4. Схема включения дросселей ДФ и ДФК в составе LC-фильтров в двухпроводную сеть совместно: а) с одноканальным модулем питания; б) с двухканальным модулем питания с общей точкой

Во входном фильтре подавление помех, распространяющихся по несимметричному пути, осуществляется дросселем L1 и конденсаторами C2 и C3. Симметричная помеха подавляется входными конденсаторами Свх. В выходном фильтре подавление несимметричных помех осуществляется дросселем L2, симметричных — выходными конденсаторами Свых.

Выбрать дроссели L1 и L2 для фильтров просто. Для наиболее массовой продукции предприятия — модулей МДМ — обозначение модулей и дросселей практически совпадает. Например, модуль мощностью 7,5 Вт с выходным напряжением 27 В обозначается как МДМ7,5-В, дроссель фильтрации для этого модуля — ДФ7,5-В и т. д. (табл. 1).

Таблица 1. Пример выбора дросселей фильтрации для установки с модулями МДМ

Тип модуля Тип дросселя фильтрации
входного выходного
МДМ7,5-1В03М ДФ(ДФК)7,5-2В/0,6;
ДФП(ДФПК)7,5-2/0,8
ДФ(ДФК)7,5-2Р/1,5;
ДФП(ДФПК)7,5-2/1,5
МДМ7,5-2Д1515М ДФ(ДФК)7,5-2Д/0,3;
ДФП(ДФПК)7,5-2/0,4
ДФ(ДФК)7,5-3Р/0,8;
ДФП(ДФПК)7,5-2/0,2
МДМ15-1А05М ДФ(ДФК)15-2А/2,0;
ДФП(ДФПК)15-2/3,0
ДФ(ДФК)15-2Р/3,0;
ДФП(ДФПК)15-2/3,0
МДМ30-2В1515М ДФ(ДФК)30-2В/2,5;
ДФП(ДФПК)30-2/3,0
ДФ(ДФК)30-3Р/1,5;
ДФП(ДФПК)30-2/0,8
МДМ30-1М05М ДФ(ДФК)30-2М/0,3;
ДФП(ДФПК)30-2/0,4
ДФ(ДФК)30-2Р/6,0;
ДФП(ДФПК)30-2/6,0
МДМ60-1М15М ДФ(ДФК)60-2М/0,6;
ДФП(ДФПК)60-2/0,8
ДФ(ДФК)60-2Р/6,0;
ДФП(ДФПК)60-2/6,0
МДМ120-1В05М ДФ(ДФК)120-2В/10,0;
ДФП(ДФПК)60-2/12,0
ДФ(ДФК)120-2Р/20,0;
ДФП(ДФПК)60-2/20,0
МДМ240-1М24МП ДФ(ДФК)240-2М/2,1;
ДФП(ДФПК)60-2/3,0
ДФ(ДФК)120-2Р/12,0;
ДФП(ДФПК)60-2/12,0
МДМ480-1М48МП ДФ(ДФК)480-2М/4,2;
ДФП(ДФПК)60-2/4,0
ДФ(ДФК)120-2Р/12,0;
ДФП(ДФПК)60-2/12,0

Для модулей остальных серий АЭИЭП и модулей других фирм дроссели выбирают по току, напряжению и индуктивности, в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2. Ток и индуктивность дросселей

  Ток, А Индуктивность, мГн (режим измерения 1 В, 1 кГц)**
Серия ДФ и ДФК Серия ДФП и ДФПК
7,5 15 30 60 120 240 480 7,5 15 30 60
2-обмоточные 0,2 2,7(Р)*             2,86      
0,3 3,6(Д)   11(М)                
0,4 1,6(Р) 4,1(Р)           0,7 4,3 7,66 14,25
0,6 2,3(В) 4,6(Д) 8,9(Н) 8,9(М)              
0,8 1(Р) 2,4(Р) 3,6(Р)         0,26 0,9 1,68 4,2
1 1,3(А)                    
1,1         6,8(М)            
1,2   2,7(В) 4,1(Д) 4,6(Н)              
1,5 0,79(Р) 1,4(Р) 1,7(Р) 2,4(Р)       0,075 0,3 0,55 1,2
2   1,7(А)                  
2,1         4,1(Н) 4,1(М)          
2,5     2,4(В) 2,7(Д)              
3   0,9(Р) 1,1(Р) 1,4(Р) 1,4(Р)     0,019 0,075 0,13 0,3
4     1,4(А)         0,011 0,04 0,065 0,17
4,1                      
4,2           1,4(Н) 1,4(М)        
5       1,7(В) 1,7(Д)            
6     0,35(Р) 0,5(Р) 0,5(Р)         0,03 0,075
7,5             0,9(Н)        
8       1,1(А)              
10       0,35(Р) 0,5(В) 0,35(Д)          
12         0,22(Р)           0,019
16         0,22(А)           0,008
20         0,12(Р) 0,22(В)         0,005
3-обмоточные 0,1 1,9(Р)                    
0,2 1,3(Р) 2,4(Р)                  
0,4 0,79(Р) 1,7(Р) 2,4(Р)                
0,8 0,4(Р) 0,9(Р) 1,4(Р)                
1,5   0,5(Р) 0,9(Р)                
3     0,5(Р)                

Примечание.
* В скобках указано номинальное напряжение для ДФ, ДФК (А — 12 В, В — 27 В, Д — 60 В, Н — 110 В, М — 230 В, Р — 5 В), при котором нормируется падение напряжения (1%).
** В режиме измерения 1 В 150 кГц индуктивность дросселей ДФ, ДФК в четыре раза меньше; для дросселей ДФП и ДФПК ее значение не меняется.

Дроссели ДФП(К) в однопроводную борт-сеть устанавливают по схеме, приведенной на рис. 5. Подходящие модели выбирают из таблиц 1 и 2.

Рис. 5. Схема установки дросселя ДФП(К) в однопроводную бортсеть

Расчет фильтра для выбранного дросселя с индуктивностью L включает в себя следующее:

  1. Определяется требуемое ослабление напряжения радиопомех (Ктр):

    где Uп. изм — измеренная величина напряжения радиопомех, создаваемая модулем на частоте f = 0,15 МГц; Uп. доп — допускаемое напряжение радиопомех. Наиболее часто их выбирают в соответствии с графиком 2 норм по ГОСТ 30426-96.

  2. Определяется коэффициент подавления однозвенного Г-образного фильтра (Кф), который для частоты 0,15 МГц равен:

    где XL, XC — реактивное сопротивление дросселя и несимметричного конденсатора C23).

  3. Коэффициент Кф должен быть равен требуемому коэффициенту ослабления напряжения (Ктр), то есть Кф = Ктр или:
  4. По формуле (3) и значению индуктивности выбранного дросселя определяем емкость конденсаторов C2 и C3:

Пример расчета

Рис. 6. Допустимый уровень помех

Исходные данные для расчета:

  1. Измеренный уровень помех, создаваемых модулем МДМ7,5-В
    (рис. 6, кривая 1).
  2. Допустимый уровень помех по нормам (рис. 6, кривая 2).

    Расчет:

    1. Выбираем для модуля МДМ7,5-В — дроссель ДФ7,5-2В/0,6 с индуктивностью 0,58 мГн (значение из таблицы 2 в соответствии с примечанием **).
    2. По кривой 1 определяем уровень помехи от модуля на частоте 0,15 МГц — Uп.изм = 94 дБ, по кривой 2 — Uп.доп. = 62 дБ. Кривая 2 соответствует уровню помех графика 2 норм, которые распространяются на бóльшую часть оборудования объектов с РЭА.
    3. Определяем по формуле (1) требуемый коэффициент ослабления фильтра в дБ:

    Выбираем Ктр с запасом — 40 дБ, или в количестве раз по формуле Ктр.дБ = 20lgКтр.раз:

  3. По формуле (4) определяем при L = 0,58 мГн емкость конденсаторов C2 и C3:
  4. В качестве несимметричных конденсаторов фильтра используем конденсаторы К10-67В, К10-47В, имеющие минимальную паразитную индуктивность. С целью дополнительного уменьшения этой индуктивности применяется параллельное соединение нескольких конденсаторов.
  5. Рекомендуемое значение емкости конденсаторов фильтров симметричной помехи в зависимости от мощности модуля питания приведено в таблице 3 [4].

Таблица 3. Рекомендуемое значение емкости конденсаторов фильтров симметричной помехи в зависимости от мощности модуля питания

Конденсатор Входное напряжение, В Выходная мощность модуля, Вт
12 27 60 110 230
Свх, Свых, мкФ 0,47-1,5 7,5
1-3 15; 30
2,2-6,8 60; 120
12-14 240; 480

В качестве симметричных применяем конденсаторы К10-67В и К10-47В, емкость которых набирается за счет параллельного соединения.

Литература

  1. Твердов И., Миронов А., Затулов С. Модули фильтрации радиопомех и защиты от перенапряжения // Силовая электроника. 2007. № 4.
  2. Твердов И., Затулов С. Модули защиты от помех // Электронные компненты. 2009. № 8.
  3. Затулов С. Дроссели для однопроводных и двухпроводных фильтров радиопомех в сетях постоянного тока // Компоненты и технологии. 2013. № 4.
  4. Руководящие технические материалы БКЮС.434732.503 Д1. Модули питания серии МДМ, МДМ-П, МДМ-ЕП, МДМ-М, МДМ-МП.
  5. Технические условия БКЮС. 670109.002-01 ТУ. Унифицированные дроссели фильтрации радиопомех серии ДФ, ДФК, ДФП, ДФПК.
  6. Руководящие технические материалы по применению унифицированных дросселей фильтрации радиопомех серии ДФ, ДФК, ДФП, ДФПК. БКЮС.300109.001 Д1, 2013.

Синфазные дроссели TDK-EPCOS как решение проблемы…

Когда разработчику радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) срочно приходится решать проблемы электромагнитной совместимости и подавления синфазных, а попутно и дифференциальных помех, он буквально, как утопающий за соломинку, хватается за синфазный дроссель. И это правильно. Казалось бы, тут все просто и понятно, про синфазные дроссели и их применение написано много, да и выбор их богатый, в конце концов, можно и самому его сделать, намотав, например, на ферритовое кольцо две проволочки. Однако проблемы, как и дьявол, кроются в деталях.

В общем представлении синфазный дроссель — это связанная индуктивность, в нем на одном сердечнике намотаны как минимум две катушки (бывает, и три, и четыре). Кстати, для получения синфазного дросселя очень важна стратегия намотки (рис. 1), и это разработчикам РЭА хорошо известно. Но в нашем случае, чтобы понять, где тут «дьявол», воспользуемся принципом «повторение — мать учения». Для ясности и простоты остановимся на дросселе с двумя обмотками.

Рис. 1. Идеальный синфазный дроссель:
а) для дифференциальных токов;
б) синфазных токов;
в) его условное обозначение в схемах

Компактное электрическое и электронное оборудование в основном генерирует синфазные помехи. Для того чтобы оно соответствовало требованиям безопасности (не выходя за пределы тока утечки), необходимо использовать дроссели с высоким значением асимметричной эффективной индуктивности. Для этой цели оптимальны дроссели с компенсацией тока в топологии с закрытым сердечником. Проблема насыщения сердечника за счет полезного тока в этих конструкциях решается выбором материала сердечника, но самое главное — намоткой двух катушек с равным числом витков на сердечнике. Катушки связаны таким образом, что магнитный поток, индуцированный верхней катушкой, компенсируется нижней катушкой.

Для подобного идеального дросселя магнитный поток в сердечнике обусловлен тем, что токи дифференциального режима iDM (рис. 1а) компенсируют друг друга, что приводит к нулевому сопротивлению (точнее, импедансу) дросселя. Но магнитные потоки Ф1 и Ф2, вызванные синфазными токами iCM (рис. 1б), суммируются, что значительно увеличивает полное сопротивление (импеданс). Для получения такого прекрасного со всех точек зрения эффекта важно правильно выполнить обмотки, поэтому в условном обозначении дросселя данного типа (рис. 1в) используется две точки, чтобы указать, как должны быть выполнены обмотки.

Подводя итог, отметим, что синфазный дроссель выглядит как простой проводник для дифференциальных сигналов и как индуктивность для синфазных сигналов. Одно из преимуществ этих видов дросселей заключается в том, что они не будут насыщаться токами дифференциального режима. Для этих связанных индуктивностей коэффициент связи k может быть рассчитан по формуле (1):

k = M√(L1×L2),                      (1)

где M — коэффициент взаимной индуктивности, а L1, L2 — индуктивности для обеих обмоток.

Значения индуктивностей для синфазного и дифференциального режимов могут быть получены по формулам (2):

LDM = 2×(LM) и LCM = (L+M)/2.    (2)

Учитывая, что индуктивности L1 и L2 равны L и для 100%-ной идеальной связи k = 1, взаимная индуктивность M из формулы (1) получается равной индуктивности L (M = L), а индуктивности дросселя для синфазного и дифференциального режимов, как следует из формул (2), соответственно, равны LDM = 0 и LCM = L.

Таким образом, подтверждается, что мы не обнаружим наличия импеданса для сигналов дифференциального режима, но будем иметь некоторое, определяемое индуктивностью LCM значение импеданса для сигналов синфазного режима. Однако спустимся с небес на землю: здесь часто возникают другие трудности.

На практике взаимная компенсация магнитного потока в дифференциальном режиме не идеальна, этот факт разработчикам РЭА хорошо известен и широко используется. В дифференциальном режиме импеданс не равен нулю, он определяется такой характеристикой, как индуктивность рассеяния, и полезен для фильтрации сигналов дифференциального режима. Однако нельзя забывать и том, что в приложениях с высоким током необходимо убедиться в отсутствии эффекта насыщения сердечника дросселя.

Здесь полезно обратиться к наглядному и поучительному примеру, приведенному в [1]. Автор этой статьи столкнулся с крайне неприятной ситуацией, когда устройство, проверенное им на прототипе в лаборатории, провалилось на сертификационных испытаниях. Причем все элементы и компоновка были те же, что и в прототипе. Чтобы проанализировать и понять ситуацию, автор измерил реакцию синфазных дросселей прототипа (условно названного CHKA) и заявленного на сертификацию изделия (условно названного CHKB) с помощью векторного анализатора цепей Bode 100. Упрощенное измерение синфазного дросселя было выполнено, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Упрощенное измерение импедансов для синфазного дросселя:
а) синфазного режима;
б) дифференциального режима

Результаты измерения дросселя, который удовлетворительно работал в приложении (CHKA), представлены на рис. 3.

Рис. 3. Характеристики дросселя CHKA:
а) синфазного режима;
б) дифференциального режим

На рис. 3 можно увидеть, насколько велико различие импедансов синфазного режима по сравнению с дифференциальным. На втором дросселе (CHKB), снятом с изделия, на котором провалились испытания в сертификационной лаборатории, автор смог заметить очень тонкое отличие — на одной из катушек дросселя отсутствовал один виток (рис. 4).

Рис. 4. Дроссели, используемые в качестве примера в [1]

У дросселя CHKA было 14 витков для L1 и L2, а у дросселя CHKB — 14 витков для L1 и 13 витков для L2. Это оказалось весьма существенной разницей. Если одна из катушек отличается от другой, то индуктивность для синфазного сигнала будет уменьшена (соответственно, будет плохая фильтрация синфазной ЭМП), а дифференциальная индуктивность увеличена. Когда речь идет о линиях передачи, это может привести к проблемам с целостностью сигналов (Signal Integrity — наличие достаточных для безошибочной передачи качественных характеристик электрического сигнала), или если речь идет о цепях питания, то в приложениях с большим током сердечник, вероятно, может быть насыщен даже номинальным рабочим током.

Данный тип дросселей наматывается вручную, так что человеческие ошибки и/или некачественные проверки конечного продукта могут создать проблему, которую трудно будет сразу обнаружить и которая способна проявиться совершенно неожиданно. Сравнение обоих дросселей приведено на рис. 5.

Рис. 5. Сравнение характеристик дросселей CHKA и CHKB:
а) синфазного режима;
б) дифференциального режима

Из приведенного примера ясно, насколько важна идеальная симметрия для двух катушек в дросселе. Даже в случае, когда в одной из катушек отсутствует лишь один виток, импеданс синфазного дросселя для синфазного режима (рис. 5а) резко уменьшается, как, например, от точки A к точке B на той же самой частоте. Если говорить в целом, то несимметричность может быть вызвана не только пропуском полного витка, как в приведенном примере, но и просто нарушениями геометрии намотки. К сожалению, нередко этого нарушения шага намотки (не забываем, что в формулу для расчета индуктивности входит величина, обратная длине обмотки, следовательно, при равных условиях неплотно намотанная катушка будет иметь меньшую индуктивность) или пропуска части витка при терминации просто не замечают. Вот почему для ответственных применений, особенно это касается высокочастотных приложений, не рекомендуется их самостоятельное, часто полукустарное, изготовление.

Результатом нарушения исполнения синфазного дросселя будет низкая эффективность фильтрации синфазных сигналов ЭМП в области высоких частот — для чего, собственно, эти дроссели и используются. Таким же образом индуктивность в дифференциальном режиме увеличивается от A до B (рис. 5б) с типичным эффектом насыщения сердечника или нарушениями целостности сигнала из-за снижения частоты среза фильтра, образованного индуктивностью рассеяния и в зависимости от включения дросселя входной или выходной емкостью [5].

Отсюда следует вывод: чтобы вы могли спать спокойно, пока ваше изделие проходит квалификацию в сертификационной лаборатории (впрочем, по опыту автора настоящей статьи, спокойно спать сложно [2], но по крайней мере вас не будут мучить кошмары: сертификация — дело небыстрое и дорогое), — будьте осторожны с недорогими и, как правило, не гарантирующими должного качества компонентами. Это касается не только идеальности намотки, но и материалов, из которых они изготовлены, поскольку последние влияют на точность соблюдения индуктивности и ток насыщения.

В качестве выхода из ситуации можно предложить использовать для критических приложений синфазные дроссели от поставщиков, имеющих надежную репутацию на рынке. Одним из таких поставщиков является TDK Corporation — японская компания, занимающаяся производством электронных компонентов и носителей информации. Название произошло из исходного японского наименования компании Tokyo Denkikagaku Kōgyō. Компания, основанная Кензо Сайто (Kenzo Saito) еще в 1935 году, первой в мире поняла перспективу и начала специализироваться на изготовлении ферритов, незадолго до этого открытых докторами Йогоро Като (Dr. Yogoro Kato) и Такеши Такеи (Dr. Takeshi Takei) из Токийского технологического института. С тех пор TDK остается одним из ведущих производителей, успешно работающих в этой области. Позиции компании по выпуску элементов из ферритовых материалов значительно усилились в 2008 году после приобретения 90% акций еще одной известной компании EPCOS AG (Electronic Parts and Components) — европейского лидера по производству пассивных электронных компонентов. Объединение таких брендов и их технологий позволило вывести на рынок изделия, в качестве, надежности и технических характеристиках которых можно не сомневаться. В том числе компания выпускает синфазные дроссели, специально разработанные для подавления ЭМП и решения вопросов ЭМС [3, 4].

Как уже было сказано, синфазные дроссели помогают решить две важные проблемы по ЭМС. Первая — очистить цепи питания от ЭМП, то есть уменьшить их излучение цепями питания и линиями их подключения, а вторая — защитить цепи или линии передачи сигнала от воздействия ЭМП. Эти проблемы очень различаются, соответственно, для их решения требуются разные типы синфазных дросселей [5, 6]. Компания TDK и ее структурное подразделение EPCOS предлагают универсальные решения для обеих проблем. В портфелях предложений компании имеются синфазные дроссели на любой вкус и цвет — от традиционных двух- и трехобмоточных до четырехобмоточных проволочных, рассчитанных на средние и большие токи, а также миниатюрные многослойные и тонкопленочные, предназначенные для сигнальных цепей, и сборки из нескольких дросселей, выполненные в одном корпусе [3].

Что касается продукции головной компании TDK, выбор подходящего синфазного дросселя проще всего осуществить по путеводителю [3], в котором приведены наглядные примеры применения тех или иных серий, и по таблицам с необходимыми гиперссылками на сайт компании:

  • Для выбора синфазных дросселей коммерческого назначения для сигнальных линий [7].
  • Для выбора синфазных дросселей автомобильного назначения для сигнальных линий [8].
  • Для выбора синфазных дросселей автомобильного назначения для линий питания [9].

Что касается продукции EPCOS, читатель найдет дроссели для линий питания по ссылке [10], а дроссели для линий данных и сигнальных линий — по ссылке [11]. Внешний вид некоторых синфазных дросселей компании EPCOS для линий питания показан на рис. 6. Поскольку ассортимент продукции компании TDK все время обновляется, для оптимального выбора компонентов необходимо обратиться к сайту европейского представительства TDK Electronics — TDK Europe [12], где доступна вся необходимая информация, или к ее авторизованным региональным представителям. Кроме того, компания имеет службу технической поддержки, которая оказывает клиентам всестороннюю помощь.

Рис. 6. Примеры конструктивного исполнения синфазных дросселей компании EPCOS для линий питания:
а) серия B82724J8 N;
б) серия B82732R;
в) серия B82732W;
г) серия B82724B;
д) серия B82747S6313;
е) серия B82725S2*

Решения проблемы пульсаций и помех DC/DC преобразователей (продолжение)

Исследование пассивных частотных фильтров

Новосибирский государственный технический университет Лаборатория электромагнитной совместимости Лабораторная работа 1 Исследование пассивных частотных фильтров Новосибирск 2009 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 «ИССЛЕДОВАНИЕ

Подробнее

ЛИСТ ОТВЕТОВ. out. arctg RC 50,0 23,0 6,7 0,291 73,6 400,00 11,78 20,00 3,4 64,6 23,0 8,4 0,365 66,9 240,37 7,50 15,49 2,35

ЛИСТ ОТВЕТОВ Упражнение 1.1.1. U U out in R 2 R 1 C 2 2 1 arctg RC Упражнение 1.1.2. f, Гц U in, В U out, В, о с2 ( ) с tg( ) 50,0 23,0 6,7 0,291 73,6 400,00 11,78 20,00 3,4 64,6 23,0 8,4 0,365 66,9 240,37

Подробнее

Рекомендации по топологии сетей RS-485

Рекомендации по топологии сетей RS-485 1. Что такое интерфейс RS-485 Для начала немного теории. Спецификация RS-485 (официальное название TIA/EIA-485-A) не дает конкретных пояснений по поводу того, как

Подробнее

Широкополосные трансформаторы

Широкополосные трансформаторы 50-омные блоки имеют внутри себя цепи с сопротивлением, часто значительно отличающимся от 50 Ом и лежащим в пределах 1-500 Ом. К тому же необходимо, чтобы вход/выход 50-омного

Подробнее

10. Измерения импульсных сигналов.

0. Измерения импульсных сигналов. Необходимость измерения параметров импульсных сигналов возникает, когда требуется получить визуальную оценку сигнала в виде осциллограмм или показаний измерительных приборов,

Подробнее

Резонанс «на ладони».

Резонанс «на ладони». Резонансом называется режим пассивного двухполюсника, содержащего индуктивные и ёмкостные элементы, при котором его реактивное сопротивление равно нулю. Условие возникновения резонанса

Подробнее

Электрические колебания

Электрические колебания Примеры решения задач Пример В схеме изображенной на рисунке ключ первоначально находившийся в положении в момент времени t переводят в положение Пренебрегая сопротивлением катушки

Подробнее

15. Электрические колебания

5. Электрические колебания Вопросы. Дифференциальное уравнение, описывающее свободные колебания заряда конденсатора в колебательном контуре, имеет вид Aq + Bq = 0, где A и B известные положительные постоянные.

Подробнее

EФильтры сетевого напряжения

Содержание.2 13669 213.1 Простое подавление радиопомех в электрошкафу благодаря WAVFITR Серия WAVFITR исключает необходимость применения длительных процедур болтового крепления сетевых фильтров. Фильтры

Подробнее

Плоские кабели как межплатный монтаж

Плоские кабели как межплатный монтаж Суханов М.М. Основным направлением развития цифровой техники в последние годы является повышение быстродействия. Это ставит перед разработчиками электронных средств

Подробнее

Можно показать также, что

Индуктивно-связанные цепи «на ладони» Магнитная связь между двумя катушками появляется, если их потоки взаимно пронизывают витки (часть витков) друг друга. Потокосцеплением называется произведение потока

Подробнее

ÏÂÌ ÂÌË ÙÙÂÍÚ ÔÎ ÂȪ ÁÂÏÎË

ÏÂÌ ÂÌË ÙÙÂÍÚ ÔÎ ÂȪ ÁÂÏÎË ÔappleË ÔappleÓÂÍÚËappleÓ ÌËË DC/DC-ÔappleÂÓ apple ÁÓ ÚÂÎÂÈ Джеф Бэрроу (Jeff Barrow) Перевод: Сергей Белых [email protected] Каждый инженер при разработке электронного

Подробнее

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

Основные технические характеристики

Назначение: двойной балансный смеситель с отдельным гетеродином Применение: радиостанции КВ и УКВ диапазона. Основные технические характеристики Напряжение питания...6,3 В±10% Потребляемая мощность, не

Подробнее

Переменный электрический ток

Юльметов А. Р. Переменный электрический ток Методические указания к выполнению лабораторных работ Оглавление P3.4.5.1. Преобразование тока и напряжения в трансформаторе......... 2 P3.4.5.2. Преобразование

Подробнее

Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1

(в.1) Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1 1. Первый закон Кирхгофа устанавливает связь между: 1. Падениями напряжения на элементах в замкнутом контуре; 2. Токами в узле схемы; 3. Мощностями рассеиваемыми

Подробнее

РАБОТА ОУ НА ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ

РАБОТА ОУ НА ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ Емкостная нагрузка часто преподносит проблемы в работу электронной схемы уменьшается полоса выходного сигнала и скорость его нарастания. Кроме того, возникает отставание

Подробнее

Лекция 12 ИНВЕРТОРЫ. План

5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства,

Подробнее

АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫЙ ЦЕПЕЙ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

Вопросы для подготовки к экзамену по курсу «Основы теории цепей» 1 АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫЙ ЦЕПЕЙ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ 1. Понятие напряжения, тока, мощности, энергии. 2. Модели элементов цепи, вольт-амперная характеристика

Подробнее

Лабораторная работа 5 Резонанс напряжений

Лабораторная работа 5 Резонанс напряжений В механической системе онанс наступает при равенстве собственной частоты колебаний системы и частоты колебаний возмущающей силы, действующей на систему. Колебания

Подробнее

Лабораторная работа 16 Трансформатор.

Лабораторная работа 16 Трансформатор. Цель работы: исследовать работу трансформатора в холостом режиме и под нагрузкой. Оборудование: трансформатор (собирать схему для понижающего трансформатора!), источник

Подробнее

Электромагнитные колебания и волны.

Вариант 1. 1. Конденсатор электроемкостью 500 пф соединен параллельно с катушкой длиной 40см и площадью поперечного сечения 5 см 2. Катушка содержит 1000 витков. Сердечник немагнитный. Найти период колебаний

Подробнее

In article the equations for buck-converter

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ 11, ноябрь 2011 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОНИЖАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ * Bстатье приведены уравнения для расчета понижающего преобразователя напряжения. BUCK-CONVERTER DESIGN In article

Подробнее

Сетевой фильтр – последний барьер в импульсном источнике питания

При использовании импульсного источника питания на его первичной стороне возникают кондуктивные помехи, которые проникают в питающую сеть и могут привести к сбоям другого оборудования, подключенного к этой же сети. Они могут наводиться на оборудование, которое получает питание от этой сети. Сетевые фильтры, подавляющие генерируемые радиопомехи, можно легко разработать с использованием пассивных компонентов, например сетевых дросселей с компенсацией токов утечки и конденсаторов X/Y. В статье описывается разработка однофазного сетевого фильтра.

Паразитные токи на входе импульсного источника питания

Паразитные токи создают падение напряжения радиопомех на компонентах электрической цепи. На рисунке 1 показано, как протекают эти токи в импульсном источнике питания.

Рис. 1. Паразитные токи на входе импульсного источника питания

Активная составляющая высокочастотного тока iDM протекает через первичную цепь источника питания. Частота этого тока равна рабочей частоте импульсного регулятора, что приводит к появлению дифференциальной помехи. Из-за быстрых коммутационных процессов в полупроводниковых компонентах (как правило, в MOSFET), возникают высокочастотные колебания и паразитные эффекты. Дифференциальный ток протекает со стороны сети электропитания L через выпрямительный мост и по первичной обмотке изолирующего трансформатора, MOSFET и нейтральному проводнику возвращается в сеть. Ключ установлен на охлаждающий его радиатор, подключенный к защитному земляному проводнику РЕ.

Возникшая емкостная связь между радиатором и стоком ключа приводит к появлению синфазной помехи. Синфазный ток iCM возвращается по заземляющей линии РЕ на вход импульсного источника питания, где снова через паразитную емкость создает помехи в линии L и нейтральной линии N. Ток iCM протекает по обеим линиям сетевого питания и выпрямительный мост, где снова наводит помеху на заземляющую линию РЕ из-за паразитной связи с радиатором.

 

Расчетный спектр шума

Выпрямленное сетевое напряжение прикладывается к участку сток–исток. Пиковый уровень этого напряжения определяется следующим образом:

VP = 230 В • √2 = 325 В.

В рассматриваемом случае используется импульсный источник тока с частотой 100 кГц. На этой частоте синхросигналы следуют с интервалом 10 мкс, а их длительность составляет 2 мкс. Следовательно, коэффициент заполнения:

Исходя из того, что импульсы тока через выпрямительный мост имеют трапециевидную форму, можно приблизительно определить спектр ЭМС в отсутствие сетевого фильтра и без преобразования Фурье. Сначала установим первую угловую точку для спектральной плотности амплитуды.

Первая частота среза, ограничивающая спектральную плотность амплитуды, определяется следующим образом:

FCO1 = nCO1 • fCLK = 1,592 • 100 кГц = 159,2 кГц.

Таким образом, можно определить амплитуду первой гармоники:

Предположив, что емкость паразитной связи CP между импульсным источником питания и заземлением равна 20 пФ, можно установить величину синфазного тока первой гармоники ICM1:

Напряжение радиопомехи VCM измеряется с помощью эквивалента цепи (LISN) и приемника для измерения ЭМС. Поскольку входной импеданс измерительного приемника величиной 50 Ом включен параллельно выходному импедансу эквивалента цепи 50 Ом, суммарный импеданс Z соединения равен 25 Ом. Рассчитаем измеряемое напряжение радиопомехи VCM:

VCM = Z ∙ ICM1 = 25 Ом ∙ 2,6 мА = 0,065 В.

В единицах дБмкВ получаем:

Расчеты показывают, что возможно появление больших радиопомех. Для оценки их уровня можно воспользоваться, например, стандартом EN 55022. В диапазоне частот 0,15–0,5 МГц этот стандарт определяет допустимый квазипиковый уровень помех в пределах 66–56 дБмкВ. На рисунке 2 представлен результат измерения напряжения кондуктивной радиопомехи импульсного источника питания в отсутствие сетевого фильтра. Очевидно, что в данном случае без фильтра не обойтись.

Рис. 2. Напряжение радиопомехи в импульсном источнике питания без сетевого фильтра

 

Проектирование сетевого фильтра

На рисунке 3 представлена схема простого однофазного сетевого фильтра. Компания Würth Elektronik выпускает разные модели сетевых дросселей, в т. ч. серии WE-CMB, для реализации сетевых фильтров. Как правило, дроссель состоит из кольцевого марганцево‑цинкового сердечника с двумя раздельными обмотками, намотанными в противоположных направлениях.

Рис. 3. Однофазный сетевой фильтр

На рисунке 4 показан внешний вид дросселя WE-CMB. В этом случае он работает как катушка фильтра, которая противодействует току, уменьшая его амплитуду. Необходимо выбрать синфазный дроссель с как можно меньшей собственной резонансной частотой (СРЧ) в диапазоне самых низких частот, т. к. в рассматриваемом случае используется источник питания с очень низкой частотой импульсов. Выбор минимально возможной СРЧ обеспечивает хорошее подавление сигнала в диапазоне нижних частот.

Рис. 4. Внешний вид дросселя WE-CMB

На рисунке 5 представлена характеристика дросселя WE-CMB размером XS с индуктивностью 39 мГн в 50‑Ом системе.

Характеристики подавления помех в синфазном и дифференциальном режимах отличаются друг от друга (см. рис. 5). В синфазном режиме максимальная величина подавления сетевым дросселем WE-CMB достигается на частоте 150 кГц. Однако с дальнейшим увеличением частоты подавление ослабевает. Возникает необходимость в использовании конденсаторов X и Y, поскольку помеху следует подавлять до частоты 30 МГц. Конденсатор Х устанавливается до и после сетевого фильтра для блокирования дифференциальных помех со стороны сети и импульсного источника питания. Индуктивность рассеяния дросселя WE-CMB вкупе с конденсатором Х образует фильтр низкой частоты, который уменьшает дифференциальные помехи и последующие синфазные помехи.

Рис. 5. Характеристика подавления помех дросселем WE-CMB XS

В рассматриваемом случае были выбраны два конденсатора Х емкостью по 330 нФ. Их собственная резонансная частота составляет около 2 МГц.

Из соображений безопасности резистор следует установить на стороне электрической сети параллельно конденсатору Х, который будет разряжаться после отсоединения источника питания от сети. Перед сетевым фильтром также устанавливается варистор, чтобы закоротить перенапряжение в переходном процессе. С этой задачей успешно справятся дисковые варисторы серии WE-VD от Würth Elektronik. Для защиты от перегрузок перед варистором устанавливается плавкий предохранитель. Защита срабатывает в случае короткого замыкания варистора. Конденсаторы Y применяются для последующего подавления синфазных помех. В сочетании с дросселем WE-CMB они определяют частоту среза f0 в соответствии с уравнением «Томсона»:

Чтобы уровень помех был ниже допустимого 66 дБмкВ (при 150 кГц), требуется обеспечить подавление величиной 40 дБ, что соответствует двум декадам в логарифмическом представлении. Для расчета емкости конденсатора Y используется преобразованное уравнение колебаний:

Поскольку требуются два конденсатора Y, расчетное значение делится пополам. Эти конденсаторы позволяют вернуть синфазную помеху от импульсного источника питания к заземлению. В зависимости от типа устройства допускается, чтобы ток утечки был в диапазоне 0,25–3,5 мА, а емкость не превышала 4,7 нФ. С учетом этих требований выбираются два конденсатора Y с номинальным значением емкости из ряда E12 и емкостью 2,2 нФ. На рисунке 6 представлен результат измерения схемы при использовании такого сетевого фильтра.

Рис. 6. Напряжение радиопомехи при использовании сетевого фильтра

Использование сетевого фильтра с расчетными параметрами позволяет успешно пройти испытания на подавление напряжения помехи. Разность между соответствующими предельными значениями помехи и результатами измерений квазипиковых и средних значений на частоте 150 кГц превышает 10 дБ. Эта величина значительно возрастает в остальной части отведенного диапазона.

 

Оптимизация сетевого фильтра

Чтобы в еще больше мере обеспечить подавление помехи в диапазоне нижних частот, можно заменить два конденсатора Х емкостью 330 нФ двумя конденсаторами Х емкостью 1,5 мкФ. На рисунке 7 представлены результаты измерения схемы с оптимизированным сетевым фильтром.

Рис. 7. Напряжение радиопомехи в схеме с оптимизированным сетевым фильтром

В результате изменения емкости конденсаторов напряжение радиопомехи в диапазоне нижних частот уменьшилось приблизительно на 15 дБ, что увеличило отношение сигнала к шуму.

 

Использование сетевого фильтра без дросселя

Часто на начальных этапах проектирования возникает соблазн обойтись без синфазного дросселя, задействовав только конденсаторы Х и Y. Однако такой подход не соответствует принципу использования сетевого фильтра для нейтрализации тока помехи с помощью элемента фильтра с большим импедансом. На рисунке 8 представлены результаты измерения напряжения радиопомехи в схеме с тем же фильтром, но без синфазного дросселя.

Рис. 8. Напряжение радиопомехи в схеме с сетевым фильтром без дросселя WE-CMB

Как и ожидалось, в отсутствие сетевого дросселя WE-CMB радиопомехи в диапазоне нижних частот в значительной мере увеличиваются. На 200 кГц квазипиковое значение уровня помех составляет около 78 дБмкВ, а средняя величина – 60 дБмкВ. Результаты измерений квазипиковых и средних значений показывают, что уровень помех превышает допустимый до частоты 600 кГц. Таким образом, использование сетевого фильтра без дросселя недопустимо.

 

Дополнительный дифференциальный фильтр

Если дросселя WE-CMB и конденсаторов Х недостаточно для подавления дифференциальной помехи, используется дополнительный дифференциальный фильтр, состоящий из двух последовательно соединенных катушек. На рисунке 9 показана схема такого сетевого фильтра.

Рис. 9. Сетевой фильтр с дросселем WE-CMB and WE-TI HV

Катушки серий WE-TI HV и WE-PD2 HV или WE-SD компании Würth Elektronik в полной мере пригодны для подавления в дифференциальном режиме. В случае ВЧ-помех рекомендуется использовать компоненты серии WE-UKW. Для расчета параметров этих катушек применяется уравнение «Томсона». Если необходимо, чтобы каждая катушка обеспечила подавление 40 дБ на декаду, частота среза должна составлять 1/10 от рабочей частоты. Для расчета катушки используются то же значение емкости конденсаторов Х:

Поскольку катушки для подавления дифференциального тока установлены последовательно, расчетная величина делится надвое. Ближайшее наибольшее значение индуктивности WE-TI HV равно 470 мкГн. При выборе катушки для подавления дифференциальных помех ее номинальный ток должен намного превышать номинальный ток импульсного источника питания.

 

Выводы

Итак, импульсному источнику питания недостаточно сетевого фильтра без синфазного дросселя. Одни только конденсаторы не способны полностью подавить излучение помех – перед сетевым фильтром необходимо установить дополнительные дроссели, которые помогают подавить дифференциальный шум. При использовании сетевого фильтра уровень всех помех становится ниже допустимого значения, что позволяет импульсному источнику питания успешно пройти испытания на электромагнитную совместимость.

Качественный фильтр сетевых помех для аудио + своими руками

В последние годы ваш HiFi или даже High-End аудио комплекс всё меньше радует детальностью, сочностью и прозрачностью звучания? Вы подумываете обновить всю систему? Или вы уже подыскиваете качественный сетевой фильтр? Если последнее - вы на верном пути 😉

Посчитаем?

В этом веке количество источников электромагнитных помех в наших домах растёт по экспоненте. Оглядитесь, попробуйте посчитать, сколько на вид безобидных лёгких и маленьких зарядных устройств, экономичных ламп, "электронных трансформаторов" для галогенок, компьютеров, принтеров, и прочей электроники с питанием от сети и/или всевозможными "зарядниками" пришло в ваш дом за последнее десятилетие? Пальцев не хватило, даже вместе с ногами, женой и... то-то! 🙂

Сегодня пожалуй 95% источников сетевого питания построены на базе высокочастотного преобразователя и не используют старые громоздкие и тяжёлые, гудящие трансформаторы на 50 (60) Герц. Ура, партия зелёных торжествует: большинство таких преобразователей весьма экономичны, компактны и... каждый такой импульсный блок питания а) свистит на частоте преобразования и гармониках и б) создаёт броски зарядного тока во входном выпрямителе (весьма широкополосная помеха - и прямиком в сеть).

В по-настоящему качественных (и дорогих) импульсных источниках питания с помехами борются весьма успешно, но всё равно недостаточно, чтобы весь производимый ими электромусор остался незаметным для чувствительных ушей меломана. Да что там меломаны... У нас в доме старый добрый 39-мегагерцовый радио-телефон. Постепенно он начал гудеть и жужжать так, что я серьёзно собирался сменить аппарат. Но пользуемся мы им относительно редко и проблема однажды решилась сама собою, когда я в погоне за красивым звуком повырубал к чертям все импульсные блоки питания вкупе с компьютерами в доме. После того эксперимента, кстати, и появились у нас вот эти бочёнки.

Так что же покупить?

В этой статье я не подскажу, какой сетевой фильтр надо покупать. Причины две: за разумные деньги я не встречал адекватных фильтров; а те фильтры, что я мог бы порекомендовать - стоили совершенно несообразно, да и места занимали много больше, чем выполняемая ими функция того требует. Тем не менее решение существует: для умелых рук - собирать фильтры самому, и я постараюсь разъяснить его работу настолько, что любой, кто дружен с паяльником, сможет снабдить свою аппаратуру адекватной защитой от электромагнитных помех, проникающих из питающей сети. Если же вы не имеете возможности, либо желания дышать канифолью - покажите статью товарищу, который сможет вам помочь.

Грамотные производители должны были всё предусмотреть!

Фиг-вам! (изба такая индейская (с) кот Матроскин)

Открываем CD-проигрыватель, купленный в своё время за шесть сотен "зелёных". И что мы видим: рудиментарный сетевой фильтр тут имеется, но увы, лишь нарисованный шелкографией на плате, на дросселе и конденсаторах сэкономили. Вполне допускаю, что в их комнатах прослушивания, с идеальной фильтрацией питания, фильтр тот был и не нужен - не услышали "гуру" разницы от отсутствия фильтра. Ну и внесли "рацуху" - пошёл аппарат в массы голенький и беззащитный супротиву нового поколения электронных домов...

За работу!

В принципе, качественные фильтры промышленность выпускает. Только стОят они опять же дороговато. Этакие полностью экранированные коробочки со схемкой на боку. Катушечки там, конденсаторчики. Давайте же разберёмся, что там для чего, и соберём сами из доступных деталюх. Кстати, в пику аудиоманьякам я утверждаю, что грамотный сетевой фильтр в устройстве, собранный из качественных обычных (не аудиофильских) компонентов - гораздо эффективнее и "звучит" лучше, нежели любые самые эзотерические кабели питания, а так же и большинство "аудиофильских" же фильтров питания. Спорим? 😉

Скажи мне, кто твой враг

1) Дифференциальное напряжение помехи. Это такой "вредный" сигнал, который приходит вместе с "полезным" напряжением питания (или сигналом), его измеряют между двумя соединительными проводниками, "горячим" и "общим" проводами, или проще говоря - между двумя шинами питания.

2) Синфазное напряжение помехи. Этот сигнал измеряется между корпусом прибора (землей) и любым соединительным проводником. Особенность этой помехи в том, что она будет идентична на обоих проводах питания, т.е. в отличие от дифференциальной помехи её не поймать между проводами и она просачивается внутрь в обход обычных фильтров.

Блокировочный конденсатор

Конденсатор шунтирует дифференциальные ВЧ помехи и не пускает их дальше в аппарат. Надо не забыть разрядить его при выключении аппарата, а то взявшись нечаянно за вилку можно получить весьма ощутимую "мотивацию". Для этого ставим резистор, мирно греющийся в нормальном режиме работы. Ох не водить мне дружбы с "зелёными"...

Дроссель

Индуктивность (обыкновенный небольшой дроссель) формирует уже Г-образный LP фильтр с совместно с конденсатором. Конкретная частота среза фильтра нас не очень интересует. Дроссель потолще (лишь бы был рассчитан на _постоянный_ ток в несколько раз выше тока, потребляемого аппаратом), конденсатор побольше на напряжение не менее 310 вольт - и все довольны.

Синфазный трансформатор

Обмотки в таком трансформаторе идентичны и включены встречно, таким образом он беспрепятственно пропускает всё, что приходит как разница потенциалов между L и N. Иначе можно объяснить так: нормальный ток нагрузки создаёт встречные идентичные поля в сердечнике, которые взаимно компенсируются. Тогда зачем это всё - спросите вы?

Сердечник такого трансформатора остаётся неподмагниченным основной нагрузкой. Если же представить себе провода питания L и N вместе как один провод - то мы имеем немалую индуктивность на пути уже синфазной помехи, т.е. всего того, что наводится на обоих проводах одновременно. Провода же те, будь то обычный кабель питания за доллар, или экзотическое аудиофильское чудо - суть антенна, принимающая и станцию "Маяк", и всё, что излучают домашние электронные вонючки. Внутри же аудио агрегата нам и синфазная помеха ни к чему: через емкостную связь она может проникать в кишочки наших любимцев весьма агрессивно.

Два маленьких компаньона

Два маленьких конденсатора в компанию синфазному трансформатору. Они закорачивают на защитное заземление именно синфазную помеху и создают уже вкупе с синфазным трансформатором тоже своего рода Г-образный фильтр для синфазной помехи, не пускают её дальше в аппарат. Без них синфазная помеха, пусть и встретившая на своём пути немалое сопротивление нашего трансформатора - всё равно пойдёт искать свою жертву внутрь аппарата.

Антизвон

Антизвонная цепочка, или RC-цепь Цобеля. Несколько мистический зверёк, но очень полезный. Тут совместно с первичной обмоткой трансформатора в аппарате мы формируем колебательный контур с низкой добротностью, чтобы "поймать" то, что "выскочит" из первички при отключении питания. Искрогаситель. Защита остального фильтра и самого трансформатора от ЭДС самоиндукции при отключении в неудачный момент (при большом токе через первичку). Он так же вносит свою лепту в перевод ВЧ помех в тепло.

Не было бы конденсатора - такой низкоомный резистор просто взорвался бы от напряжения сети. Не было бы резистора - получили бы относительно высокодобротный контур совместно с первичкой и/или дросселем фильтра.

Другой взгляд: привносим чисто резистивную и весьма низкоомную составляющую импеданса нагрузки на ВЧ... Кто может объяснить лучше - милости прошу, помещу "в книжку" с сохранением авторства 😉

#ground_loop

Разрываем контур заземления

Резистор в параллель со встречно включенными диодами. В другой версии это мог бы быть дроссель. Включено это дело между защитным заземлением и корпусом прибора. Зачем, спросите вы - это, вроде, к фильтрации помех никакого отношения не имеет? Давайте разбираться.

Встречно включенные диоды успешно закоротят любую сильноточную утечку внутри корпуса прибора (коротыш какой, пробой) на защитное заземление. Тем самым мы соблюдаем требования техники безопасности: в случае аварии на корпусе прибора не должно появится опасного для жизни и здоровья человека напряжения. При этом диоды "разрывают" цепь для небольших напряжений.

Резистор создаёт путь для небольших токов. Если бы его не было, а внутренности прибора неплохо отвязаны от земли, то даже небольшие утечки создавали бы избыточный размах напряжения на корпусе относительно земли, и через емкостные связи это всё проникало бы в прибор.

Так для чего же всё-таки "отвязывать" защитную землю от корпуса? Дело в том, что на защитном заземлении могут наводиться напряжения: например той самой синфазной помехой, что мы отфильтровываем. Так же, увы, нередко встречается такая разводка сети, когда защитное заземление одновременно является и возвратным проводом для собственно напряжения сети. В этом случае даже на небольшом сопротивлении проводки немалый ток потребления создаёт ощутимое падение напряжения. Все эти факторы могут "разогнать" в нормальных условиях до десятков и даже сотен милливольт разницы потенциалов между защитными заземлениями разных агрегатов. Теперь, если мы передаём аудио-сигнал через соединения, заведённые одним проводом на корпус (RCA разъёмы "колокольчики", к сожалению так популярные в бытовом HiFi), то эта самая разность потенциалов между корпусами приборов будет напрямую замешана в сигнал.

Итого, отвязывая корпус прибора (а в большинстве случаев это значит - и сигнальную землю оного) от защитного заземления, мы тем самым ощутимо уменьшаем замешивание любых "чудачеств", что могут случиться в розетке - прямиком в сигнал. Конечно же, уважающий себя любитель качественного звуковоспроизведения будет использовать исключительно балансные соединения, иммунные к синфазной помехе. Только, увы, у меня ещё не все аппараты соединены исключительно балансными кабелями. А как с этим дело обстоит у вас, дорогой читатель? 😉

Собираем

Выключатель питания пристроен по принципу - где меньше искра будет. В остальном фильтр не сильно отличается от того, что ставят в дорогих компьютерных блоках питания. Кстати, оттуда же можно и детальками разжиться.

Тот фирменный аппарат, что я упомянул вначале статьи, тоже получил свою дозу фильтрации, подробности здесь.

А ещё лучше - можно?

Можно! Экстремалы включают "встречно" огромные трансформаторы и фильтруют всё в низковольтной части. Результат несколько лучше, бюджет - на порядки выше.

Так же мы опустили MOV (варисторы) "искрогасители" и прочие устройства защиты от импульсных перенапряжений. Этим как раз занимаются все подряд сетевые фильтры за десять баксов. Опять же можно из компьютерного БП вытащить и поставить на входе, сразу за предохранителем. Качества звука это не добавит, но может спасти аппарат в грозу. Так же варистор способен уберечь конденсаторы фильтра от деградации, хоть бы они и были "самовосстанавливающимися". Постепенная деградация фильтров связана с нефатальными пробоями, вызванными кратковременными бросками напряжения сети, неизбежными при наличии коммутируемой индуктивной нагрузки, и кстати, совсем не обязательно в самом защищаемом аппарате.

Если аппарат очень мощный - нелишним будет терморезистор или более сложная схема плавного старта, чтобы не поубивать проводку во всём доме в момент включения аппарата током заряда огромных банок фильтров питания...

Если знаете, как сделать ещё лучше - напишите в комментариях!

Что дальше?

Неужели вы добрались так далеко? 😉 Значит статья чем-то заинтересовала. Тогда может и кто-то из друзей и знакомых скажет Вам спасибо за ссылочку на эту статью, или "лайк" в любимой соц-сети...

Если же вы действительно цените качественное звуковоспроизведение, не омрачаемое всевозможными помехами из электросети - у нас есть готовое решение для вас: набор для самостоятельной сборки качественного сетевого фильтра для аудио-аппаратуры.

Или возможно, вы захотите подарить своему лучшему другу - меломану недорогой подарок, за который он будет вам искренне благодарен? 😉 Взвесьте все за и против, и примите верное решение! Сетевой фильтр в вопросах и ответах.

 

Синфазный дроссель

- CET Technology

КОНСТРУКЦИЯ ДРОССЕЛЯ / ИНДУКТОРА ОБЩЕГО РЕЖИМА

Синфазный дроссель - один из многих типов индукторов. Синфазный дроссель обычно используется в источнике питания для фильтрации шума из входящего сетевого напряжения. Импеданс - самый важный аспект дросселя синфазного режима.

Импеданс катушки индуктивности обычно указывается как минимум (в Ом) на желаемой частоте. Требуемую индуктивность можно рассчитать по следующей формуле:

Где:

Xs = полное сопротивление в Ом (Ом)

F = частота в герцах (Гц)

Ls = индуктивность в Генри (Гн)

Приведенная выше формула дает вам минимальную индуктивность, необходимую для достижения необходимого импеданса.

Теперь, когда у вас есть индуктивность, следующие шаги:

Шаг первый: определите размер провода.

Сечение провода может быть определено на основе практического правила: 500 круговых милов на ампер:

Где:

Aw = номинальное сечение провода

I = ток в амперах

Номинальное сечение провода указано в технических паспортах производителя провода. Например,

http://www.elektrisola.com/enamelled-wire/technical-data-by-size/nema-mw1000c.html

Шаг второй: выберите ядро.

Правильный выбор ядра - это метод проб и ошибок. Обычно используется ферритовый материал с проницаемостью 5000 или выше. Сердечник также должен быть достаточно большим, чтобы в него могло поместиться количество витков нужного вам калибра. Каждая обмотка должна укладываться в один слой с разных сторон сердечника, чтобы между ними было достаточно места для размещения прокладки (обычно 3 мм).

Шаг третий: подсчитайте количество витков.

Требуемое количество оборотов определяется по формуле: Где:

L = индуктивность в генри

T =

оборотов

A л = - значение Al сердечника (указано в листах данных сердечника от производителя сердечника)

Пример конструкции:

Известные требования: Требуется полное сопротивление 377 Ом на частоте 50 кГц в цепи, несущей ток 2 А.

Требуемая минимальная индуктивность: Чтобы узнать размер провода: Из таблицы проводов 20AWG имеет номинальную площадь 1024 см, поэтому выберите 20AWG. Общий максимальный диаметр для 20AWG составляет 0,0666 дюйма с одинарной изоляцией.

Если мы выберем сердечник с Al = 12080nH / T 2 и внутренним диаметром 0,57 дюйма, необходимое количество витков составит:

T = 99,3 оборота

T = 10 оборотов

Две обмотки по 10 витков, каждая из которых использует провод размером 20AWG, подходят для сердечника с внутренним диаметром 0.57 дюймов и оставьте место для проставки 3 мм.

Тогда готово!

Руководство по пониманию синфазных дросселей

Что такое синфазный дроссель?

Синфазный дроссель - это электрический фильтр, который блокирует высокочастотный шум, общий для двух или более линий данных или линий электропередач, позволяя проходить желаемому постоянному или низкочастотному сигналу.Синфазный шумовой ток (CM) обычно исходит от таких источников, как нежелательные радиосигналы, неэкранированная электроника, инверторы и двигатели. Если не фильтровать этот шум, он создает проблемы с помехами в электронике и электрических цепях.

Как работают синфазные дроссели?

В нормальном или дифференциальном режиме (одиночный дроссель) ток проходит по одной линии в одном направлении от источника к нагрузке и в противоположном направлении по обратной линии, замыкающей цепь.В синфазном режиме шумовой ток проходит по обеим линиям в одном направлении

В обычном режиме ток в группе линий движется в одном направлении, поэтому объединенный магнитный поток складывается для создания противоположного поля, блокирующего шум, как показано красными и зелеными стрелками в сердечнике тороида, показанном на , рис. . В дифференциальном режиме ток проходит в противоположных направлениях, а поток вычитается или нейтрализуется, так что поле не противоречит сигналу нормального режима.

Как выбрать синфазный дроссель?

Основными критериями выбора синфазного дросселя являются:

  • Требуемый импеданс: какое ослабление шума необходимо?
  • Требуемый частотный диапазон: В какой полосе частот находится шум?
  • Требуемый ток: какой ток в дифференциальном режиме он должен выдерживать?

Какие типы синфазных дросселей производит компания Coilcraft?

Coilcraft разрабатывает и производит множество синфазных дросселей для многих приложений.Выберите категорию ниже или воспользуйтесь одним из наших инструментов, чтобы найти правильный дроссель общего режима для вашего приложения.

Дроссели EMI для высокоскоростной и сверхскоростной линии передачи данных

Coilcraft USB, RA6870 и CM1394 высокоскоростные и сверхскоростные синфазные дроссели линии передачи данных эффективно снижают синфазный шум в высокоскоростных интерфейсах, таких как USB 2.0, USB 3.1 Gen 1, HDMI, IEEE 1394, LVDS, HDBaseTTM, MOST® шина и т. д. Они поддерживают отличную целостность сигнала для высокоскоростной связи с частотой среза дифференциального режима -3 дБ до 6.5 ГГц. Большинство из них обеспечивают ослабление синфазного сигнала более 30 дБ на частоте 500 МГц и 25 дБ в диапазоне ГГц.

Синфазные дроссели электромагнитных помех линии передачи данных
Синфазные дроссели линий передачи данных

Coilcraft CJ5100, CQ7584 и CR7856 предназначены для ослабления синфазных помех на частотах до 100 МГц. Серия PDLF может снизить шум в 32 раза от 15 МГц до 300 МГц и доступна в версиях с 2, 3 и 4 линиями. Серия PTRF оптимизирована для требований FCC и ITU-T (ранее CCITT).Эти детали обеспечивают затухание от 15 до 25 дБ, импеданс более 1000 Ом и изоляцию 1500 В между обмотками. M2022 может подавлять синфазный шум до 500 МГц в компактном корпусе 1812.

Синфазные дроссели электромагнитных помех линии передачи данных / питания
Семейства

Coilcraft LPD, MSD и PFD - это низкопрофильные, миниатюрные дроссели синфазного режима, занимающие мало места, которые можно использовать для ослабления синфазного шума или дифференциального шума в приложениях как для передачи данных, так и для линий электропередач.

Дроссели электромагнитных помех синфазного тока линии электропередачи поверхностного монтажа
Недорогие высокопроизводительные дроссели синфазного тока для поверхностного монтажа

Coilcraft выпускаются в различных размерах и корпусах.Они предназначены для устранения синфазного шума, проводимого в линии переменного тока, в широком диапазоне частот с изоляцией до 1500 В среднеквадратического значения. Эти синфазные дроссели могут работать в широком диапазоне токов от 0,06 до 15 ампер, обеспечивая ослабление там, где требуется фильтрация линии, например, в импульсных источниках питания.

Дроссели ЭМП синфазного тока через отверстие в линии электропередачи
Недорогие высокоэффективные дроссельные катушки серии BU со сквозным отверстием

Coilcraft предназначены для устранения синфазных помех, проводимых в линии, в широком диапазоне частот.BU9S и BU9HS идеально подходят для сигнальных линий; остальные БУ могут использоваться в импульсных источниках питания и цепях питания. Для низкопрофильных применений фильтры BU9 и BU9S доступны в горизонтальной конфигурации, что снижает их высоту до менее чем полдюйма (12,5 мм).

CMT Синфазные дроссели EMI
Дроссели синфазного сигнала тороидального типа

Coilcraft CMT предназначены для обеспечения наивысшего сопротивления синфазного сигнала в самом широком диапазоне частот. Эти детали идеально подходят для любых приложений, требующих высокого напряжения смещения постоянного тока, и хорошо подходят для использования в импульсных источниках питания.Эти синфазные дроссели наиболее эффективны при фильтрации питающих и обратных проводов синфазными сигналами одинаковой амплитуды. Катушки индуктивности дифференциального режима доступны для фильтрации сигналов, не совпадающих по фазе, или сигналов с неравномерной амплитудой.

Примечания к приложению

Инструменты

Искатель синфазного дросселя

Что дальше?

Подробнее: Начало работы Серия

Краткое знакомство с синфазным дросселем и его применением

В этой статье рассматриваются основы простого синфазного дросселя и его применения.

Дроссель - это силовой магнитный компонент, который используется в электронных схемах. Это индуктор, который используется для блокировки высокочастотного переменного тока (AC) в цепи, позволяя пропускать более низкие частоты или постоянный ток (DC). Дроссель обычно состоит из изолированного провода, намотанного на магнитопровод.

Дроссель с двумя обмотками по 47 миллигенри (мГн), рассчитанный на ток 0,6 А

Название не возникло из ниоткуда - «подавление» означает блокировку высоких частот при одновременном разрешении более низких частот.Если устройство используется для блокировки, это называется дросселем. Однако, если устройство используется в фильтрах или LC-цепях, его называют просто индуктором.

Существует два различных типа дросселей: звуковые дроссели (AFC) и радиочастотные дроссели (RFC). AFC разработаны, чтобы специально блокировать звуковые частоты и частоты линии питания, позволяя проходить постоянному току. С другой стороны, RFC спроектированы так, чтобы блокировать только радиочастоты, позволяя при этом пропускать постоянный ток и аудио.

Синфазные дроссели используются для предотвращения электромагнитных помех (EMI) и радиочастотного интерфейса (RFI) от линий электропитания, а также для предотвращения сбоев в работе электронного оборудования.

Синфазный дроссель PA441xNL. Изображение любезно предоставлено Pulse Electronics

Применение синфазных дросселей

Итак, теперь, когда вы знаете, что такое дроссель, для лучшего понимания мы объясним несколько приложений.Что касается автомобилей, то в шинах Controller Area Network (CAN) используются дроссели синфазного тока. Шина CAN - это устройство, которое позволяет микроконтроллерам и другим устройствам обмениваться данными друг с другом без главного компьютера. При разработке системы CAN необходимо соблюдать многочисленные стандарты EMI (электромагнитные помехи) и ESD (электростатический разряд), а также пытаться повысить надежность и уменьшить размер продукта. Синфазный дроссель может обеспечить защиту шины от помех EMI и ESD.

Если вы посмотрите на многие из ваших USB-кабелей, лежащих вокруг, вы увидите дроссель на контактах разъема кабеля. Этот дроссель используется для подавления высокочастотного шума в электронных схемах. Этот тип дросселя называется ферритовым дросселем или ферритовым дросселем. Синфазные дроссели могут использоваться в различных отраслях промышленности, таких как промышленные, электронные и телекоммуникационные приложения, такие как линии IEEE1394 для ПК, связь между панелями для ЖК-панелей и противодействие синфазному шуму, влияющему на сигналы в высокоскоростных линиях.

Реальный пример того, как заслонка может помочь предотвратить аварии или простои, - это кольцевая линия в Сингапуре. Произошло серьезное нарушение на линии, вызвавшее гигантскую задержку, Управление наземного транспорта (LTA) приказало телекоммуникационной компании отключить доступ к мобильной сети вдоль линии на несколько часов, чтобы они могли определить источник помехи сигнала. SMRT в настоящее время управляет сетью по всей железнодорожной линии и сообщила пассажирам, что у них будут задержки поездов.Поезда без машинистов теперь должны быть укомплектованы оператором, чтобы предотвратить дальнейшие задержки.

Итак, вопрос в том, что случилось с этой железнодорожной системой и как SMRT и LTA могут добраться до корня проблемы и предотвратить дальнейшие задержки.

Circle Line использует поезда Alstom Metropolis C830, которые используют систему управления поездами Urbalis на основе связи (CBTC), которая питается от третьего рельса, а не от дополнительного источника. Эта система CBTC на поездах обеспечивает точное и плавное движение их поездов по всей линии, что в конечном итоге позволяет поездам работать в течение более длительных периодов времени и скорости с оператором или без него.Что касается радиочастотной технологии, поезда используют надежный стандарт IEEE 802.11b / g, работающий как в диапазоне частот 2,4 ГГц, так и в диапазоне 5,8 ГГц.

По состоянию на 3 сентября SMRT и LTA предположили, что в туннеле кольцевой линии имелась помеха сигнала, которая находилась в том же рабочем диапазоне частот, что и система сигнализации поездов, что могло быть корнем проблемы. Этот мешающий сигнал мог прервать связь между поездом и рельсом. Ниже приведена иллюстрация того, как работает система CBTC радио Urbalis.

Урбалис радиосистема CBTC от Alstom. Изображение любезно предоставлено компанией Alstom. Нажмите, чтобы увеличить.

В 2012 году метро Шэньчжэня отключило мобильную связь, чтобы проверить аналогичный случай на своих линиях, на которых возникли связанные проблемы. Они пришли к выводу, что мобильные точки доступа Wi-Fi, работающие в полосе частот 2,4 ГГц, создают помехи для сигналов линий.

Благодаря использованию на кольцевой линии электромагнитного экранирования поезда подвергаются меньшему воздействию помех, что в конечном итоге снижает вероятность возникновения дополнительных проблем.SMRT и LTA заявили, что существует возможность изменения частоты сигнала системы, чтобы предотвратить усиление помех сигнала.

EMI и ESD являются серьезной проблемой в современном взаимосвязанном мире. Скромный дроссель важен для надежной работы ВЧ оборудования.

Дифференциальный режим по сравнению с синфазными дросселями

Шум и другие электромагнитные помехи (EMI) могут проходить через электронное оборудование в результате кондуктивного соединения через провода оборудования. Когда этот шум возникает на одной линии, он добавляется к передаваемому сигналу и называется шумом дифференциального режима.

В электрической цепи дроссель используется для устранения шума дифференциального режима, блокируя высокочастотный шум переменного тока (AC), пропуская постоянный ток (DC) или низкочастотный переменный ток.

Дроссели могут быть предназначены для блокирования звукового или радиошума, в зависимости от частоты помех.

Для удаления постороннего сигнала с кабеля используется индуктор, состоящий из проволоки, намотанной в катушку вокруг сердечника.

Однако, когда нежелательные сигналы возникают на паре проводов, это называется синфазным шумом (CM), и он суммируется с обеими линиями в одном и том же направлении.Это может произойти в кабелях питания оборудования, где CM-шум добавляется к сигнальной и нейтральной линиям, или на подаче и возврате любых двух проводов, которые подключаются к оборудованию, например, сигнального кабеля RS232.

Синфазные дроссели или индукторы синфазного режима состоят из двух или более катушек изолированного провода на одном магнитном сердечнике. Каждая обмотка включена последовательно с одним из проводников. Это означает, что магнитные поля проводов в совокупности создают высокий импеданс для шумового сигнала. Полезный сигнал может легко проходить через катушку, но шумовая составляющая ослабляется или полностью блокируется из-за высокого реактивного сопротивления катушки индуктивности.В целом дроссель имеет низкое электрическое сопротивление, что позволяет минимизировать потери мощности в процессе.

Поскольку требуемые токи должны быть одинаковыми в каждой катушке, но токи протекают в противоположных направлениях (ток течет по одному проводнику, ток течет по другому проводнику), эти желаемые токи нейтрализуют свое магнитное поле в сердечнике индуктора. Этот эффект подавления позволяет сердечнику иметь относительно очень высокую индуктивность для максимального ослабления шумового сигнала.

Синфазные катушки индуктивности эффективны только тогда, когда требуемые токи равны и противоположны на двух отдельных проводниках, а их реактивное сопротивление действует только на шумовой сигнал. Для фильтрации шума от одного проводника требуется индуктор дифференциального режима.

Применение синфазных катушек индуктивности

Синфазные дроссели или катушки индуктивности используются во многих промышленных, электронных и телекоммуникационных приложениях для устранения или подавления шума и других электромагнитных помех в кабелях питания и сигнальных линиях.

Часто используется в светодиодном освещении, электронном балласте и импульсных источниках питания, синфазные дроссели индуктивности фильтруют и сглаживают выходной сигнал, ослабляя шум, который может вернуться.

на линию электропередачи. Эти дроссели также позволяют легко обеспечить соответствие оборудования стандартам Федеральной комиссии по связи (FCC) и другим нормам.

Для надежной защиты электронного оборудования от сбоев критически важны оптимальное качество, долговечность и надежность синфазных катушек индуктивности.Независимо от того, используются ли они для предотвращения нежелательного шума или защиты от нарушения передачи жизненно важной информации, синфазные дроссели часто являются важными компонентами в медицинском оборудовании, системах сигнализации поездов и в любом приложении, где помехи являются серьезной проблемой.

Применение индукторов дифференциального режима

Дроссели дифференциального режима используются для уменьшения количества относительно высокочастотных переменного тока в цепях с низкочастотным переменным или постоянным током. Их можно использовать по отдельности или сгруппировать вместе с несколькими катушками индуктивности, расположенными в разных местах (чаще всего в линии вывода питания, а также в линии возврата питания источников питания).2

Дифференциальная катушка индуктивности, которая имеет сравнительно высокую индуктивность и должна работать с большим желаемым током, может быть в десятки или сотни раз больше, чем единица меньшей индуктивности или номинального тока.

Двухрежимные синфазные дроссели серии CMF компании Triad

Triad Magnetics разрабатывает и производит долговечные высококачественные магнитные решения для широкого спектра отраслей, от медицины и промышленности до возобновляемых источников энергии и преобразования энергии.

Хотя в настоящее время мы предлагаем более тысячи стандартных продуктов, мы постоянно разрабатываем новые продукты для удовлетворения постоянно меняющихся потребностей наших клиентов, включая наше новейшее предложение - синфазные индукторы серии CMF.

Синфазные индуктивные дроссели серии CMF

Triad на самом деле являются двухрежимными компонентами, поскольку они эффективны в подавлении как обычных, так и дифференциальных шумов.

Комбинируя обе функции в одном компактном блоке, наши дроссели общего режима доступны в вертикальной или горизонтальной конфигурации; эта универсальность особенно полезна, когда при проектировании необходимо учитывать пространство.

Имея номинальное напряжение 300 В переменного тока и индуктивность (L) от 10 мГн до 100 мГн, наши индивидуальные двухрежимные дроссели общего режима доступны с номинальным током от 0,45 А до 2,3 А, все с низким сопротивлением постоянному току. Каждый блок может работать в широком диапазоне температур от -40 до 105 ° C.

Независимо от того, выбираете ли вы из наших стандартных предложений надежных катушек индуктивности синфазного тока или заказываете нестандартную конструкцию или конструкцию, основанную на требованиях производителя оригинального оборудования (OEM), строгие стандарты качества Triad гарантируют, что вы получите только самый надежный и продолжительный шум компоненты подавления.

Чтобы узнать больше о наших синфазных индукторах серии CMF или обсудить, как они могут помочь в решении конкретных задач, свяжитесь с командой Triad сегодня.

Анализ насыщения синфазной катушки индуктивности и оптимизация конструкции на основе концепции спектра (конференция)

Чен, Жуйруй, Чжан, Чжэю, Рен, Рен, Ню, Цзяхао, Гуй, Хандонг, Ван, Фэй, Толберт, Леон М., Костинетт, Дэниэл Дж., и Блэлок, Бенджамин Дж. Анализ насыщения синфазной катушки индуктивности и оптимизация конструкции на основе концепции спектра . США: Н. П., 2018. Интернет. DOI: 10.1109 / APEC.2018.8341381.

Chen, Ruirui, Zhang, Zheyu, Ren, Ren, Niu, Jiahao, Gui, Handong, Wang, Fei, Tolbert, Leon M., Costinett, Daniel J. & Blalock, Benjamin J. Анализ насыщения синфазного индуктора и оптимизация дизайна на основе спектральной концепции .Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1109/APEC.2018.8341381

Chen, Ruirui, Zhang, Zheyu, Ren, Ren, Niu, Jiahao, Gui, Handong, Wang, Fei, Tolbert, Leon M., Costinett, Daniel J. и Blalock, Benjamin J. Thu. «Анализ насыщения синфазной катушки индуктивности и оптимизация конструкции на основе концепции спектра». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1109/APEC.2018.8341381.https://www.osti.gov/servlets/purl/1468920.

@article {osti_1468920,
title = {Анализ насыщения синфазной катушки индуктивности и оптимизация конструкции на основе концепции спектра},
автор = {Чен, Жуйруй и Чжан, Чжэю и Рен, Рен и Ню, Цзяхао и Гуй, Хандонг и Ван, Фей и Толберт, Леон М. и Костинетт, Дэниэл Дж. и Блалок, Бенджамин Дж.},
abstractNote = {Понимание механизма насыщения сердечника катушки индуктивности CM и снижения плотности магнитного потока сердечника имеет решающее значение для оптимизации конструкции катушки индуктивности CM. Вместо метода временной области в этой статье представлена ​​концепция спектра в частотной области для анализа насыщения сердечника катушки индуктивности CM и оптимизации конструкции, что поможет разработчикам лучше понять конструкцию катушки индуктивности CM. Во-первых, идентифицируются как проницаемость сердечника, так и противоположное влияние индекса модуляции преобразователя на плотность потока DM и плотность потока CM.Затем плотность потока CM дополнительно исследуется на основе концепции спектра. Суммируются три компонента в катушке индуктивности CM, которые могут вызвать большую плотность потока CM и насыщение сердечника: (1) компоненты, связанные с частотой переключения, (2) компоненты, связанные с резонансной частотой импеданса, и (3) компоненты, связанные с частотой модуляции. Каждый компонент исследуется на предмет снижения плотности потока CM и оптимизации конструкции фильтра. Соединение средней точки стороны переменного и постоянного тока со структурой режекторного фильтра предлагается для уменьшения компонентов, связанных с частотой модуляции.Представлены результаты экспериментов для проверки предложенной концепции и метода.},
doi = {10.1109 / APEC.2018.8341381},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1468920}, журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {2018},
месяц = ​​{3}
}

Синфазные дроссели сокращают кондуктивные излучения

Характеристики спаренной катушки индуктивности напрямую влияют на кондуктивные и излучаемые излучения в силовых и сигнальных линиях.

В фильтрах EMI

часто используются связанные индукторы. Наиболее распространенным типом связанных катушек индуктивности является дроссель синфазного сигнала, пассивный компонент, который обеспечивает значительную индуктивность для фильтрации синфазных сигналов при минимальной индуктивности дифференциального режима. Дифференциальные модели индуктивности с сопряженными контактами встречаются реже, но для приложений с низким током они могут обеспечивать такую ​​же индуктивность в меньшем объеме, что и две отдельные несвязанные индукторы.

В этой статье мы сосредоточимся в первую очередь на синфазных дросселях, но представленные принципы в равной степени применимы и к дифференциальным индукторам со связью.

Сопряженные и несвязанные

Связанные индукторы отличаются от стандартных индукторов несколькими способами. Стандартный индуктор - это устройство с двумя выводами, в котором один проводник намотан в катушку, обычно вокруг магнитопроницаемого сердечника. С другой стороны, связанный индуктор имеет два или более проводников, намотанных на один сердечник. Связанный индуктор чаще всего представляет собой четырехконтактное устройство, но синфазные дроссели могут иметь шесть выводов для трехфазных приложений или больше для многопроводных.

Связанные индукторы обеспечивают высокую индуктивность в небольшом объеме. Синфазные дроссели получают высокую индуктивность за счет использования сердечника с высокой магнитной проницаемостью. Их индуктивность пропорциональна квадрату числа витков на каждой обмотке. Индукторы дифференциального режима достигают высокой индуктивности, поскольку их индуктивность пропорциональна квадрату всех витков обмотки на сердечнике.

Электрические характеристики связанных катушек индуктивности значительно различаются на частотах, представляющих интерес для фильтрации электромагнитных помех.Полезный частотный диапазон большинства силовых дросселей составляет от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц. Дроссели сигнальной линии работают на несколько более высоких частотах, превышающих около 100 МГц.

Идеальная модель по сравнению с неидеальной моделью

Синфазный дроссель можно адекватно смоделировать как подсхему, состоящую из нескольких пассивных элементов схемы с сосредоточенными параметрами. На схеме ниже показана одна модель, которая учитывает частотно-регулируемое поведение связанных катушек индуктивности.

Эта модель не только учитывает синфазную индуктивность дросселя, но также учитывает влияние трех важных паразитных элементов:

а.Сопротивление обмотки
б. Межобмоточная емкость
c. Индуктивность утечки

В нижеследующих параграфах каждый обсуждается более подробно.

Индуктивность

Индуктивность - это функция проницаемости магнитопровода и количества витков провода на сердечнике. Индуктивность пропорциональна квадрату числа витков. Проницаемость керна зависит от материала, температуры, смещения постоянного тока и частоты. Точное моделирование индуктора требует учета каждого из этих свойств.Однако для многих приложений индуктивность рассеяния, межобмоточная емкость и сопротивление обмотки являются доминирующими характеристиками и достаточны для прогнозирования характеристик фильтра электромагнитных помех.

Коэффициент связи

Коэффициент связи синфазного дросселя - это мера того, насколько полно магнитный поток от одной обмотки передается на другую обмотку (и). Например, коэффициент связи 0,95 означает, что 95% магнитного потока связано, а 5% - нет.

Магнитный поток, соединяющий все обмотки сердечника, равен взаимной индуктивности между обмотками.Поток, который не связан, напрямую связан с индуктивностью рассеяния. Индуктивность утечки - это паразитный элемент, присутствующий во всех физических индукторах, который может сильно повлиять на характеристики фильтра.

Для иллюстрации рассмотрим дроссель синфазного сигнала с гипотетическим коэффициентом связи 100%. Обе обмотки идеально соединены. Ток через одну обмотку индуцирует равный ток в другой обмотке. Если ток через обе обмотки одинаков, магнитный поток в сердечнике равен нулю.Весь поток сердечника, генерируемый током в одном выводе, нейтрализует поток сердечника, генерируемый током в другом выводе.

Однако, если коэффициент связи меньше 100%, скажем 0,95, то 5% магнитного потока не связаны. Ток в одной обмотке не вызывает равного тока в другой обмотке, поэтому магнитный поток в сердечнике не равен нулю, а часть магнитного потока находится за пределами дросселя синфазного режима. Несвязанный поток имеет три эффекта:

1. Если магнитный поток в сердечнике достаточно силен, сердечник начнет насыщаться.Частичное насыщение снижает индуктивность устройства, делая дроссель менее эффективным.

2. Поток, который не находится в сердечнике, является потоком рассеяния. Для синфазного дросселя поток рассеяния вводит индуктивность дифференциального режима. (Аналогично, для индуктивности, связанной с дифференциальным режимом, поток рассеяния приводит к синфазной индуктивности.) Эта дифференциальная индуктивность взаимодействует с другими компонентами фильтра, и, хотя она помогает обеспечить дополнительную фильтрацию дифференциального режима, она также вводит новые резонансы, которые могут усилить цепь. шум на вновь созданных резонансных частотах.

3. Случайные магнитные поля могут передаваться в соседние цепи и могут излучаться устройством, содержащим синфазный дроссель. Для приложений, содержащих чувствительные магнитные компоненты, эти паразитные магнитные поля могут быть проблематичными.

Для получения дополнительной информации о том, как работают катушки индуктивности синфазного режима, см. Эту статью на веб-сайте Wurth Electronik.

Межобмоточная емкость

Каждый виток провода на магнитном сердечнике имеет небольшую емкость по отношению к соседним виткам, а также к проводу и сердечнику.Эта распределенная емкость для синфазных дросселей обычно составляет от 10 до 50 пФ, в зависимости от того, сколько витков провода используется, а также конструкции и физического размера катушки индуктивности.

Хотя межобмоточная емкость распределена по обмоткам катушки индуктивности, сосредоточенная емкость элемента от входной клеммы до выходной клеммы обычно достаточно точна для большинства анализов фильтров.

Емкость между обмотками, вместе с индуктивностью, устанавливает собственную резонансную частоту (SRF) индуктора, как показано в красной линии на графике ниже.На частотах ниже SRF дроссель синфазного сигнала ведет себя как катушка индуктивности, при этом импеданс увеличивается пропорционально увеличению частоты. Выше SRF дроссель ведет себя как последовательный конденсатор, и сопротивление уменьшается пропорционально увеличению частоты.

Второй SRF присутствует в реальных синфазных дросселях. Это вызвано параллельным резонансом индуктивности рассеяния и межобмоточной емкости. Этот вторичный резонанс изображен наверху зеленой линией.

Сопротивление обмотки

Сопротивление обмоток индуктора незначительно, но важно влияет на характеристики фильтра.Сопротивление обмотки полезно, потому что оно увеличивает последовательный импеданс катушки индуктивности и обеспечивает некоторое демпфирование для фильтра, особенно на высоких частотах. Поскольку катушка индуктивности будет резонировать с емкостью фильтра и емкостными элементами, подключенными к фильтру через кабели или другие цепи, демпфирующий эффект сопротивления обмотки является полезным. Сопротивление обмотки снижает амплитуду сигналов, усиленных резонансами.

Обратная сторона сопротивления обмотки - термическая.Ток, протекающий по проводам, выделяет тепло. Поскольку длина провода, используемого для создания индуктора, может достигать нескольких метров, а рассеиваемая мощность сосредоточена на относительно небольшой площади, повышение температуры может быть значительным. Сопротивление обмотки также вызывает падение напряжения между входной и выходной сторонами индуктора, что может повлиять на работу схемы, если оно будет чрезмерным.

Сопротивление обмоток переменному току важно. С увеличением частоты сопротивление обмоток увеличивается из-за скин-эффекта.Например, обмотка индуктора, имеющая сопротивление 25 МОм при постоянном токе, может иметь сопротивление более 100 МОм на частоте 1 МГц. Увеличение сопротивления при заданном увеличении частоты зависит от калибра провода. По сравнению с сопротивлением постоянному току сопротивление переменному току увеличивается больше для проводов большего сечения. Метод намотки

На приведенном ниже рисунке, любезно предоставленном Wurth Electronik (http://www.we-online.com), показаны два различных способа намотки спаренной катушки индуктивности. Схематично индукторы одинаковые, но несколько отличаются их высокочастотные характеристики.

Двуручные

Катушка индуктивности слева наматывается методом, называемым двуручным. Оба провода намотаны вместе через сердечник. Этот метод обеспечивает очень близкую индуктивность для обоих проводов. Для синфазного дросселя это означает лучший баланс цепи и меньшую индуктивность рассеяния. Две руки также обеспечивают более низкую межобмоточную емкость, поскольку расстояние между последовательными витками больше, чем у индукторов с батарейной обмоткой, обсуждаемых ниже.

Намотка спаренного индуктора двумя руками обеспечивает превосходные характеристики, но требует более высоких затрат, поскольку индуктор необходимо наматывать вручную. Из-за своей изначально более высокой стоимости двуручные индукторы обычно используются в приложениях, где цена менее важна, чем производительность.

Трехфазные синфазные дроссели также могут быть намотаны таким образом, если три фазы намотать три фазы через сердечник в виде тройки.

Банковская рана

Катушка индуктивности справа на рисунке выше имеет рядную обмотку.Провода намотаны на равное количество витков на противоположных сторонах сердечника. Индукторы с обмоткой банка могут быть изготовлены на станке, и поэтому они менее дороги, чем индукторы, намотанные двумя руками.

В электрическом отношении индукторы с батарейной обмоткой имеют более высокую индуктивность рассеяния и большую межобмоточную емкость, чем индукторы, намотанные двумя руками. Однако для многих применений достаточно индукторов с банковской обмоткой.

Из-за более низкой стоимости и механизированного производства индукторы с бандажной обмоткой более доступны.Стандартные катушки индуктивности синфазного сигнала почти всегда имеют намотку на батарею.

Microsoft Word - Справочная копия

% PDF-1.4 % 1 0 obj > эндобдж 6 0 obj /Заголовок /Тема / Автор /Режиссер / Ключевые слова / CreationDate (D: 20210402142609-00'00 ') / ModDate (D: 20120619145755 + 02'00 ') >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > транслировать application / pdf

  • Microsoft Word - Справочная копия
  • Вэньхуа
  • 2012-06-19T14: 57: 55 + 02: 00PScript5.dll Версия 5.2.22012-06-19T14: 57: 55 + 02: 00 Acrobat Distiller 9.0.0 (Windows) uuid: 0b1c3232-95fc-41e1-836b-c284c68837ceuuid: 3681e4c8-2270-4745-a95e-9e5fb60c7606 конечный поток эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI] >> эндобдж 13 0 объект > транслировать х ڝ XɎ7 + &; dAr32 d #) ZIJ3 [W ^.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *