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用单片EMI滤波器滤除共模噪声

通过迈克桑托拉|2019年8月9日

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单片 -  EMI过滤器 - 约翰逊电介质

尽管共模扼流圈很流行,但一种替代方案可能是单片EMI滤波器。适当地布置时,这些多层陶瓷组件提供了优异的常见排斥
模式噪声。

许多因素增加能够损坏或干扰电子设备功能的“噪音”干扰量。今天的汽车就是一个最好的例子。在一辆车上,你可以找到Wi-Fi,蓝牙,卫星广播,GPS系统,这只是开始。为了控制这种噪声干扰,行业通常使用屏蔽和EMI滤波器来消除不必要的噪声。但是现在一些传统的消除EMI/RFI的解决方案已经不够了。

此问题是避免使用诸如2电容差分,3电容(一个X-Cap和2 Y-Caps),馈通滤波器,共模扼流圈或这些更合适的解决方案的选项,例如单片EMI过滤器,在较小的包装中具有更好的噪声抑制。

当电子设备接收强电磁波时,可以在电路中引起不需要的电流并导致意外操作 - 或干扰预期的操作。

EMI/RFI可以是传导或辐射排放的形式。当电磁干扰传导时,它意味着噪音沿着电导体传播。当噪声以磁场或无线电波的形式在空气中传播时,就会产生辐射电磁干扰。

即使从外部施加的能量很小,但如果与用于广播和通信的无线电波混合在一起,就会造成接收能力下降、声音异常、视频中断等问题。如果能量太大,电子设备就会损坏。

噪声源包括自然噪声,如静电放电、照明和其他噪声源,以及人工噪声,如接触噪声、使用高频的泄漏设备、不需要的辐射等。通常,EMI/RFI噪声是共模噪声,因此解决方案是使用EMI滤波器消除不需要的高频,要么作为一个单独的设备,要么嵌入到电路板中。

EMI过滤器
电磁干扰滤波器通常由无源元件组成,如电容器和电感,连接形成电路。

电感器允许直流或低频电流通过,同时阻断有害的高频电流。电容器提供了一个低阻抗路径,将高频噪声从滤波器输入端转移回电源或接地连接,”Johanson Dielectrics公司的Christophe Cambrelin说,该公司生产多层陶瓷电容器和EMI滤波器。

传统的共模滤波方法包括使用电容器的低通滤波器,该电容器通过频率低于所选截止频率的信号,并衰减具有高于截止频率的频率的信号。

公共起点是在差分配置中施加一对电容器,每个迹线和差分输入的接地之间的一个电容器。每个腿中的电容滤波器将EMI / RFI转移到地面以上指定的截止频率。因为这种配置涉及将相对的信号通过两根电线发送相对,所以发信噪比得到改善,而不需要的噪声被发送到地。

“遗憾的是,具有X7R电介质的MLCC的电容值(通常用于该函数),随着时间,偏置电压和温度,随着时间,偏置电压和温度而变化显着变化,”寒武蛋白说。

因此,即使两个电容器在室温下与低电压紧密匹配,在给定的时间,它们很可能在一旦时间,或电压或温度最终可能最终达到非常不同的值。两条线之间的这种不匹配将导致滤波器截止靠近滤波器的响应不等。因此,它将将共模噪声转换为差分噪声。“

另一种解决方案是在两个“Y”电容器之间架设一个大值“X”电容器。然而,“X”电容分流器提供了共模平衡的所需效果,具有差分信号滤波的不期望的副作用。也许是最常见的解决方案和低通滤波器的替代方法是共模扼流圈。

共模扼流圈是1:1变压器,两个绕组都充当初级和次级。在这种方法中,通过一个绕组的电流在另一个绕组中引起相反的电流。不幸的是,共同模式扼流圈也很重,昂贵,并且受振动引起的故障。

仍然,具有完美匹配和绕组耦合的合适的共模扼流圈对差分信号是透明的,并且对共模噪声具有高阻抗。共模扼流圈的一个缺点是由于寄生电容引起的有限频率范围。对于给定的芯材料,用于获得较低频率滤波的电感越高,所需的匝数越大,并且失去高频滤波的随后寄生电容越大。

机械制造公差之间的绕组之间的不匹配会导致模式转换,其中信号能量的百分比转换为共模噪声,反之亦然。这种情况引发了电磁兼容性和免疫问题。不匹配也降低了每个支路的有效电感。

无论如何,当差分信号(通过)在与必须抑制的共模噪声相同的频率范围内操作时,共模扼流组在其他选项中具有显着的优势。通过共模扼流圈,信号通带可以扩展到共模拒绝频带中。

单片EMI过滤器
尽管共模扼流圈很流行,但一种替代方案可能是单片EMI滤波器。当适当地布置时,这些多层陶瓷元件提供卓越的共模噪声抑制。它们将两个平衡并联电容器组合在一个封装中,具有互感消除和屏蔽作用。这些过滤器在一个设备中使用两个独立的电子通道,连接到四个外部连接。

为了防止混淆,应该注意的是,单片EMI滤波器不是传统的馈电电容器。虽然它们看起来相同(相同的包装和外观),但它们的设计非常不同,并且它们并未以相同的方式连接。与其他EMI滤波器一样,单片EMI滤波器衰减出在特定截止频率上方的所有能量,并且仅选择通过所需的信号能量,同时将不需要的噪声转移到“地面”。

然而,关键是非常低的电感和匹配的阻抗。对于单片EMI滤波器,终端内部连接到设备内的一个共同参考(屏蔽)电极,并且极板被参考电极隔开。在静电方面,这三个电节点由两个共用参考电极的电容半组成,这些参考电极都包含在一个陶瓷体中。

电容器两半之间的平衡也意味着压电效应是相等的和相反的,相互抵消。这种关系还会影响温度和电压的变化,因此在这两条线路上,元件的老化是相同的。如果这些单片EMI滤波器有一个缺点,那就是如果共模噪声与差分信号的频率相同,它们就不能使用。“当这是这种情况时,共同模式扼流圈是一个更好的解决方案,”凯布林林说。

约翰逊电介质
www.johansondielectrics.com


提交:设计世界文章那电容器那电子•电那过滤器(电气)EMI•脊柱•噪声过滤器•屏蔽
标记:johansondielectrics

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