Размещение компонентов фильтра для снижения электромагнитных помех

Question

Размещение компонентов фильтра для снижения электромагнитных помех

БоуПарк

Источник электромагнитных помех (EMI) подключен к фильтру и к LISN .

Источник электромагнитных помех является источником синфазного сигнала: он генерирует нежелательный сигнал, который поступает от генератора. $V_g$ , поровну делится и течет через ветви HOT и NEUTRAL и возвращается к генератору через землю (обратите внимание, что LISN тоже подключен к той же земле).

Фильтр помещается между источником электромагнитных помех и LISN, чтобы отклонить и заземлить сигнал электромагнитных помех до того, как он попадет в сеть переменного тока. Входное напряжение в LISN является мерой сигнала EMI, который выходит в сеть переменного тока.

Существует две доступные топологии фильтра.

Первая конфигурация:

схематический

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Вторая конфигурация:

схематический

^{смоделируйте эту схему}

$L_1$ и $L_2$ представляют собой (в обеих схемах) взаимно связанные катушки индуктивности , с $L_1 = L_2 = L \simeq M$ , поэтому оба имеют общую индуктивность $L + M \simeq 2L$ .

Обратите внимание, что напряжения $V_L$ одинаковы, потому что две ветви равны, а ток, создаваемый $V_g$ поровну делится между двумя ветвями. Первая конфигурация дает более высокий $V_L$ чем второй, поэтому первая конфигурация является худшей.

Почему?

Я нарисовал эквивалентные схемы для всего сигнала: обратный путь, который меня интересует, проходит через землю . Итак, в первой конфигурации эквивалентная схема имеет вид

схематический

^{смоделируйте эту схему}

а во втором так:

схематический

^{смоделируйте эту схему}

Левое сопротивление равно $R_{LISN} / 2$ потому что это параллель входных сопротивлений LISN, видимых от ГОРЯЧЕГО до земли и от НЕЙТРАЛЬНОГО до земли: если они оба $R_{LISN}$ , $R_{LISN} || R_{LISN} = R_{LISN} / 2$ .

Затем я получил $V_L$ напряжения: в первом случае это

В_{л} "=" В_{г} \frac{(р_{л я С Н} / 2) | | (2 С_{у})}{р_{г} + с л + (р_{л я С Н} / 2) | | (2 С_{у})}

$V_L = V_g \displaystyle \frac{(R_{LISN} / 2) || (2C_y)}{R_g + sL + (R_{LISN} / 2) || (2C_y)}$

а во втором все гораздо сложнее. Если бы я не делал ошибок, это должно было быть

В_{л} "=" В_{г} (р_{л я С Н} / 2) \frac{с л + (р_{л я С Н} / 2)}{р_{г} (2 С_{у} + с л + (р_{л я С Н} / 2)) + 2 С_{у} (с л + р_{л я С Н})}

$V_L = V_g (R_{LISN} / 2) \displaystyle \frac{sL + (R_{LISN} / 2)}{R_g(2C_y + sL + (R_{LISN} / 2)) + 2C_y(sL + R_{LISN})}$

я знаю это $R_g \gg R_{LISN}$ ; кроме того, в таких случаях катушки индуктивности следует ставить после малого сопротивления, а конденсатор — после большого сопротивления. Это подтверждается тем, что вторая конфигурация лучше первой. Но опять же: почему?

Из полученных выражений этого сразу не видно: оба имеют $R_g$ в знаменателе. Даже если это не сразу видно из математики, что может быть физической причиной такого поведения?

мкейт

Я думаю, что импедансы в ваших упрощенных схемах должны быть Rg, Cy/2 и 2L (потому что это синфазный дроссель). Хотя я давно не занимался подобными вещами.

Энди ака

Две связанные катушки индуктивности дают 4L

БоуПарк

@Андяка, почему? Если две связанные катушки индуктивности имеют одинаковый ток, их общая индуктивность

L + M = 2 L

$L + M = 2L$ и

2 L | | 2 L = L

$2L || 2L = L$ . Это как сопротивление.

БоуПарк

@мкейт

R_{g}

$R_g$ верно; импеданс конденсатора в эквивалентных цепях равен

1 / (s 2 C_{y})

$1/(s2C_y)$ и да, это половина начального импеданса

1 / (s C_{y})

$1 / (sC_y)$ . Для

L

$L$ , см. комментарий выше.

мкейт

Собственно насчет конденсаторов я был неправ, но неясен, и вы нашли способ истолковать то, что я сказал, как что-то правильное. Я имел в виду дифференциальное сопротивление. Для синфазного импеданса это действительно 2C. Вы пытались смоделировать схему, чтобы подтвердить свои расчеты? Что касается дросселя CM, я пока не уверен, поэтому ничего не скажу.

Энди ака

electronics-tutorials.ws/inductor/series-inductors.html - то, что у вас есть, это L1 + L2, тогда есть 2M, которые добавляют к этому, делая L1 + L2 + 2

\sqrt{L 1. L 2}

$\sqrt{L1.L2}$ = 4L для равных катушек индуктивности, соединенных на 100%, теперь перестаньте спорить и проведите небольшое исследование, чтобы подтвердить свое абсурдное утверждение.

БоуПарк

@Andyaka, тебе следует внимательнее прочитать мой пост. В первых двух цепях

V_{g}

$V_g$ является синфазным источником, и он производит сигнал, который равномерно распределяется в двух ветвях слева от него: эти катушки индуктивности находятся под одним и тем же напряжением, потому что ветви равны и ток в обеих одинаков. Последние две картинки являются эквивалентными схемами первых. Две катушки индуктивности включены параллельно , а не последовательно. Таким образом, их эквивалентная индуктивность составляет половину их индивидуальной индуктивности, и больше обсуждать это невозможно.

БоуПарк

@mkeith все равно спасибо. Нет, я не моделировал схему до сих пор.

Ответы (1)

Размещение компонентов фильтра для снижения электромагнитных помех

Я думаю, что импедансы в ваших упрощенных схемах должны быть Rg, Cy/2 и 2L (потому что это синфазный дроссель). Хотя я давно не занимался подобными вещами.
Две связанные катушки индуктивности дают 4L
@Андяка, почему? Если две связанные катушки индуктивности имеют одинаковый ток, их общая индуктивность $L + M = 2L$ и $2L || 2L = L$ . Это как сопротивление.
@мкейт $R_g$ верно; импеданс конденсатора в эквивалентных цепях равен $1/(s2C_y)$ и да, это половина начального импеданса $1 / (sC_y)$ . Для $L$ , см. комментарий выше.
Собственно насчет конденсаторов я был неправ, но неясен, и вы нашли способ истолковать то, что я сказал, как что-то правильное. Я имел в виду дифференциальное сопротивление. Для синфазного импеданса это действительно 2C. Вы пытались смоделировать схему, чтобы подтвердить свои расчеты? Что касается дросселя CM, я пока не уверен, поэтому ничего не скажу.
electronics-tutorials.ws/inductor/series-inductors.html - то, что у вас есть, это L1 + L2, тогда есть 2M, которые добавляют к этому, делая L1 + L2 + 2 $\sqrt{L1.L2}$ = 4L для равных катушек индуктивности, соединенных на 100%, теперь перестаньте спорить и проведите небольшое исследование, чтобы подтвердить свое абсурдное утверждение.
@Andyaka, тебе следует внимательнее прочитать мой пост. В первых двух цепях $V_g$ является синфазным источником, и он производит сигнал, который равномерно распределяется в двух ветвях слева от него: эти катушки индуктивности находятся под одним и тем же напряжением, потому что ветви равны и ток в обеих одинаков. Последние две картинки являются эквивалентными схемами первых. Две катушки индуктивности включены параллельно , а не последовательно. Таким образом, их эквивалентная индуктивность составляет половину их индивидуальной индуктивности, и больше обсуждать это невозможно.
@mkeith все равно спасибо. Нет, я не моделировал схему до сих пор.

Всплеск напряжения · Answer 1

Если не вдаваться в математику, простой способ представить электромагнитные помехи — это то, что высокочастотное напряжение будет возвращаться к своему источнику по пути с наименьшим импедансом . Короче говоря, направление фильтра будет иметь значение в реальном мире, но не так сильно в идеальном случае.

Если фильтр помещается крышками к источнику шума, предпочтительный путь прохождения тока будет проходить через крышки. Вы можете представить L как большой импеданс, расположенный после небольшого импеданса, предпочтительный путь обратного тока высокочастотных токов к источнику проходит через меньший резистор, конечно, вы должны убедиться, что индуктивность фильтра значительно выше, чем индуктивность cap (который будет находиться в диапазоне nH).

схематический

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Проблема со второй конфигурацией заключается в том, что ВЧ-току некуда идти после того, как он блокируется от катушки индуктивности фильтра. Любое напряжение RF, проходящее через катушку индуктивности, одинаково воспринимается как нагрузкой, так и конденсаторами. Это также может быть ослаблено, однако может быть другой предпочтительный путь, который заключается в взаимной индуктивности между кабелями и емкостной связи по воздуху с другими физическими вещами, чтобы вернуться к источнику. Чрезвычайно сложно придумать схемную модель того, что именно произойдет в подобной ситуации. Слишком много паразитов, и кабели и терминалы начинают работать как антенны. Если вы когда-либо изучали теорию антенн, то это скорее искусство. Если индуктор может блокировать сам по себе, то зачем вообще нужны колпачки? В идеале они похожи,

схематический

^{смоделируйте эту схему}

Откуда я это знаю? Я действительно столкнулся с этой проблемой с продуктом на этой неделе. У меня была проблема с переключением нагрузки. Нагрузка производила радиочастоту, которая вызывала помехи на печатной плате, вплоть до того, что микроконтроллер «выпадал» и имел сбой связи. Я поместил феррит на кабель, что было бы похоже на добавление фильтра только с ВЧ индуктивностью\импедансом. Проблема затухла. Затем я добавил конденсаторы, проблема исчезла, и он работал лучше, когда крышки были направлены в сторону нагрузки.

Помните правило: ВЧ выберет путь с самым низким импедансом, если вы обеспечите лучший путь с низкой индуктивностью, вы сможете ослабить проблему. О, если вы собираете или выбираете фильтр, убедитесь, что он имеет низкую индуктивность между крышками, разместив компоненты близко друг к другу.

Размещение компонентов фильтра для снижения электромагнитных помех

БоуПарк

мкейт

Энди ака

БоуПарк

БоуПарк

мкейт

Энди ака

БоуПарк

БоуПарк

Ответы (1)

Всплеск напряжения

Всегда ли можно избежать катушек индуктивности в аналоговых фильтрах?

Преобразование источника с импедансом, являющимся катушкой индуктивности или конденсатором

Я на правильном пути, чтобы решить эту RLC-схему? (Необходимо найти напряжение на резисторе)

Схема - пожалуйста, объясните мне использование этих конденсатора и катушки индуктивности

Как я могу рассчитать принудительную реакцию VcVc V_c через передаточную функцию конденсатора?

LC-контур, резонансная частота

Как фаза приложенного напряжения связана с фазой ЭДС индукции в катушке индуктивности?

Применение комплексных чисел [закрыто]

Почему цепь 4-го порядка называется 2-м порядком?

Как реализовать и настроить полосовой фильтр LC?