Конденсаторы подавления ЭМП
Конденсаторы подавления ЭМП – устройства, способные накапливать электрический заряд, которые используются для подавления электромагнитных помех.
Из-за перенапряжения или переходных процессов, возникающих в цепи, могут произойти повреждения электронных компонентов. Для предотвращения таких неисправностей и используются конденсаторы.
Существуют X и Y конденсаторы. Они эффективны при защите от различных электромагнитных помех. Х конденсаторы, подключаемые между фазами, подавляют симметричные помехи. Y конденсаторы, подключаемые между нейтралью и фазой, подавляют асимметричные (дифференциальные) помехи.
Посмотреть и купить товар вы можете в наших магазинах в городах: Москва, Санкт-Петербург, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Брянск, Владимир, Волгоград, Вологда, Воронеж, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Иркутск, Йошкар‑Ола, Казань, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курган, Курск, Липецк, Набережные Челны, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Орёл, Оренбург, Пенза, Пермь, Псков, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Саранск, Саратов, Смоленск, Ставрополь, Сургут, Тамбов, Тверь, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Хабаровск, Чебоксары, Челябинск, Ярославль.
Доставка в пункты выдачи заказов Яндекс Доставка, СДЭК, Л-Пост, Boxberry, 5Post, транспортными компаниями DPD и «Деловые Линии», а также Почтой России в Тольятти, Владивосток, Махачкала, Новокузнецк, Калининград, Улан-Удэ, Сочи, Нижний Тагил, Чита, Владикавказ, Грозный, Мурманск, Петрозаводск, Нижневартовск, Новороссийск и еще в более чем 1000 городов и населенных пунктов по всей России.
Товары из группы «Конденсаторы подавления ЭМП» вы можете купить оптом и в розницу.
-
- Магазины и оптовые отделы
- Видео
- Новости
- Каталог брендов
- Каталоги автозапчастей
- Акции и спецпредложения
- Калькуляторы
- Обратная связь
Пленочные помехоподавляющие конденсаторы
В статье рассматриваются полипропиленовые помехоподавляющие конденсаторы. Описываются основные проблемы их применения, приводятся требования стандартов, и указываются возможные варианты выбора.
Введение
Миниатюризация электронных компонентов и соответствующее уменьшение размеров конечных изделий – устойчивая тенденция развития современной электроники. У потребителей такая тенденция, скорее всего, вызывает только положительные эмоции, а у разработчиков – «головную боль». Особенно заметно это проявляется в сфере силовой электроники, причем сложности возникают не только у разработчиков активных компонентов, но и у их коллег, создающих пассивные компоненты.
В силовой электронике уменьшению размеров сопутствует повышение рабочей частоты преобразователей, что приводит к увеличению излучаемых электромагнитных помех. Кроме того, уменьшение размеров компонентов ведет к увеличению плотности мощности, что может потребовать принципиального изменения конструкции и усовершенствования используемых материалов.
Таким образом, можно выделить две основные проблемы, сопутствующие миниатюризации. Первая из них заключается в увеличении электромагнитных помех. Вторая, возникающая из-за повышения плотности мощности, состоит в избыточном нагреве – увеличивается рассеиваемая мощность, но сокращается поверхность охлаждения из-за уменьшения размеров компонента.
Усугубляет проблему отвода тепла уменьшение размеров конечного устройства. На рис. 1 показан пример размещения помехоподавляющих конденсаторов X2 и Y2. Как видно из рис., плотность размещения компонентов очень высока, и конструкторам наверняка пришлось немало потрудиться, чтобы решить проблему отвода тепла. В конечном счете, обе эти проблемы могут не лучшим образом сказаться на надежности.
Рис. 1. Пример установки помехоподавляющих конденсаторов X2 и Y2 в условиях дефицита места на печатной плате
Конденсаторы для подавления электромагнитных помех
Металлизированные полипропиленовые пленочные конденсаторы являются едва ли не единственным средством для подавления электромагнитных помех, когда речь заходит о сильноточных устройствах. В последнее время производители добились значимых успехов в совершенствовании металлизированной пропиленовой пленки за счет использования новых материалов и улучшении технологических процессов.
Конденсаторы на основе такой пленки исправно функционируют в жестких условиях. Они выдерживают наибольшую напряженность поля, или, другими словами, наибольшее напряжение на 1 мкм диэлектрического слоя. Их очень важным преимуществом является способность к самовосстановлению после локального пробоя.
Однако заметим, что сочетание высокой температуры и высокой влажности оказывает серьезное влияние на пленку, когда к конденсатору прикладывается напряжение близкое к нормированному производителем. В этом случае происходит электрохимическая коррозия цинковой металлизации, которая приводит к ускоренному ухудшению параметров конденсатора и может вызвать его полный отказ.
Для подтверждения надежности используется стрессовое тестирование конденсаторов, суть которого заключается в проверке их работоспособности в условиях повышенной влажности и температуры (Temperature-Humidity-Bias, THB). Тест проводится при температуре 85 °C и относительной влажности 85%; при этом, в зависимости от типа конденсаторов к ним прикладывается переменное или постоянное напряжение.
Считается, что подобные испытания могут подтвердить надежность конденсаторов со сроком эксплуатации 25 лет. Испытания THB признаны стандартом МЭК для тестирования пленочных помехоподавляющих конденсаторов. В таблице приведены условия испытания для уровней «А» и «В» при различных градациях в соответствии со стандартом IEC 60384–14–1 для конденсаторов постоянной емкости.
Группа
Уровень испытаний «А»
Уровень испытаний «В»
Температура, °С
Относительная влажность, %
Длительность испытаний, дней
Температура, °С
Относительная влажность, %
Длительность испытаний, ч
Помехоподавляющие конденсаторы Epcos
Epcos AG возникла в 1999 г. в результате сотрудничества Siemens и Matsushita. С момента основания компания специализировалась на производстве пассивных элементов – конденсаторов, индуктивностей, дросселей и т.д. В 2009 году Epcos была выкуплена японской TDK, получив название TDK-Epcos. В настоящее время это подразделение TDK носит название TDK-Electronics. Переход «из рук в руки» не оказал негативного влияния на компанию: её ассортимент только расширялся, а доля рынка пассивных компонентов увеличивалась. Конденсаторы Epcos, как и раньше, славятся своим качеством. Помехоподавляющие конденсаторы – особый вид конденсаторов, используемый для «сглаживания» напряжения. Устройства с силовыми ключами (например, импульсные преобразователи, микропроцессоры и т.д.) создают достаточно сильные шумы в цепях, вызывающие скачки напряжения (рисунок 1). Такие скачки могут оказаться губительными для электронной аппаратуры. Рисунок 1 — Сравнение формы напряжения: сверху – без фильтрации помех, снизу – с фильтрацией Применение конденсатора подавления помех на входе устройства позволяет заметно снизить величину таких скачков, тем самым повысив надёжность устройства. Конденсаторы, применяемые в фильтрах подавления электромагнитных помех обычно работают на частоте 50 или 60 Гц и напряжении сети. Они делятся на 2 класса:
- X – для противофазной составляющей помехи (нужна большая ёмкость);
- Y – для синфазной составляющей (нужна меньшая ёмкость).
- 1 – для промышленных устройств;
- 2 – для бытовых приборов.
Возможно использовать в некоторых случаях Y-конденсаторы вместо X-конденсаторов, но не наоборот.
Способы подавления электромагнитных помех импульсного DC / DC-преобразователя
Импульсные DC / DC-преобразователи являются источником электромагнитных помех, влияющих на работу системы. Разработчикам устройств доступен ряд методов, в том числе оптимизация топологии печатной платы и правильное размещение элементов схемы, позволяющих снизить уровень излучаемых помех без использования экранирования. В статье на примере микросхемы трансивера CA-IS3092W от компании Shanghai Chipanalog Microelectronics рассмотрены способы подавления излучаемых электромагнитных помех встроенного импульсного DC / DC-преобразователя.
Микросхема CA-IS3092W представляет собой гальванически развязанный трансивер RS-485 / RS-422 со встроенным изолированным импульсным DC / DC-преобразователем, выходное напряжение которого (VISO) может составлять 3 или 5 В (рис.1). Управление выходным напряжением осуществляется посредством переключения вывода SEL, максимальный ток нагрузки может достигать 100 мА. Встроенный DC / DC-преобразователь содержит трансформатор небольших размеров, генератор тактовых импульсов работает на частоте около 70 МГц.
Рис. 1. Блок-схема и схема включения CA-IS3092W
Известно, что изменение токов большой величины за короткий промежуток времени (di / dt) является одной из причин возникновения электромагнитных помех. Путем оптимизации топологии печатной платы, а также с помощью других методов можно добиться снижения уровня излучаемых электромагнитных помех для CA-IS3092W до значений, соответствующих стандарту EN55032 class A без использования металлического экрана.
Сшивающие конденсаторы
Источником электромагнитных помех является не только генератор тактовых импульсов, но также встроенный микротрансформатор. Как правило, трансформатор имеет паразитную межобмоточную емкость, через которую во вторичную цепь проникают переменные токи. В случае отсутствия пути возврата в первичную цепь эти токи становятся синфазными, образуя дипольную антенну между выводами VISO и GNDB, которая в свою очередь может являться источником излучаемых электромагнитных помех.
При использовании микросхемы CA-IS3092W можно реализовать необходимые меры для минимизации электромагнитных помех. Сшивающие Y-конденсаторы между землей первичной цепи (GNDA) и землей вторичной цепи (GNDB) обеспечивают возврат токов в первичную цепь DC / DC-преобразователя, что значительно снижает уровень излучаемых помех (рис. 2, 3). Конденсаторы с бóльшей емкостью могут усилить этот эффект, а в случае необходимости повышения изоляционных свойств DC / DC-преобразователя применяется схема без сшивающих конденсаторов.
Рис. 2. Путь следования обратных паразитных токов и сшивающие Y-конденсаторы в CA-IS3092W
Рис. 3. Схема включения CA-IS3092W со сшивающим конденсатором между GNDA и GNDB
Для усиления эффекта подавления электромагнитных помех рекомендуется применять конденсаторы, созданные с использованием многослойной структуры печатной платы. Два сигнальных металлизированных слоя печатной платы достаточно большой площади образуют конденсатор. Такой конденсатор имеет чрезвычайно низкую распределенную индуктивность и улучшенные частотные характеристики.
Емкость конденсатора рассчитывается следующим образом: C = εr · ε0 · S / d, где εr – относительная диэлектрическая проницаемость среды между металлизированными слоями (для материала FR4 εr ≈ 4,5), ε0 – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, равная 8,854 * 10–12 Ф / м, S – площадь перекрывающихся металлизированных слоев конденсатора, d – расстояние между слоями.
Для конденсатора емкостью 181,9 пФ достаточно иметь толщину металлизированного слоя 1 oz, площадь перекрывающихся слоев S = 0,0022 м2, расстояние между слоями d не должно быть менее 0,4 мм: C = 4,5 · 8,544 · 0,0022 / 0,000465 = 181,9 пФ.
Вариант сшивающего конденсатора, сформированного в печатной плате между перекрывающимися шинами GNDA и GNDB, показан на рис. 4. Возможна также реализация сшивающего конденсатора плавающего типа (рис. 5). Суммарная сшивающая емкость в этом случае может быть рассчитана, как сумма параллельно включенных конденсаторов C1 и С2.
Рис. 4. Сшивающий конденсатор между GNDA и GNDB Рис. 5. Сшивающий конденсатор плавающего типа
Многочисленные эксперименты показывают, что использование сшивающих конденсаторов между GNDA и GNDB помогает радикально снизить уровень излучаемых электромагнитных помех.
Накопительные и развязывающие конденсаторы
Размер токовых контуров, по которым циркулируют токи, прямо пропорционален силе электромагнитного излучения. По этой причине необходимо по возможности уменьшать длину проводников на печатной плате. Накопительные конденсаторы номиналом 10 мкФ рекомендуется располагать дальше от входов, в то время как развязывающие конденсаторы должны быть как можно ближе к Vcc и VISO (рис. 6).
Рис. 6. Расположение развязывающих конденсаторов: а – неправильное; б – правильное
Переходные отверстия желательно размещать снаружи конденсаторов, а не прямо на дорожках питания между выводами Vcc или VISO. Если площадь печатной платы позволяет, рекомендуется увеличить количество переходных отверстий, чтобы обеспечить параллельное соединение и снизить общее влияние паразитных индуктивностей переходных отверстий (рис. 7).
Рис. 7. Размещение переходных отверстий: а – неправильное; б – правильное
Рекомендуется использовать конденсаторы типа MLCC с рабочей частотой, кратной примерно 70 МГц. Для расширения частотного диапазона можно использовать сразу несколько развязывающих конденсаторов различной емкости.
Применение ферритовых бусин
Ферритовые бусины различных типов характеризуются разными частотными свойствами. Узкополосные бусины отличаются быстрым откликом в определенном узком спектре частот и подходят для шумоподавления в узкой полосе частот. Широкополосные бусины характеризуются относительно широким частотным диапазоном. В любом случае все ферритовые бусины имеют свойства высокочастотного резистора – пропускают полезный низкочастотный сигнал, а нежелательный высокочастотный сигнал преобразуют в рассеиваемую тепловую энергию.
На рис. 8 представлены частотные характеристики ферритовой бусины MU1005-601Y от Burns.
Рис. 8. Частотные характеристики ферритовой бусины MU1005-601Y
Ферритовые бусины должны быть расположены как можно ближе к источнику нежелательных высокочастотных помех. Если подавление высокочастотной составляющей недостаточное, можно включать бусины последовательно (рис. 9). Для расширения спектра подавления возможно объединение бусин с разными частотными характеристиками.
Рис. 9. Расположение ферритовых бусин: а – неправильное; б – правильное
ООО «Теллур Электроникс» является официальным дистрибьютором Shanghai Chipanalog Microelectronics Co., Ltd
Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated, перевод М. Токарь.
Статья впервые опубликована в журнале «ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ» № 2 за 2022 год.
Понравилась статья? Поставьте лайк 3