Gegentakt- und Gleichtaktströme können dazu führen, dass Ihr Produkt abgestrahlte und leitungsgebundene Emissionen erzeugt. Diese drei Techniken können Ihnen bei der Messung helfen.
Wenn Sie sich schon länger mit EMV-Themen beschäftigen, sind Sie wahrscheinlich schon einmal auf den Begriff „Gleichtaktströme“ gestoßen, die oft zu abgestrahlten Emissionen führen. Gleichtaktströme (CM) und Differenzialströme (DM) vom Stromeingang von Netzteilen können leitungsgebundene Emissionen von Kabeln verursachen. Weltweite Grenzwerte für leitungsgebundene elektromagnetische Interferenzen (EMI) können dazu führen, dass Produkte die Konformitätstests nicht bestehen.
Mehrere Mechanismen erzeugen Gleichtaktströme (ICM). Differenzmodusströme (IDM) resultieren aus den Eingangsspannungen, die Schaltkreise zur Leistungsumwandlung antreiben. CM-Ströme resultieren normalerweise aus Schaltrauschen von Leistungsgeräten, das kapazitiv an Referenzebenen oder Gehäusestrukturen gekoppelt wird. Die Gleichrichtung und Leistungsschaltung verursachen hohe harmonische Schaltströme. Wir verwenden Eingangsfilter, um dieses Schaltrauschen (EMI) durch die Kopplung mit dem Netz- oder DC-Eingangsanschluss zu minimieren.
Figure 1 zeigt, wie die verschiedenen Abschnitte des Netzfilters sowohl die DM- als auch die CM-Ströme beeinflussen. Zum Beispiel das „X“ Kondensator Außerdem kann die DM-Induktivität der Drossel DM-EMI reduzieren. Auf die gleiche Weise können die „Y“-Kondensatoren und die CM-Induktivität der Drossel die CM-EMI reduzieren. Durch die Möglichkeit, die DM- und CM-EMI-Beiträge getrennt zu messen, können wir die geeigneten Filterkomponentenwerte festlegen, um diese gekoppelten EMI zu minimieren.
Die übliche Methode zur Bewertung leitungsgebundener Emissionen (CE) ist die Verwendung eines Leitungsimpedanz-Impedanz-Stabilisierungsnetzwerks (LISN). Leider wird hier nur die Kombination von DM- und CM-EMI auf der Leitungs- oder Neutralleiterseite des Wechselstrom-Netzeingangs dargestellt. Um den Eingangsfilter richtig zu entwerfen, müssen wir die DM- und CM-EMI getrennt messen.
Ich habe drei Methoden verwendet, um die DM- und CM-Rauschenkomponenten zu trennen: HF-Stromsonden, ein Gerät von Tekbox namens „LISN Mate“ und ein neuer Analysator von EMZER namens EMScope.
HF-Stromsondenmethode
Dies ist wahrscheinlich die einfachste Methode. Wenn HF-Stromsonden an einen Spektrumanalysator angeschlossen sind, können sie die sehr kleinen harmonischen HF-Ströme messen, die leitungsgebundene elektromagnetische Störungen erzeugen. Indem wir die Stromsonde sowohl um den Leitungs- als auch den Neutralleiter klemmen, messen wir die gesamte CM-EMI (Figure 2).
Indem wir einen dieser Drähte vertauschen (egal welchen), messen wir das Doppelte der DM-EMI, was 6 dB höher ist (Figure 3).
Figure 4 zeigt die kombinierten Diagramme von DM- und CM-EMI. Wir können sehen, dass die DM-Spannung bei den niedrigsten Frequenzen bei diesem Wechselstromnetzteil höher ist als die CM-Spannung.
LISN Mate-Methode
Für die Bewertung von Stromversorgungen hinsichtlich leitungsgebundener Emissionen ist eine LISN erforderlich. Tekbox Digital Solutions hat ein Gerät namens LISN Mate veröffentlicht (Figure 5). LISN Mate verfügt über eine Schaltung, die harmonische DM-Signale von CM trennt, was für die Bewertung von Filterschaltungen nützlich ist. Tekbox spezifiziert es von 30 kHz bis 110 MHz, charakterisiert es jedoch bis 150 MHz.
Um DM und CM mit dem LISN Mate aufzuteilen, sind zwei LISNs erforderlich, die wie in verbunden sind Figure 6.
Figure 7 zeigt die DM- und CM-EMI von einer TI TPS54525 DC/DC-Wandler-Demoplatine. Es wurden zwei separate Tekbox TBOH01 DC LISNs verwendet. Das DM-Diagramm ist in diesem Fall höher als das CM-Diagramm, daher würde ich mit dem DM-Filter beginnen, beispielsweise einem „X“-Kondensator über dem DC-Eingang. Wahrscheinlich bräuchten wir auch eine CM-Drossel oder zumindest eine Serieninduktivität in der +DC-Leitung.
Da wir den Unterschied zwischen DM- und CM-EMI erkennen können, können wir genau die richtigen Filterkomponenten spezifizieren.
EMScope-Methode
Das EMScope (Figure 8) ist ein All-in-One-Gerät, das zwei 50-µH-LISNs und einen Spektrumanalysator enthält, der 9 kHz bis 30 MHz abdeckt (eine Option erweitert sich auf 110 MHz) und leitungsgebundene Emissionen (Leitung-Erde, Neutral-Erde) und DM anzeigen kann oder CM EMI oder eine Kombination aller vier in einem einzigen Display. Es verfügt außerdem über Spitzen-, Quasi-Spitzen- und Durchschnittsdetektoren und kann jede beliebige Kombination oder alle drei zusammen anzeigen. Da es sich bei EMScope um einen Echtzeit-FFT-basierten Analysator handelt, erfolgen die Sweeps schnell und alle angezeigten Kurven werden etwa jede Sekunde aktualisiert.
Figure 9 zeigt die resultierenden DM- und CM-Diagramme einer älteren Utilitech LED 60 W (äquiv.) Glühbirne im Vergleich zum CISPR 15 EMV-Standard für Leuchten. Es scheitert kläglich.
Ich schätze die Einfachheit und Vielseitigkeit des EMScope sowie die Tatsache, dass es mit jedem Webbrowser verwendet werden kann.
Netzfilter-Set
Ich schließe diesen Artikel mit der Erwähnung eines meiner Lieblingskits von Würth Elektronik: dem „Design Your Filter Kit“, Nummer 744998 (Figure 10). Dieses Kit kann Ihnen bei der Entwicklung von EMI-Filtern für Gleich- oder Wechselstromanwendungen helfen. Die mitgelieferte Bedienungsanleitung hilft bei der Auswahl der richtigen Komponente abhängig von den DM- oder CM-Diagrammen, die mit den oben genannten drei Methoden gemessen wurden.
Zusammenfassung
Obwohl HF-Stromtastköpfe etwas teuer sind, sind sie auch am einfachsten zu verwenden, um DM- und CM-EMI zu trennen. Der Tekbox LISN Mate wäre nützlich, wenn Sie einen Prüfstand speziell für die Messung von Netzteilemissionen einrichten. Einmal eingerichtet, gehen die Messungen relativ schnell vonstatten.
Ich mag die Vielseitigkeit des EMScope und wäre für weniger als 10 US-Dollar eine wertvolle Ergänzung für Ihren Prüfstand. Es zeigt nicht nur DM- und CM-EMI an, sondern auch herkömmliche Leitungs- und neutralleitungsgebundene Emissionen mit entweder Spitzen-, Quasi-Spitzen- oder Durchschnittserkennung, die alle gleichzeitig oder in Kombination angezeigt werden. Daher eignet es sich gut für Pre-Compliance- oder sogar Compliance-Tests. sowie Unterstützung bei der Filterkonstruktion.