Дифференциальные и синфазные токи могут привести к тому, что ваше изделие будет производить излучаемые и кондуктивные излучения. Эти три метода помогут вам их измерить.
Если вы какое-то время сталкивались с проблемами ЭМС, вы, вероятно, сталкивались с термином «синфазные токи», которые часто приводят к излучаемым излучениям. Синфазные (CM) и дифференциальные (DM) токи на входе питания блоков питания могут вызывать кондуктивные излучения от кабелей. Мировые ограничения на кондуктивные электромагнитные помехи (EMI) могут привести к тому, что продукт не пройдет тесты на соответствие требованиям.
Несколько механизмов создают синфазные токи (ICM). Дифференциальные токи (IDM) возникают в результате входных напряжений, управляющих коммутационной схемой преобразования мощности. Токи CM обычно возникают в результате коммутационного шума силового устройства, который емкостно связан с опорными плоскостями или структурой шасси. Выпрямление и переключение мощности вызывают высокие гармонические коммутационные токи. Мы используем входную фильтрацию, чтобы минимизировать шум переключения (EMI) от подключения к входному порту сети или постоянного тока.
Рисунок 1 показывает, как различные секции сетевого фильтра влияют на токи DM и CM. Например, «Х» конденсатор плюс индуктивность дросселя DM может уменьшить электромагнитные помехи DM. Точно так же конденсаторы «Y» плюс индуктивность CM дросселя могут уменьшить электромагнитные помехи CM. Возможность отдельно измерять влияние электромагнитных помех DM и CM позволяет нам указать соответствующие значения компонентов фильтра, чтобы минимизировать эти связанные электромагнитные помехи.
Обычный метод оценки кондуктивных излучений (CE) заключается в использовании сети стабилизации импеданса линии (LISN). К сожалению, это отображает комбинацию электромагнитных помех DM и CM только на линейной или нейтральной стороне входа сети переменного тока. Чтобы правильно спроектировать входной фильтр, нам действительно необходимо отдельно измерить электромагнитные помехи DM и CM.
Чтобы разделить компоненты шума DM и CM, я использовал три метода: датчики радиочастотного тока, устройство от Tekbox под названием «LISN Mate» и новый анализатор от EMZER под названием EMScope.
Метод зонда радиочастотного тока
Вероятно, это самый простой метод. Пробники радиочастотного тока, подключенные к анализатору спектра, могут измерять очень малые токи радиочастотных гармоник, которые создают кондуктивные электромагнитные помехи. Зажимая токовый датчик вокруг линейного и нейтрального проводов, мы измеряем общий уровень электромагнитных помех CM (Рисунок 2).
Поменяв местами один из этих проводов (не важно какой), мы измеряем вдвое ЭМИ ДМ, что на 6 дБ выше (Рисунок 3).
Рисунок 4 показаны комбинированные графики электромагнитных помех DM и CM. Мы видим, что напряжение DM выше, чем напряжение CM на самых низких частотах в случае этого источника питания переменного тока.
Метод LISN Mate
Для оценки источников питания на предмет кондуктивных излучений требуется LISN. Компания Tekbox Digital Solutions выпустила устройство под названием LISN Mate (Рисунок 5). LISN Mate включает в себя схему, которая разделяет гармонические сигналы DM от CM, что полезно для оценки схем фильтров. Tekbox определяет его от 30 кГц до 110 МГц, но характеризует до 150 МГц.
Чтобы разделить DM и CM с помощью LISN Mate, необходимо подключить два LISN, как показано на рисунке. Рисунок 6.
Рисунок 7 показаны электромагнитные помехи DM и CM на демонстрационной плате преобразователя постоянного тока TI TPS54525. Были использованы два отдельных LISN Tekbox TBOH01 DC. В этом случае график DM выше, чем график CM, поэтому я бы начал с фильтра DM, например, с конденсатора «X» на входе постоянного тока. Вероятно, нам также понадобится дроссель CM или, по крайней мере, последовательный индуктор в линии +DC.
Имея возможность увидеть разницу в электромагнитных помехах DM и CM, мы можем выбрать только правильные компоненты фильтра.
Метод ЭМСкопе
ЭМСкоп (Рисунок 8) представляет собой прибор «все в одном», который содержит два LISN по 50 мкГн и анализатор спектра, охватывающий диапазон от 9 кГц до 30 МГц (опция расширяется до 110 МГц) и может отображать кондуктивные излучения (линия-земля, нейтраль-земля), DM или CM EMI, или сочетание всех четырех на одном дисплее. Он также имеет пиковые, квазипиковые и средние детекторы и может отображать любую комбинацию или все три вместе. Поскольку EMScope представляет собой анализатор, работающий в режиме реального времени на основе БПФ, сканирование происходит быстро, а обновления всех отображаемых кривых происходят примерно каждую секунду.
Рисунок 9 показаны результирующие графики DM и CM для более старой светодиодной лампы Utilitech мощностью 60 Вт (экв.) в сравнении со стандартом ЭМС CISPR 15 для светильников. Это сильно терпит неудачу.
Мне нравится простота и универсальность EMScope, а также тот факт, что его можно использовать с любым веб-браузером.
Комплект сетевого фильтра
Я завершу эту статью упоминанием одного из моих любимых комплектов от Würth Elektronik: «Design Your Filter Kit», номер 744998 (Рисунок 10). Этот комплект поможет вам разработать фильтры электромагнитных помех для приложений постоянного или переменного тока. Прилагаемое руководство по эксплуатации помогает выбрать правильный компонент в зависимости от графиков DM или CM, измеренных с использованием трех вышеуказанных методов.
Обзор
Хотя датчики радиочастотного тока довольно дороги, их также проще всего использовать для разделения электромагнитных помех DM и CM. Tekbox LISN Mate будет полезен, если вы устанавливаете испытательный стенд специально для измерения выбросов от источника питания. После настройки измерения выполняются относительно быстро.
Мне нравится универсальность EMScope, и он стоимостью менее 10 тысяч долларов станет ценным дополнением к вашему испытательному стенду. Он будет отображать не только электромагнитные помехи DM и CM, но и обычные линейные и нейтральные кондуктивные излучения с обнаружением пиковых, квазипиковых или средних значений, причем все они отображаются одновременно или в комбинациях. Таким образом, он хорошо подходит для предварительного или даже предварительного тестирования на соответствие требованиям. а также помощь в разработке фильтра.