Obwohl Gleichtaktdrosseln beliebt sind, könnte eine Alternative ein monolithischer EMI-Filter sein. Bei richtiger Anordnung bieten diese mehrschichtigen Keramikkomponenten eine hervorragende Gleichtakt-Rauschunterdrückung.
Viele Faktoren erhöhen die Menge an „Rauschstörungen“, die die Funktionalität elektronischer Geräte beschädigen oder beeinträchtigen können. Die heutigen Autos sind ein hervorragendes Beispiel. In einem Auto finden Sie Wi-Fi, Bluetooth, Satellitenradio, GPS-Systeme und mehr Das ist erst der Anfang. Um diese Rauschinterferenzen zu bewältigen, verwendet die Industrie normalerweise Abschirmungen und EMI-Filter, um unerwünschtes Rauschen zu eliminieren. Einige herkömmliche Lösungen zur Eliminierung von EMI/RFI reichen jedoch nicht mehr aus.
Dieses Problem führt dazu, dass viele OEMs die Verwendung von Differenzialfiltern mit 2 Kondensatoren, 3 Kondensatoren (ein X-Kondensator und 2 Y-Kondensatoren), Durchführungsfilter, Gleichtaktdrosseln oder eine Kombination davon vermeiden, um eine geeignetere Lösung wie einen monolithischen EMI-Filter zu verwenden bessere Rauschunterdrückung in einem kleineren Paket.
Wenn elektronische Geräte starke elektromagnetische Wellen empfangen, können unerwünschte Ströme im Stromkreis induziert werden und einen unbeabsichtigten Betrieb verursachen – oder den beabsichtigten Betrieb stören.
EMI/RFI kann in Form von leitungsgeführten oder abgestrahlten Emissionen auftreten. Wenn EMI geleitet wird, bedeutet dies, dass sich Rauschen entlang elektrischer Leiter ausbreitet. Abgestrahlte EMI tritt auf, wenn sich Rauschen in Form von Magnetfeldern oder Funkwellen durch die Luft ausbreitet.
Selbst wenn die von außen zugeführte Energie gering ist, kann es, wenn sie sich mit den für Rundfunk und Kommunikation verwendeten Funkwellen vermischt, zu Empfangsverlust, anormalem Tonrauschen oder Videounterbrechung kommen. Wenn die Energie zu stark ist, kann dies der Fall sein elektronische Geräte beschädigen.
Quellen umfassen natürliches Rauschen (z. B. elektrostatische Entladung, Beleuchtung und andere Quellen) und künstliches Rauschen (z. B. Kontaktgeräusche, undichte Geräte, die hohe Frequenzen verwenden, unerwünschte Emissionen usw.). Typischerweise ist EMI/RFI-Rauschen Gleichtaktrauschen , daher besteht die Lösung darin, einen EMI-Filter zu verwenden, um unerwünschte hohe Frequenzen zu entfernen, entweder als separates Gerät oder eingebettet in eine Leiterplatte.
EMI-Filter EMI-Filter bestehen in der Regel aus passiven Komponenten wie Kondensatoren und Induktoren, die zu einem Schaltkreis verbunden sind.
„Induktivitäten lassen Gleichstrom oder niederfrequenten Strom durch, während sie unerwünschte, unerwünschte hochfrequente Ströme blockieren.Kondensatoren bieten einen Pfad mit niedriger Impedanz, um hochfrequentes Rauschen vom Eingang des Filters zum Strom- oder Masseanschluss umzuleiten“, sagte Christophe Cambrelin vom Kondensatorunternehmen Johanson Dielectrics.EMI-Filter.
Herkömmliche Gleichtaktfilterverfahren umfassen Tiefpassfilter mit Kondensatoren, die Signale mit Frequenzen unterhalb einer ausgewählten Grenzfrequenz durchlassen und Signale mit Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz dämpfen.
Ein üblicher Ausgangspunkt besteht darin, ein Paar Kondensatoren in einer differentiellen Konfiguration anzulegen, wobei ein Kondensator zwischen jeder Spur des differentiellen Eingangs und Masse liegt. Kapazitive Filter in jedem Zweig leiten EMI/RFI oberhalb der angegebenen Grenzfrequenz auf Masse um Durch das Senden von Signalen mit entgegengesetzten Phasen über die beiden Drähte wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert, während unerwünschtes Rauschen an Masse gesendet wird.
„Leider kann der Kapazitätswert von MLCCs mit X7R-Dielektrika (typischerweise für diese Funktion verwendet) mit der Zeit, der Vorspannung und der Temperatur erheblich variieren“, sagte Cambrelin.
„Obwohl also zwei Kondensatoren zu einem bestimmten Zeitpunkt bei Raumtemperatur und niedriger Spannung eng aufeinander abgestimmt sind, werden sie wahrscheinlich sehr unterschiedliche Werte haben, sobald sich die Zeit, Spannung oder Temperatur ändert.Diese Fehlanpassung zwischen den beiden Drähten führt zu ungleichen Reaktionen nahe der Filtergrenze.Daher wandelt es Gleichtaktrauschen in differentielles Rauschen um.“
Eine andere Lösung besteht darin, einen großen „X“-Kondensator zwischen den beiden „Y“-Kondensatoren zu überbrücken. Der kapazitive „X“-Shunt bietet einen idealen Gleichtaktabgleich, hat aber auch den unerwünschten Nebeneffekt einer differenziellen Signalfilterung. Vielleicht die gebräuchlichste Lösung und eine Alternative zu einem Tiefpassfilter ist eine Gleichtaktdrossel.
Eine Gleichtaktdrossel ist ein 1:1-Transformator, bei dem beide Wicklungen als Primär- und Sekundärwicklung fungieren. Bei dieser Methode induziert der Strom durch eine Wicklung einen entgegengesetzten Strom in der anderen Wicklung. Leider sind Gleichtaktdrosseln auch schwer, teuer und anfällig zu vibrationsinduziertem Versagen.
Nichtsdestotrotz ist eine geeignete Gleichtaktdrossel mit perfekter Anpassung und Kopplung zwischen den Wicklungen durchlässig für Differenzsignale und hat eine hohe Impedanz gegenüber Gleichtaktrauschen. Ein Nachteil von Gleichtaktdrosseln ist der begrenzte Frequenzbereich aufgrund von parasitären Kapazitäten. Für ein gegebenes Kernmaterial Je höher die Induktivität verwendet wird, um eine Niederfrequenzfilterung zu erhalten, desto mehr Windungen sind erforderlich, was zu parasitären Kapazitäten führt, die die Hochfrequenzfilterung nicht passieren können.
Fehlanpassungen zwischen den Wicklungen aufgrund mechanischer Herstellungstoleranzen verursachen eine Modusumschaltung, bei der ein Teil der Signalenergie in Gleichtaktrauschen umgewandelt wird und umgekehrt. Diese Situation kann zu Problemen mit der elektromagnetischen Kompatibilität und Immunität führen. Die Fehlanpassung verringert auch die effektive Induktivität jedes Zweigs.
In jedem Fall bieten Gleichtaktdrosseln erhebliche Vorteile gegenüber anderen Optionen, wenn das Differenzsignal (Durchgang) im gleichen Frequenzbereich wie das zu unterdrückende Gleichtaktrauschen arbeitet. Mit einer Gleichtaktdrossel kann der Signaldurchlassbereich erweitert werden zum Gleichtaktunterdrückungsband.
Monolithische EMI-Filter Obwohl Gleichtaktdrosseln beliebt sind, können auch monolithische EMI-Filter verwendet werden. Bei richtiger Anordnung bieten diese mehrschichtigen Keramikkomponenten eine hervorragende Gleichtakt-Rauschunterdrückung .Diese Filter verwenden zwei separate elektrische Pfade innerhalb eines einzelnen Geräts, das mit vier externen Anschlüssen verbunden ist.
Um Verwirrung zu vermeiden, sollte beachtet werden, dass monolithische EMI-Filter keine herkömmlichen Durchführungskondensatoren sind. Obwohl sie gleich aussehen (gleiche Verpackung und gleiches Aussehen), sind sie sehr unterschiedlich im Design und nicht auf die gleiche Weise verbunden. Wie andere EMI Filter, monolithische EMI-Filter dämpfen die gesamte Energie über der angegebenen Grenzfrequenz und lassen nur die gewünschte Signalenergie durch, während unerwünschtes Rauschen auf „Masse“ umgeleitet wird.
Der Schlüssel ist jedoch eine sehr niedrige Induktivität und eine passende Impedanz. Bei monolithischen EMI-Filtern sind die Anschlüsse intern mit einer gemeinsamen Referenzelektrode (Abschirmung) innerhalb des Geräts verbunden, und die Platten sind durch die Referenzelektrode getrennt. Elektrostatisch sind die drei elektrischen Knoten bestehen aus zwei kapazitiven Hälften, die sich eine gemeinsame Referenzelektrode teilen und alle in einem einzigen Keramikkörper enthalten sind.
Das Gleichgewicht zwischen den beiden Hälften des Kondensators bedeutet auch, dass die piezoelektrischen Effekte gleich und entgegengesetzt sind und sich gegenseitig aufheben. Diese Beziehung wirkt sich auch auf Temperatur- und Spannungsschwankungen aus, sodass die Komponenten auf beiden Leitungen gleichermaßen altern. Wenn diese monolithischen EMI einen Nachteil haben Filter, es ist so, dass sie nicht funktionieren, wenn das Gleichtaktrauschen die gleiche Frequenz hat wie das Differenzsignal. „In diesem Fall ist eine Gleichtaktdrossel die bessere Lösung“, sagte Cambrelin.
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Postzeit: 19. April 2022
