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用单片EMI滤波器滤除共模噪声

通过迈克·桑特|2019年8月9日

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Monolithic-EMI-Filter-Johanson-Dielectrics

尽管共模扼流圈很受欢迎,但也可以选择单片EMI滤波器。当适当布局时,这些多层陶瓷组件可以很好地抑制常见的腐蚀
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。

这个问题导致许多oem避免选择如2电容差动、3电容(一个x电容和2个y电容)、馈通滤波器、共模扼流圈或这些更合适的解决方案的组合,如在较小的封装中具有更好的噪声抑制性能的单片EMI滤波器。

当电子设备接收到强烈的电磁波时,电路中就会产生不必要的电流,从而导致意想不到的操作——或干扰预定的操作。

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的低通滤波器,通过频率低于选定截止频率的信号,衰减频率高于截止频率的信号。

一个常见的起点是在差分配置中应用一对电容器,在差分输入的每个迹线和接地之间有一个电容器。每个支路的电容滤波器将EMI/RFI转移到指定截止频率以上的地。由于这种配置包括通过两根电线发送相位相反的信号,当不需要的噪声被发送到地面时,信噪比得到了提高。

Cambrelin说:“不幸的是,带有X7R电介质(通常用于此功能)的MLCC的电容值随时间、偏置电压和温度而显著变化。”。

“因此,即使两个电容器在室温、低电压下紧密匹配,在给定的时间内,一旦电压或温度发生变化,它们很可能最终得到一个非常不同的值。这两条线之间的不匹配将导致靠近滤波器截止的响应不相等。因此,它将共模噪声转化为差分噪声。

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”电容分流提供了理想的共模平衡效果,同时也带来了差分信号滤波的副作用。也许最常见的解决方案和低通滤波器的替代方案是共模扼流圈。

一个共模扼流圈是一个1:1的变压器,其中两个绕组同时作为初级和次级。在这种方法中,通过一个绕组的电流在另一个绕组中产生相反的电流。不幸的是,共模扼流圈也很重,价格昂贵,易受振动引起的失效。

然而,合适的共模扼流圈在绕组之间具有完美的匹配和耦合,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而限制了频率范围。对于给定的磁芯材料,用于获得低频滤波的电感越高,所需的匝数越大,由此产生的寄生电容会破坏高频滤波。

绕组之间的机械制造公差不匹配可能导致模式转换,其中一定百分比的信号能量转换为共模噪声,反之亦然。这种情况会引发电磁兼容性和抗扰性问题。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(要通过)在与必须抑制的共模噪声相同的频率范围内工作时,共模扼流圈确实比其他选项具有显著优势。使用共模扼流圈,信号通带可以延伸到共模抑制带。

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,应该注意到单片EMI滤波器不是传统的馈通电容。虽然他们看起来一样(相同的包装和外观),但他们的设计是非常不同的,他们并没有以相同的方式连接。与其他EMI滤波器一样,单片EMI滤波器衰减超过指定截止频率的所有能量,只选择通过所需的信号能量,同时将不需要的噪声转移到“接地”。

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。“在这种情况下,共模扼流圈是一个更好的解决方案,”Cambrelin说。

约翰逊电介质
www.johansondielectrics.com


了下:设计世界的文章,电容器,电子•电,滤波器(电气)EMI•COTS•噪声滤波器•屏蔽
标记为:johansondielectrics

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