Синфазная помеха: Сигналы синфазный и противофазный (дифференциальный)

синфазные помехи в обратноходовых преобразователях

Cтатья является седьмой в цикле публикаций, посвященных вопросам электромагнитной совместимости в промышленных и автомобильных DC/DC-преобразователях. В ней выполняется анализ синфазных шумов, генерируемых изолированными обратноходовыми DC/DC-преобразователями. Кроме того, в статье предлагается алгоритм по созданию простой шумовой модели преобразователя, включающей двухконденсаторную эквивалентную схему трансформатора.

В пятой и шестой частях данного цикла были предложены рекомендации по уменьшению кондуктивных и радиочастотных помех в неизолированных DC/DC-преобразователях, а также были рассмотрены практические примеры их использования. Разумеется, для полноты исследования необходимо также проанализировать шумовое поведение изолированных DC/DC-преобразователей, поскольку используемые в них силовые трансформаторы играют важную роль с точки зрения обеспечения электромагнитной совместимости.

В частности, необходимо рассмотреть влияние паразитных емкостей обмоток трансформатора на уровень синфазных помех. Основной причиной возникновения синфазного шума становятся токи смещения, протекающие через паразитные емкости трансформатора и паразитную емкость, образованную силовым транзистором и заземлением. Данная статья посвящена анализу синфазных шумов обратноходовых DC/DC-преобразователей, которые благодаря своей простоте широко используются в качестве изолированных источников питания. В результате такого анализа будет предложена двухконденсаторная модель трансформатора, позволяющая существенно упростить моделирование и исследования синфазных помех в обратноходовых DC/DC-преобразователях.

Содержание

Обратноходовая топология

Среди достоинств обратноходовой топологии можно отметить невысокую стоимость реализации, а также простоту создания одноканальных и многоканальных решений [7,8]. Все это делает обратноходовые DC/DC-преобразователи хорошим выбором для изолированных источников питания автомобильных и промышленных устройств, в том числе таких, как высоковольтные драйверы МОП-транзисторов одно- и трехфазных электроприводов, а также датчики и программируемые логические контроллеры, используемые для автоматизации производства.

Обратноходовая топология предлагает простое и надежное решение с минимальным числом компонентов (рис. 1). Если для контроля за выходным напряжением использовать обратную связь по напряжению, снимаемому с первичной обмотки, то в таких случаях оптопара и связанные с ней цепи обратной связи не требуются, благодаря чему перечень компонентов дополнительно сокращается, а также упрощается конструкция трансформатора [7]. Для простой гальванической развязки земли первичной и вторичной стороны будет достаточно трансформатора с функциональной изоляцией, если же речь идет о создании высоковольтных приложений, требующих повышенной безопасности, то потребуется трансформатор с усиленной изоляцией.

Рис. 1. Обратноходовой преобразователь с традиционным входным напряжением 24 В для промышленных приложений или 12 В/ 48 В для автомобильного оборудования.

На схеме изображены индуктивности намагничивания и рассеяния, а также паразитные емкости трансформатора.

Анализ напряжений и токов в обратноходовых преобразователях

На рис. 2 представлены осциллограммы напряжений на стоке МОП-транзистора (первичная сторона) и на обратном диоде (вторичная сторона). Осциллограммы относятся к обратноходовому преобразователю, изображенному на рис. 1 и работающему в режиме прерывистых токов (рис. 2a) и в граничном режиме (рисунок 2b) [7].

На рис. 2а изображены осциллограммы напряжений при работе преобразователя в режиме прерывистых токов. Из них видно, что включение МОП-транзистора происходит в точке минимума третьего колебания. На рис. 2б показаны формы сигналов при работе преобразователя в граничном режиме. В данном случае коммутация МОП-транзистора происходит в точке минимума первой волны колебаний, то есть примерно в тот момент, когда ток во вторичной обмотке падает до нуля. Таким образом, и в том и в другом случае коммутация МОП-транзистора выполняется при нулевом токе.

Рис. 2. Осциллограммы напряжений на стоке МОП-транзистора и на обратном диоде обратноходового преобразователя, работающего в режиме прерывистых токов (a) и в граничном режиме (b).

Защитная демпферная цепочка со стабилитроном ограничивает бросок напряжения, вызванный резонансом индуктивности рассеяния и паразитными емкостями МОП-транзистора и трансформатора.

С точки зрения генерации шумов большую проблему представляют не только резкие изменения напряжений и токов, но и перенапряжения и колебания (звон), возникающие при переключениях. Колебания вызваны возбуждением LC-контура, образованного паразитной емкостью (транзистора и диода), а также индуктивностью рассеяния трансформатора.

На рис. 2 отчетливо виден бросок напряжения и последующие высокочастотные колебания на стоке МОП-транзистора при его выключении. Параметры колебаний зависят от индуктивности рассеяния первичной стороны (LLK-P), вступающей в резонанс с выходной емкостью МОП-транзистора (COSS) и паразитной емкостью первичной обмотки трансформатора (CP).

Аналогичным образом, колебания на вторичной стороне появляются вследствие возникновения резонанса между индуктивностью рассеяния вторичной обмотки (LLK-SEC), емкостью обратного диода (CD) и паразитной емкостью вторичной обмотки трансформатора (CS). Перенапряжение и звон характеризуются высокой скоростью нарастания (dv/ dt), поэтому наличие емкостной связи с землей приводят к появлению синфазных шумов.

Дополнительный отрицательный эффект при работе преобразователя в режиме непрерывных токов возникает из-за восстановления обратного диода (на вторичной стороне) при включении МОП-транзистора. Обратное восстановление диода D

FLY увеличивает выброс напряжения и создает импульс тока, который из-за наличия магнитной связи между обмотками отображается на первичную сторону и протекает через МОП-транзистор.

Обратите внимание, что трансформатор чаще всего ведет себя как связанная индуктивность, поскольку токи в его первичной и вторичной обмотках, обычно не протекают одновременно. Моменты коммутации МОП-транзистора являются единственными интервалами времени, в которых трансформатор ведет себя как трансформатор, то есть когда в его обмотках одновременно протекает ток [9].

Синфазные помехи в изолированных обратноходовых DC/DC-преобразователях

На рис. 3 показана схема традиционной испытательной установки для измерения электромагнитных помех, генерируемых обратноходовым DC/DC-преобразователем. Преобразователь подключен к источнику питания через эквивалент сети (LISN). Красные пунктирные линии показывают контуры и направления распространения синфазных токов через паразитные емкости на землю и обратно к LISN. Конденсатор C

Z, подключенный между землей первичной и вторичной обмоток (PGND и SGND, соответственно), шунтирует синфазные токи на вторичной стороне обратно на первичную. Главным преимуществом этого становится то, что синфазные токи не проходят через CSE, а, значит не возвращаются через эквивалент сети (LISN).

Рис. 3. Контуры и направления распространения синфазных токов в обратноходовом DC/DC-преобразователе с подключенным эквивалентом сети (LISN).

На схеме также показана вспомогательная обмотка (AUX)

Основной причиной появления синфазных помех становится высокая скорость нарастания напряжения на стоке МОП-транзистора, при этом трансформатор и его паразитные емкости являются каналами связи, по которым кондуктивные помехи могут проникать на вторичную обмотку и через импеданс выходной цепи на землю (на рис. 3 синфазный ток обозначен как I

CM-SEC). Как и в случае с неизолированными преобразователями, у разработчиков есть три способа уменьшения емкостной связи между МОП-транзистором и землей (соответствующий синфазный ток на рис. 3 обозначен как ICM-PRI): использование минимальной площади металлизации узла коммутации (SW), подключение радиатора МОП-транзистора (при необходимости) к PGND и исключение переходных отверстий на нижнюю сторону платы [6].

Говоря о влиянии трансформатора на уровень помех, следует указать три основных особенности.

Во-первых, хорошая магнитная связь обмоток трансформатора сводит к минимуму индуктивность рассеяния, что приводит к достижению высокой эффективности, уменьшению выбросов напряжений при коммутациях и увеличению надежности. Чередование слоев обмоток является распространенным методом уменьшения индуктивности рассеяния и сопротивления обмоток по переменному току. К сожалению, при чередовании слоев обмоток паразитная емкость возрастает.

Стоит отметить, что паразитные емкости планарных трансформаторов, обмотки которых образованы проводниками печатной платы, оказываются даже выше, чем у традиционных трансформаторов. Это объясняется тем, что слои печатной платы расположены близко друг от друга и площадь перекрытия слоев оказывается достаточно большой. В любом случае, приложение источника шума к таким распределенным паразитным емкостям приводит к формированию относительно высокого тока смещения, который отображается с первичной обмотки на вторичную и возвращается на землю, что приводит к высокому уровню синфазных помех [10].

Во-вторых, индуктивность рассеяния, резонирующая с паразитной емкостью трансформатора, может привести к появлению значительных пиков в частотном спектре синфазного шума.

В-третьих, электрическое поле, создаваемое сигналами с высокой скоростью dv/ dt, может легко распространяться через магнитопровод сердечника трансформатора, поскольку материал сердечника обладает высокой электрической проницаемостью и низким импедансом для электрических полей. Однако паразитная емкость (CME) между магнитным сердечником и землей будет мала, если сердечник закрыт медной фольгой, подключенной к PGND.

Оптимизация конструкции трансформатора имеет большое значение как с точки зрения уменьшения габаритов, повышения эффективности и улучшения тепловых характеристик, так и с точки зрения минимизации уровня помех.

Аналитическая модель для анализа синфазных помех

На рис. 4а показан двухобмоточный трансформатор с клеммами первичной и вторичной обмоток A/B и C/D, соответственно. Так как анализ синфазных помех выполняется в высокочастотном диапазоне, то входной конденсатор оказывается эквивалентен короткому замыканию на землю, из-за чего клемма A на схеме подключена к PGND. На рис. 4b представлена эквивалентная схема трансформатора. Паразитная емкость двухобмоточного трансформатора может быть смоделирована с помощью шести емкостей: четырех межобмоточных емкостей (C1, C2, C3, C4) и двух межвитковых емкостей (CP, CS).

Межвитковая емкость обмоток не приводит к отображению токов смещения между обмотками и, следовательно, не влияет на уровень синфазного шума. Модель с шестью конденсаторами достаточно сложна и затрудняет вычисление эквивалентных емкостей трансформатора. Ее необходимо дополнительно упростить.

Нелинейные полупроводниковые компоненты можно заменить эквивалентными источниками шумового напряжения [11], при этом паразитные межвитковые емкости обмоток могут быть удалены из эквивалентной схемы. Таким образом, получаем модель с четырьмя емкостями, как показано на рис. 4с, где v

SW и vSW / NPS – источники напряжения на первичной и вторичной обмотках, соответственно. В данном случае не учитывается индуктивность рассеяния и полагается, что преобразование напряжений происходит с коэффициентом трансформации NPS, определяемым соотношением числа витков в обмотках.

Рис. 4. Двухобмоточный трансформатор для анализа синфазных шумов (a), модель с шестью конденсаторами (b) и модель с четырьмя конденсаторами (c).

Кроме того, если одна из обмоток трансформатора подключается к независимому источнику напряжения (при замене нелинейного полупроводникового компонента), то для характеристики паразитных емкостей двухобмоточного трансформатора достаточно двухконденсаторной схемы [11, 12].

Как показано на рис. 5а, в общей сложности существует шесть возможных вариантов двухконденсаторной модели. На рис. 5б показана одна из возможных реализаций с емкостями C

AD и CBD и соответствующая ей эквивалентная схема, полученная с использованием теоремы Тевенина.

Рис. 5. Шесть возможных двухконденсаторных моделей (а). Двухконденсаторная модель и ее эквивалентная схема, полученная с использованием теоремы Тевенина

Шумовая модель с двумя конденсаторами является гибкой и подходит для различных топологий изолированных регуляторов. Параметры такой модели могут быть получены экспериментальным путем [13]. CTOTAL – межобмоточная емкость, определяемая конструкцией и параметрами трансформатора. Ее можно определить опытным путем с помощью измерителя импеданса. Для этого необходимо закоротить выводы на первичной (А и B) и на вторичной (С и D) обмотках и измерить емкость между ними. Величина CBD может быть рассчитана с помощью уравнения 1. Для этого необходимо подать синусоидальный сигнал (с частотой коммутаций) от источника с импедансом 50 Ом на клеммы первичной обмотки (A, B) и измерить соотношение напряжений VAD и VAB:

CBD = (VAD/ VAB)× CTOTAL (1)

Очевидно, что основное преимущество предложенной модели заключается в том, что паразитные емкости можно легко определить экспериментальным путем без знания конструкционных особенностей трансформатора или изучения характера распределения электрического поля в обмотках [12].

Шумовая модель обратноходового преобразователя

На рис. 6 показана шумовая модель трансформатора обратноходового преобразователя с первичной, вторичной, вспомогательной и экранирующей обмотками. Схема преобразователя будет аналогична той, что изображена на рис. 3, но с дополнительной экранирующей обмоткой, заземленной на первичной стороне. NA – отношения числа витков первичной и вспомогательной обмоток. NSH отношения числа витков первичной и экранирующей обмоток.

Емкостная связь между первичной и вспомогательной обмотками, а также между первичной и экранирующей обмотками не учитывается, так как синфазные токи протекают только на первичной стороне и не возвращаются в LISN, то есть не оказывают влияния на общий уровень синфазных помех. В результате для моделирования емкостной связи между первичной и вторичной обмотками, между вторичной и вспомогательной обмотками, между вторичной и экранирующей обмотками потребуется три четырехконденсаторных эквивалентных схемы. Как уже отмечалось выше, анализ синфазных помех выполняется в высокочастотном диапазоне, поэтому входной конденсатор эквивалентен короткому замыканию на землю, из-за чего клемма A на схеме подключена к PGND.

Рис. 6. Модель паразитных емкостей многообмоточного трансформатора обратноходового преобразователя (a), двухконденсаторная модель (b) и эквивалентная схема, полученная с использованием теоремы Тевенина (c).

С учетом изложенных выше рассуждений, для анализа синфазных помех будет достаточно двухконденсаторной модели (рис. 6). Как и в предыдущем случае, CTOTAL — это емкость между закороченными первичными обмотками и короткозамкнутой вторичной обмоткой.

Для построения шумовой модели обратноходового преобразователя с четырехобмоточным трансформатором (с первичной, вторичной, вспомогательной и экранирующей обмотками) может также использоваться двухконденсаторная шумовая модель трансформатора (рис. 7). Исходя из теоремы замещения, все напряжения и токи останутся без изменений при замещении нелинейных полупроводниковых компонентов источниками напряжения или тока, если формы их напряжений или токов будут такими же, как и у исходных компонентов.

Таким образом, источник напряжения (VSW), который имеет такую же форму сигнала напряжения, что и напряжение сток-исток МОП-транзистора, заменяет МОП-транзистор. Аналогично, источники тока (IDOUT и IDCL), которые имеют такую же форму тока, что и токи диодов, эквивалентно замещают эти диоды. После замены полупроводниковых компонентов напряжения и токи в схеме остаются без изменений.

В высокочастотном диапазоне синфазных шумов импеданс входного и выходного конденсаторов оказывается пренебрежимо малым, поэтому они эквивалентны коротким замыканиям. Импеданс последовательно синфазного дросселя на схеме обозначен как ZCM-CHOKE, а 25 Ом резистор замещает эквивалент сети. Наконец, паразитные емкости, которые не вносят значительного вклада в синфазный шум, протекающий через LISN, могут быть удалены из схемы. На рис. 7a представлена шумовая модель обратноходового преобразователя после применения теоремы замещения [13].

Рис. 7. Модель обратноходового преобразователя (a) и окончательная модель обратноходового преобразователя после применения теоремы суперпозиции (b).

Очевидно, что компоненты, включенные параллельно с источниками напряжения или последовательно с источниками тока могут быть удалены, так как они не влияют на напряжения или токи в данной цепи. Теория суперпозиции позволяет выполнять раздельный анализ влияния IDCL, IDOUT и VSW. Ясно, что IDCL и IDOUT не генерируют синфазного шума, поскольку они закорочены. На рис. 7b показана окончательная шумовая модель. Уравнение 2 определяет шумовое синфазное напряжение, измеренное на эквиваленте сети LISN:

Далее необходимо определиться с формой сигнала источника напряжения VSW, после чего можно выполнять моделирование шумовой схемы и исследовать влияние отдельных ее составляющих на уровень синфазных помех. Модель оказывается достаточно точной, если импеданс индуктивности рассеяния намного ниже, чем импеданс паразитной емкости CTOTAL. Очевидно, что уменьшение CBD, а также увеличение ZCM-CHOKE или CZ приведет к снижению шумового напряжения. Обратите внимание, что если напряжение VAD равно нулю, то согласно уравнению (1) значение CBD также оказывается равным нулю, а значит, согласно уравнению (2) будет равно нулю и шумовое синфазное напряжение. Этот стандартный тест помогает проверить балансировку трансформатора.

Создание синфазной шумовой модели обратноходового преобразователя на основе двухконденсаторной модели трансформатора состоит из шести этапов:

  1. Замените нелинейные полупроводниковые приборы эквивалентными источниками напряжения или тока, используя теорему замещения. Суть замены состоит в том, чтобы получить синфазную шумовую схему, которая не содержит многочисленных контуров и сложных узлов и которую легко анализировать. Источники напряжения и тока должны иметь форму сигналов, соответствующую заменяемым компонентам. Так как в высокочастотном диапазоне синфазных шумов импеданс входного и выходного конденсаторов оказывается пренебрежимо малым, то эти конденсаторы будут эквивалентны коротким замыканиям.
  2. Если одна из обмоток трансформатора включена параллельно с источником напряжения, то остальные обмотки можно заместить управляемыми источниками напряжения с учетом коэффициентов трансформации.
  3. Для дальнейшего упрощения модели следует удалить все компоненты, включенные параллельно с источниками напряжения или последовательно с источниками тока.
  4. Для замещения трансформатора можно использовать любую двухконденсаторную модель, из представленных на рис. 5а. Следует выбирать тот вариант, который максимально упростит дальнейший анализ.
  5. Проанализируйте синфазный шум, генерируемый всеми источниками напряжения и источниками тока, основываясь на теореме суперпозиции.
  6. Проанализируйте схему, разработанную с помощью шагов 1-5, и удалите паразитные емкости, которые не влияют на синфазный шум, протекающий через эквивалент сети LISN. Проверьте результаты, полученные с помощью шумовой модели.

Заключение

С точки зрения электромагнитной совместимости обычный изолированный преобразователь с жесткими переключениями создает гораздо больше проблем, чем неизолированный. Требования к рабочим характеристикам высокочастотных трансформаторов для изолированных импульсных DC/DC-регуляторов в последнее время стали более жесткими, особенно в отношении электромагнитных помех. Паразитная межобмоточная емкость трансформатора представляет собой открытый путь для проникновения синфазных шумов.

Предложенная в статье двухконденсаторная шумовая модель трансформатора оказывается максимально простой и широко используется на практике. Это объясняется тем, что реальные паразитные составляющие трансформатора в ней представлены в виде сосредоточенных компонентов, которые могут быть без каких-либо проблем измерены опытным путем. В следующей статье полученная шумовая модель поможет определить методы борьбы с помехами в изолированных преобразователях.

Предыдущие главы:

Литература

  1. “The Engineer’s Guide To EMI In DC-DC Converters (Part 1): Standards Requirements And Measurement Techniques” by Timothy Hegarty, How2Power Today, December 2017 issue.
  2. “The Engineer’s Guide To EMI In DC-DC Converters (Part 2): Noise Propagation and Filtering” by Timothy Hegarty, How2Power Today, January 2018 issue.
  3. “The Engineer’s Guide To EMI In DC-DC Converters (Part 3): Understanding Power Stage Parasitics” by Timothy Hegarty, How2Power Today, March 2018 issue.
  4. “The Engineer’s Guide To EMI In DC-DC Converters (Part 4): Radiated Emissions” by Timothy Hegarty, How2Power Today, April 2018 issue.
  5. “The Engineer’s Guide To EMI In DC-DC Converters (Part 5): Mitigation Techniques Using Integrated FET Designs” by Timothy Hegarty, How2Power Today, June 2018 issue.
  6. “The Engineer’s Guide To EMI In DC-DC Converters (Part 6): Mitigation Techniques Using Discrete FET Designs” by Timothy Hegarty, How2Power Today, September 2018 issue.
  7. LM5180-Q1 70-V PSR flyback converter single-output and dual-output evaluation modules.
  8. LM5155-Q1 45-V, 2.2-MHz boost/SEPIC/flyback controller.
  9. “Under the hood of flyback SMPS designs” by Jean Picard, Texas Instruments Power Supply Design Seminar, SEM1900, 2010-2011.
  10. “Flyback transformer design considerations for efficiency and EMI” by Bernard Keogh and Isaac Cohen, Texas Instruments Power Supply Design Seminar, SEM2200, 2016-2017.
  11. “Equivalent noise source: an effective method for analyzing common-mode noise in isolated power converters” by Lihong Xie, Xinbo Ruan and Zhihong Ye, IEEE Transactions on Industrial Electronics 63(5), May 2016, pp. 2913-2924.
  12. “Two-capacitor transformer winding capacitance models for common-mode EMI analysis in isolated DCDC converters” by Huan Zhang et al., IEEE Transactions on Power Electronics 32(11), Nov. 2017, pp. 8458-8470.
  13. “Investigating switching transformers for common mode EMI reduction to remove common mode EMI filters and Y-capacitors in flyback converters” by Yiming Li et al., IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics 6(4), Dec. 2018, pp. 2287-2301.
Ослабление синфазных помех для повышения целостности сигнала

Оптопары защищают системы и пользователей от бросков напряжения. Кроме того, эти устройства подавляют синфазный шум, который может привести к искажению переходных процессов или к избыточному шуму в выходном сигнале. В статье на примерах развязывающих оптопар Avago рассматривается вопрос обеспечения целостности сигнала.

У шума имеется множество источников. Например, он может возникать при емкостной связи от электрических полей по соседству с устройством, магнитных полей при индуктивной связи или при резистивной связи, обусловленной разностью земляных потенциалов. Для подавления этого шума в устройствах используется ослабление синфазного сигнала (common-mode rejection, CMR) на входе. Учет CMR особенно важен в шумовых средах, т.к. шум искажает входные сигналы. Способность устройства ослаблять шум и обеспечивать прохождение сигналов внутри системы важна, с точки зрения цельности сигнала.
Основными параметрами, определяющими способность устройства ослаблять синфазные сигналы, являются синфазное напряжение и синфазные помехи, возникающие при переходных процессах. В случае если синфазное напряжение шума выше входного напряжения, необходима гальваническая развязка. Ток переключения, вызывающий частые всплески напряжения, приводит к появлению синфазных помех при переходных процессах, которые можно определить, зная напряжение и скорость его изменения. Синфазный шум и помехи при переходных процессах необходимо отфильтровать, чтобы избежать искажения сигнала.

Значение развязки

Развязывающее устройство соединяет два модуля системы, обеспечивая прохождение в ней сигналов без физической связи с узлом назначения. Сигналы в развязывающем  устройстве передаются с помощью света. В данном случае в качестве развязки используется оптопара, которая не только защищает систему и пользователя от бросков высокого напряжения, но и подавляет большие синфазные помехи, которые могут исказить сигнал напряжения или увеличить шум выходного сигнала.
Основным параметром, свидетельствующим об успешном подавлении синфазных сигналов в изоляторе, является уровень синфазного тока при неустановившемся напряжении. Следующее уравнение определяет синфазный ток:

 

ICM = C(dV/dt),

 

где С — паразитная емкость корпуса и емкость интерфейса между светодиодом и детектором; dV/dt — скорость изменения сигнала напряжения. Это уравнение предполагает, что монтаж печатной платы или компонентов оптимизирован и имеет небольшую паразитную емкость.
Для уменьшения синфазного тока необходимо снизить паразитные емкости. Благодаря большому зазору между светодиодом и фотодетектором в 0,08–1 мм, обеспечиваемому, например, устройством ACPL-J313 от Avago, величина паразитной емкости становится минимальной, благодаря чему ток утечки, возникающий при переходном процессе, заметно снижается. Этот компонент также имеет встроенный экран Фарадея фирменной разработки между входным светодиодом и фотодиодом, чтобы усилить подавление синфазного шума.
Экран Фарадея не препятствует оптической связи с фотодиодом, но отводит наводимый электрический ток на землю, что снижает паразитную емкость и, следовательно, повышает CMR оптопары. Кроме того, экран препятствует накоплению заряда на кристалле детектора при большом синфазном напряжении, которое возникает на устройстве при продолжительной эксплуатации. Оптопара ACPL-J313 улучшает степень ослабления синфазной помехи до 40 кВ/мкс при синфазном напряжении в 1,5 кВ.
С другой стороны, в схеме с длинными проводными соединениями между микроконтроллером и развязывающим интерфейсом возникают индуктивные помехи, которые искажают полезный сигнал. В этом случае используется оптопара со встроенной схемой управления, например, ACPL-M61L, которая работает как фильтр. Для ограничения тока, который управляет светодиодом в оптопаре (см. рис. 1), требуется резистор. Совместно с внутренней входной емкостью светодиода этот резистор работает как НЧ-фильтр, который не пропускает ВЧ-шум.

 

Рис. 1. Токоограничивающий резистор R1 и паразитная входная емкость светодиода обеспечивают НЧ-фильтрацию высокочастотного шума

Статическое и динамическое ослабление

Развязывающее устройство характеризуется статическим и динамическим ослаблением синфазного сигнала. О статическом ослаблении говорят в том случае, если входной сигнал статичен как при высоком, так и при низком логическом уровне. Как правило, так происходит, когда система находится в нерабочем состоянии или режиме ожидания. В этом состоянии некоторые компоненты системы не функционируют, обеспечивая энергосбережение, тогда как отдельные модули отслеживают входной сигнал. Система должна сохранять логический уровень неизменным независимо от статического синфазного шума. Это требование защищает ее от ложного срабатывания.
В динамическом режиме система передает сигнал, который переключается между высоким и низким логическими уровнями. Для подавления синфазного шума, искажающего входной сигнал, необходимо отфильтровать помеху. Как правило, динамическое ослабление синфазного шума системы (переменное напряжение) хуже статического показателя (постоянное напряжение), а статический CMR ухудшается при увеличении синфазного напряжения.
Ослабление синфазного переменного сигнала обеспечивает целостность передаваемого полезного сигнала.

Подавление динамических синфазных помех

В некоторых оптопарах используется схема кодирования, запускаемая уровнем сигнала. В ней светодиод определяет уровень прямого тока, который задается входным сигналом, и отправляет световой импульс на детектор. В других схемах кодирования небольшие сигналы напряжения генерируются по фронтам входного сигнала (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Схемы кодирования оптопары, запускаемые уровнем (а) и фронтом сигнала (б)

В схеме кодирования по уровню сигнала в оптопаре ACPL-072L от Avago продолжительность импульсов тока или напряжения равна 100 нс. В таких системах динамические синфазные помехи с меньшей вероятностью искажают сигнал, чем в схемах кодирования с запуском по фронту, где продолжительность импульсов составляет 2–3 нс. За счет короткого времени нарастания и спада импульсов светодиодного тока шум при переходном процессе может незначительно изменить длительность импульса в схеме кодирования с запуском по уровню сигнала. Напротив, в схеме кодирования с запуском по фронту сигнала импульсы могут моментально потеряться. Таким образом, оптопары с запуском кодирования по уровню сигнала имеют лучший показатель ослабления синфазного сигнала в динамическом режиме.
На рисунке 3 показан рабочий режим оптопары ACPL-072L с запуском по уровню сигнала, которая выдерживает всплеск напряжения в 10 кВ/мкс при передаче данных со скоростью 25 Мбит/с. При этом целостность сигнала сохраняется.

 

Рис. 3. Оптопара ACPL-072L выдерживает изменение напряжения в 10 кВ/мкс при передаче 25-Мбит/с сигнала. Желтым цветом отмечена синфазная помеха, зеленым — выходной сигнал

Помехи от C/DC- и DC/DC-преобразователей, источники и устранение

Введение

При сертификационных испытаниях готового изделия нередко возникают проблемы при испытаниях на электромагнитную совместимость (ЭМС). Найти быстрое и безболезненное решение этих проблем для готового изделия далеко не всегда возможно. Следовательно, лучше уже на этапе разработки принять все возможные меры по удо­влетворению требований стандартов.

Одним из главных источников помех являются DC/DC- и AC/DC-преобразователи. Существует несколько способов уменьшения коммутационных помех, создаваемых преобразователем. К ним относятся: применение помехоподавляющих компонентов, увеличение длительности фронтов коммутации силовых ключей, использование топологии силовых каскадов с аккумулированием энергии индуктивности рассеяния трансформаторов, оптимальная топология печатной платы.

Требования к ЭМС задаются стандартами CISPR (Международный специальный комитет по радиопомехам) и EN (Европейские нормы). Электронное оборудование, как правило, подпадает под действие стандартов EN 55022/CISPR 22 и EN 55032/CISPR 32, которым соответствуют российские стандарты ГОСТ 30805.22–2013 [1] и ГОСТ CISPR 32–2015 [2]. На рис. 1 в качестве примера приведены нормируемые уровни кондуктивных помех в стандарте ГОСТ 30805.22–2013 (CISPR 22:2006) для оборудования классов А (рис. 1а) и Б (рис. 1б).

Уровни кондуктивных помех в стандарте ГОСТ 30805.22­2013 (CISPR 22:2006) для оборудования классов А и Б

Рис. 1. Уровни кондуктивных помех в стандарте ГОСТ 30805.22­2013 (CISPR 22:2006) для оборудования классов А и Б

При испытаниях необходимо изолировать испытываемую схему от сети. С этой целью используется эквивалент сети LISN, который стабилизирует полное сопротивление сети и «отрезает» испытываемый прибор от помех и нестабильности импеданса сети. Электрическая схема испытаний показана на рис. 2. Как видно из рисунка, схема LISN, по сути, представляет собой П-фильтр. Величина индуктивности 50 мкГн характерна для индуктивности сети.

Электрическая схема испытаний на ЭМС

Рис. 2. Электрическая схема испытаний на ЭМС

 

Дифференциальные и синфазные шумы и помехи

Создаваемые преобразователем помехи удобно разделить на дифференциальные и синфазные. Соответственно и токи, которые создают эти помехи, также разделяются на дифференциальные и синфазные. На рис. 3 упрощенно показаны понижающий и повышающий DC/DC-преобразователи и токи, образующие дифференциальные и синфазные помехи. Контуры дифференциальных токов IDM выделены синим цветом, а синфазных токов ICM — красным. Синфазные токи протекают через паразитные емкости между силовыми шинами питания и земли преобразователей.

Рис. 3. Токи дифференциальных и синфазных помех в  понижающих и повышающих преобразователях

Рис. 3. Токи дифференциальных и синфазных помех в
а) понижающих;
б) повышающих преобразователях

Дифференциальные токи помех образуются при коммутации силовых ключей. Они протекают по силовым шинам питания L1 и земли L2. Генерируемые этими токами помехи тем больше, чем больше скорость изменения тока dI/dt и меньше импеданс контура. Источником этих помех является и несинусоидальная форма тока, порождающая высшие гармоники. Эти помехи отчасти ослабляются входным конденсатором CIN, но эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) и эквивалентное последовательное сопротивление ESR конденсатора не позволяют полностью избавиться от этих помех.

Токи синфазных помех протекают через паразитные емкости между линиями L1, L2 и землей. Их величина тем больше, чем больше скорость изменения напряжения dV/dt. В случае неизолированного преобразователя величина синфазных токов, главным образом, зависит от dV/dt в узле переключения преобразователя.

Паразитные емкости в этом случае определяются, в основном, емкостями между корпусом прибора, металлическим корпусом силового ключа и между корпусом теплоотвода. Паразитные емкости могут образоваться между жгутом сетевых проводов, идущих от входного разъема к плате с преобразователем, и корпусом прибора. Синфазные токи помех обычно значительно меньше дифференциальных, но площадь контура, по которому протекают токи синфазных помех, больше. Фактически этот контур представляет собой антенну, и потому справиться с этими токами сложнее.

На рис. 4 показаны контуры дифференциальных и синфазных токов помех для изолированного преобразователя. Синфазный ток протекает через межобмоточную емкость преобразователя CPS, а путь обратного тока образуется через паразитную емкость между вторичной стороной и корпусом прибора.

контур синфазного тока в изолированном преобразователе и эквивалентная схема контура синфазного тока

Рис. 4.
а) контур синфазного тока в изолированном преобразователе;
б) эквивалентная схема контура синфазного тока

Эквивалентная схема контура синфазного тока показана на рис. 4б. Заметим, что на рис. 4 показана упрощенная схема. В ней не учтены емкости силовых MOSFET и выпрямительных диодов, емкость дросселя выходного фильтра. Столь строгое разделение помех на дифференциальные и синфазные несколько условно, хотя и значительно упрощает анализ. Например, дифференциальные помехи из-за несимметричности линий могут переходить в синфазные.

Эквивалентная электрическая схема распространения и измерения помех

Рис. 5. Эквивалентная электрическая схема распространения и измерения помех

Эквивалентная электрическая схема распространения и измерения помех показана на рис. 5. Схема состоит из трех частей: источник помех с выходными импедансами ZS1, ZS2, Z; линия распространения помех с импедансами ZP1, ZP2, Z и приемник помех LISN с 50‑Ом сопротивлениями, по падению напряжения на которых и измеряются помехи. Величина дифференциальной помехи определяется из выражения:

Эквивалентная электрическая схема распространения и измерения помех

Величина синфазной помехи вычисляется из соотношения:

Эквивалентная электрическая схема распространения и измерения помех

Разделение помехи на синфазную и дифференциальную составляющие необходимо для того, чтобы скорректировать схему, в частности для построения фильтра электромагнитных помех — ЭМП-фильтра. Простой пример схемной реализации упомянутых выше выражений показан на рис. 6. Для реализации этой схемы следует выбрать широкополосный трансформатор. В противном случае результаты будут искажены. Подобные трансформаторы выпускаются несколькими компаниями, например Coilcraft и Bourns.

 Схема измерения синфазных и дифференциальных помех

Рис. 6. Схема измерения синфазных и дифференциальных помех

Поскольку импеданс источника и линии передачи синфазного шума носит явно выраженный емкостной характер, с увеличением частоты он уменьшается. Импеданс источника дифференциального шума имеет резистивный или индуктивной характер и возрастает при увеличении частоты. Для уменьшения шума требуется либо уменьшить его величину в источнике шума, либо увеличить импеданс линии распространения шума с помощью фильтров или других шумоподавляющих компонентов, например ферритовых бусин. Для уменьшения синфазного шума необходимо также уменьшить величину dV/dt в узле переключения преобразователя.

Традиционный способ подавления помех во входной цепи преобразователя заключается в использовании пассивных фильтров. Желательно установить эти фильтры в цепи переменного тока, но если такая возможность отсутствует, следует установить их в цепи выпрямленного напряжения. Заметим, что при установке пассивного фильтра в цепь постоянного напряжения магнитные сердечники дросселя не перемагничиваются по полной петле гистерезиса, и потому следует выбирать дроссели с запасом по току насыщения.

На рис. 7а показан пример фильтра, в котором совмещены фильтры дифференциальных и синфазных помех. На рисунках 7б–в из этого фильтра вычленены цепи фильтрации дифференциальных помех (рис. 7б) и цепи фильтрации синфазных помех (рис. 7в). Помимо компонентов для фильтрации помех в этой схеме присутствует выпрямительный мост, установленный за ним сглаживающий конденсатор CIN и ограничитель перенапряжения D1.

Пассивный ЭМП­-фильтр синфазных и дифференциальных помех

Рис. 7. Пассивный ЭМП­-фильтр синфазных и дифференциальных помех

Дроссели LCM представляют собой две магнитосвязанные обмотки на одном сердечнике. Учитывая, что токи синфазных помех в линиях L1 и L2 текут в одном направлении, обмотки включены согласно, чтобы магнитные потоки от этих токов суммировались и индуктивность дросселя возрастала. При малых дифференциальных помехах в качестве дросселей LDM можно использовать индуктивность рассеяния дросселей LCM. В этом случае дроссели LDM не должны быть экранированными. Если дифференциальные помехи велики, лучше использовать дискретные дроссели LDM.

Конденсаторы CX1 и CX2 принадлежат фильтру дифференциальных помех, а CY1 и CY2 — фильтру синфазных помех. В ЭМП-фильтрах должны использоваться специальные помехоподавляющие конденсаторы, которые разделяются на классы X и Y. Конденсаторы класса X включаются между фазами или между фазой и нулем. В рассматриваемом примере (рис. 5) они включены между линиями L1 и L2. Конденсаторы класса Y включаются между фазами и корпусом. В примере на рис. 5 они включены между линиями L1, L2 и корпусом.

Конденсаторы класса X делятся на два подкласса – X1 и X2. Конденсаторы подкласса X1 используются в трехфазных цепях. Их рабочее напряжение составляет 400–630 В. Они должны выдерживать всплески напряжения до 4 кВ. Конденсаторы подкласса X2 применяются в однофазных цепях. Их рабочее напряжение обычно не превышает 300–310 В, и они должны выдерживать всплески напряжения до 2,5 кВ.

Конденсаторы класса Y делятся на три подкласса – Y1, Y2 и Y4. Рабочее напряжение обоих подклассов не превышает 500 В. Конденсаторы подкласса 1 должны выдерживать всплески перенапряжения до 5 кВ, а подкласса 2 – до 8 кВ. К конденсаторам подкласса Y4 требования значительно ниже. Их рабочее напряжение не превышает 150 В, и они должны выдерживать всплески напряжения до 2,5 кВ [3].

При разработке топологии печатной платы необходимо выявить цепи, генерирующие помехи. К таковым относятся проводники с высокой скоростью изменения токов и напряжений. На рис. 8 показан выходной силовой каскады синхронного понижающего преобразователя без учета паразитных индуктивностей.

Выходной силовой каскад синхронного понижающего преобразователя без учета паразитных индуктивностей

Рис. 8. Выходной силовой каскад синхронного понижающего преобразователя без учета паразитных индуктивностей

Красным фоном на рис. 8 выделена область, которую образует контур из силовых ключей и входного конденсатора. Поскольку в этой области протекают силовые токи, пульсирующие с частотой коммутации ключей, иногда ее называют горячей областью. Контуры, в которых протекает ток затвора, обозначены цифрами 2 и 3. В контур затвора верхнего силового ключа также включена бутстрепная цепь из резистора RBOOT, конденсатора CBOOT, диода DBOOT.

На рис. 9 показан этот же преобразователь, но с учетом всех паразитных индуктивностей проводников, выводов корпусов микросхем, ключей и емкости силовых ключей. Красным цветом на рис. 9 выделены токи, протекающие в цепи затворов силовых ключей. Синим цветом выделены силовые контуры, а стрелками зеленого цвета обозначены узлы с высокой скоростью изменения напряжения dV/dt.

Выходной силовой каскад синхронного понижающего преобразователя с учетом паразитных индуктивностей

Рис. 9. Выходной силовой каскад синхронного понижающего преобразователя с учетом паразитных индуктивностей

Помехи появляются из-за высокой скорости изменения напряжений или токов и распространяются посредством электрического или магнитного поля, соответственно. Они трансформируются в кондуктивные и в радиопомехи. Топология печатной платы определяет площадь и конфигурацию описанных выше контуров, а, следовательно, и уровень излучаемых помех.

Суммарная индуктивность горячей области (область 1 на рис. 8) определяется следующим соотношением:

LLOOP = LPCB1 + LPCB2 + LD1INT + LD2EXT + LD2INT + LS2INT + LS2EXT + LCIN,

где LD — суммарная индуктивность контура; LLOOP, LPCB1 и LPCB2 — индуктивности проводников печатной платы; LD1INT и LD2EXT — индуктивности стока, соответственно, внутри кристалла и внешнего вывода; LS2INT + LS2EXT — индуктивность истока, соответственно, внутри кристалла и внешнего вывода; LCIN — эквивалентная последовательная индуктивность входного конденсатора CIN.

Заметим, что в состав индуктивности контура затвора входит индуктивность истока верхнего ключа Q1. На ней в процессе замыкания ключа Q1 при нарастании тока индуцируется напряжение обратной полярности по отношению к напряжению управления затвором. Таким образом, напряжение, появляющееся на индуктивности истока, препятствует росту напряжения затвора, затягивает открытие ключа и увеличивает коммутационные потери.

Для уменьшения индуктивности необходимо не только уменьшить цепи, выделенные на рис. 8–9, но и путь обратного тока через слой земли. Этот слой не должен иметь существенных разрывов и прорезей, удлиняющих путь обратного тока.

Входная CISS, выходная COSS емкости и емкость обратной связи CRSS определяются следующими соотношениями:

CISS = CGS + CGD,

COSS = CDS + CGD,

CRSS = CGD,

где CGS — емкость затвор–исток; CGD — емкость затвор–сток; CDS — емкость сток–исток.

Значительное влияние на коммутацию оказывает процесс восстановления обратной характеристики диода DB1, следствием которого являются всплески тока на ключе Q1 в процессе открытия. Эти всплески схожи с всплесками тока при заряде емкости COSS2, поэтому эффект от их действия часто оценивается в совокупности. Шумы и помехи, создаваемые преобразователем, удобно разделить на три составляющие, как показано в таблице.

Таблица. Типы шумов и помех преобразователя

Вид шума и помех

Преобладающий источник шума и помех

Частотный

диапазон

Вид помех

низкочастотные помехи

гармоники частоты коммутации

150 кГц…50 МГц

кондуктивные

широкополосные помехи

звон при замыкании/

размыкании силовых ключей

50–200 МГц

кондуктивные

и радиопомехи

высокочастотные помехи

восстановление обратной характеристики диода

свыше 200 МГц

радиопомехи

Однако даже в случае идеального переключения без упомянутых выше помех преобразователи создают шум из-за несинусоидальной формы токов и напряжений. Учитывая, что производители ЭМП-фильтров приводят ослабление фильтра на разных частотах, для корректного выбора ЭМП-фильтров желательно хотя бы в первом приближении оценить гармонический состав помех преобразователя в зоне низкочастотных помех (см. табл.).

Гармонический состав идеального импульса напряжения в узле переключения

Рис. 10. Гармонический состав идеального импульса напряжения в узле переключения

На рис. 10 слева показан импульс напряжения при идеальной коммутации без «звона» и «хвостов». Справа на рис. 10 показаны огибающие гармоник при разложении импульса напряжения в ряд Фурье. Амплитуда k-й гармоники вычисляется по формуле:

Гармонический состав идеального импульса напряжения в узле переключения

где Ak — амплитуда гармоники; k — номер гармоники; tR = tF — длительность фронта нарастания и спада импульса напряжения; TSW — период следования импульсов; D = t1/(TSW – t1) — длительность импульса на уровне 0,5.

Индуктивность LLOOP контура вызывает дополнительные выбросы на фронтах импульса коммутации, которые приводят к увеличению помех в диапазоне 50–200 МГц. Уменьшение площади петли приводит и к уменьшению индуктивности. Кроме того, следует учесть, что петля создает не только кондуктивные помехи, но также является излучающей антенной. Для минимизации излучения используется земляной слой, экранирующий петлю.

Следует также иметь в виду возможность резонанса в цепи, состоящей из входного конденсатора CIN и выходного фильтра. Этот резонансный контур может возникнуть из-за паразитной емкости дросселя выходного фильтра. Следовательно, при подборе дросселя фильтра выбирается дроссель с минимальной эквивалентной параллельной емкостью, т. е. с максимальным значением собственной резонансной частоты SFR.

При выборе конденсатора CIN при прочих равных условиях следует отдать предпочтение конденсатору с большей частотой SFR. В этом случае резонансная частота контура станет очень большой, достигнув многих сотен МГц или ГГц. При такой частоте в значительной степени проявится поверхностный эффект в проводниках, что приведет к увеличению их сопротивления, следовательно, к возрастанию коэффициента демпфирования и подавления колебаний.

Рассмотрим подробнее процессы в узле коммутации преобразователя. На рис. 10 мы оценили низкочастотные помехи (см. табл.), возникающие из-за несинусоидальной формы напряжения в узле коммутации. При этом мы пренебрегли звоном на фронтах, возникающим из-за паразитных резонансных контуров. На рис. 11 во всех подробностях показан импульс напряжения в узле коммутации. Звон на фронтах зависит от паразитных элементов. При правильно разработанной топологии длительность переходного колебательного процесса не превышает одного–двух периодов. Заметим, что при определении коэффициента демпфирования β в состав RLOOP входит также сопротивление открытого канала силового ключа RDS(ON).

 Форма импульса напряжения в узле переключения с учетом паразитных контуров

Рис. 11. Форма импульса напряжения в узле переключения с учетом паразитных контуров

Колебания (звон) на фронтах возникают в паразитном резонансном контуре, образованном индуктивностью петли LLOOP и емкостями силовых ключей. На рис. 11 справа приведены упрощенные эквивалентные схемы этих паразитных контуров для отрезков времени, когда силовые ключи Q1 и Q2 замкнуты. В первом приближении величину паразитной индуктивности можно определить из соотношения:

 Форма импульса напряжения в узле переключения с учетом паразитных контуров

Нормативные требования к радиопомехам и условия их измерения приведены в [4]. Для уменьшения радио­помех требуется прибегнуть к тем же средствам, что и к описанным ранее для уменьшения кондуктивных помех. Как бы то ни было, для уменьшения излучаемых помех применяется специфическое средство – клетка Фарадея или, как принято чаще говорить, экранирование с помощью слоев земли на печатной плате

Экранирование четырехслойной печатной платы двумя заземляющими слоями

Рис. 12. Экранирование четырехслойной печатной платы двумя заземляющими слоями

На рис. 12 [5] приведен вариант экранирования четырехслойной печатной платы двумя заземляющими слоями, а на рис. 13 показаны результаты измерения радиопомех для такого экранирования. На этом же рисунке показаны максимально допустимые уровни излучаемых помех по стандарту CISPR 22 (ГОСТ 30805.22–2013). Как видно из рисунка, максимальная амплитуда излучаемых помех составила 28,5 дБмкВ/м.

Результаты измерения радиопомех для экранирования

Рис. 13. Результаты измерения радиопомех для экранирования, показанного на рис. 12

Эффективность экранирования зависит от формы экрана. Например, при разрыве в экранирующих земляных слоях максимальный уровень помех составил уже 33,5 дБмкВ/м, тогда как при полном отсутствии экрана уровень помех немногим увеличился и составил 34 дБмкВ/м.

В качестве практического примера выберем для рассмотрения неизолированный понижающий DC/DC-преобразователь. Преобразователь этого типа наиболее часто встречается на практике. Его упрощенная схема показана на рис. 14. Красным цветом на рис. 14 выделен контур с высокой скоростью изменения тока di/dt, протекающего через силовые ключи Q1 и Q2. Синим цветом на этом же рисунке выделен контур с высокой скоростью изменения тока di/dt драйверов затворов. И, наконец, в проводнике, отмеченном малиновым цветом, скорость изменения напряжения dv/dt тоже высока.

Упрощенная схема неизолированного понижающего DC/DC­преобразователя

Рис. 14. Упрощенная схема неизолированного понижающего DC/DC­преобразователя

Для минимизации помех необходимо уменьшить площадь упомянутых контуров и длину проводника с высоким значением dv/dt. Вернемся к рисунку 11; на нем  показаны эквивалентные схемы контуров при открытом и закрытом состоянии ключа Q1, которые представляют собой последовательные резонансные цепи, а также показан импульс напряжения в точке коммутации SW.  Колебания (звон) на фронтах обусловлены колебательным переходным процессом в контурах.

Колебания возникают при выполнении условия β<1, где β = RLOOP/2LLOOP; RLOOP и LLOOP – соответственно, сопротивление и индуктивность контура.

Чем лучше выполняется неравенство, тем больше проявляется колебательный процесс и тем ближе частота колебания к резонансной частоте контура. Таким образом, необходимо максимально уменьшить индуктивность рассеяния контура, для чего следует минимизировать его площадь. При этом уменьшится и сопротивление контура, но его величина ограничена снизу сопротивлением открытого канала ключа RDS(ON), выходным сопротивлением источника VIN, в состав которого входит и эквивалентное последовательное сопротивление ESR входного сглаживающего конденсатора CIN, и сопротивлением проводников печатной платы. Причем последнее вызвано в основном поверхностным эффектом, т. е. это сопротивление возрастает с увеличением частоты. Учитывая, что при уменьшении индуктивности увеличивается резонансная частота, возрастет и сопротивление проводников из-за поверхностного эффекта. Следовательно, увеличится и коэффициент демпфирования β.

Необходимо сказать несколько слов о сглаживающем конденсаторе CIN. Это как раз тот случай, суть которого можно описать известным выражением «наши достоинства – продолжение наших недостатков». Эквивалентное последовательное сопротивление этого конденсатора позволяет увеличить сопротивление контура и, следовательно, коэффициент демпфирования β. Как это ни парадоксально звучит, но из практики известны случаи, когда использование отличных конденсаторов с малым ESR в шине постоянного тока приводило к явно выраженному колебательному переходному процессу при резком изменении нагрузки DC/DC-преобразователя. Мы не призываем использовать плохие электролитические конденсаторы, но это обстоятельство следует иметь в виду, особенно если используются ключи с малым сопротивлением RDS(ON).

Отдельно стоит рассмотреть выбор дросселя сглаживающего фильтра. Не стоит экономить на дросселях — следует выбирать дроссели, предназначенные для использования в сглаживающих фильтрах импульсных преобразователей. При возможности применяются дроссели с минимальным числом слоев обмотки, но в этом случае увеличиваются габариты устройства – увеличивается высота сердечника. Из известных производителей дросселей, присутствующих на отечественном рынке, упомянем Bourns, Coilcraft, TDK Epcos, Wurth.

При подключении дросселя начало его обмотки (помеченное точкой на корпусе) должно соединяться с узлом коммутации SW (рис. 11). В этом случае уменьшаются электромагнитные помехи, излучаемые дросселем. Для уменьшения этих помех также выбирается полуэкранированный или полностью экранированный дроссель. В обоих случаях уменьшается поле рассеяния и, следовательно, величина излучаемых помех. Однако следует учитывать, что в полуэкранированных дросселях уменьшается ток насыщения по сравнению с неэкранированными аналогами. Еще в большей мере этот эффект выражен в полностью экранированных дросселях, что также приводит к увеличению габарита дросселей.

Существует немало рекомендаций по выбору компонентов и топологии печатных плат с импульсными преобразователями. Многие из них сводятся к уменьшению площади силовых контуров. Не будем повторять их все, но приведем некоторые, наиболее важные на взгляд автора:

  • Все элементы силового каскада, составляющие «горячие» контуры (рис. 14), должны располагаться на верхней стороне печатной платы.
  • Байпасные конденсаторы следует располагать как можно ближе к соответствующим выводам питания; другая обкладка этих конденсаторов должна подключаться к «своей» земле до объединения земель.
  • Желательно экранировать бутстрепный конденсатор и узел коммутации SW медными проводниками.
  • Слой земли следует располагать как можно ближе к верхнему слою, на котором находятся все элементы силового каскада, составляющие «горячие» контуры.
  • Компоненты ЭМП-фильтра не следует устанавливать рядом с узлом коммутации SW. Если нет возможности разместить их на расстоянии хотя бы 7–10 мм, лучше расположить их на другой стороне печатной платы.
  • Паразитные емкости проводников, в т. ч. проводников возвратного тока, соединяющих компоненты ЭМП-фильтра должны быть минимальными, т. к. они могут изменить АЧХ фильтра.
  • Если крутизна фронтов при переключении силовых ключей составляет несколько наносекунд, начинают сказываться паразитные параметры корпуса DC/DC-преобразователя.

К настоящему времени разработаны и производятся специальные корпуса с меньшей паразитной индуктивностью. На рис. 15 показан переходный процесс при коммутации в стандартном корпусе QFN и в специально разработанном корпусе HotRod FCOL с пониженной паразитной индуктивностью. Как видно из рисунка, в корпусе HotRod FCOL переходный колебательный процесс практически отсутствует.

переходный процесс при коммутации в стандартном корпусе QFN  и в специально разработанном корпусе HotRod FCOL

Рис. 15.
а) переходный процесс при коммутации в стандартном корпусе QFN;
б) в специально разработанном корпусе HotRod FCOL

Схема многокаскадного ЭМП-фильтра показана на рис. 16. Дифференциальный фильтр состоит из двух каскадов. Первый, высокочастотный каскад, используется для подавления сигналов высокой частоты в районе 100 МГц. Вполне возможно, что не удастся подобрать требуемый дроссель для этого каскада. В таком случае в качестве индуктивности LFB можно использовать ферритовую бусину.

Схема многокаскадного ЭМП-фильтра

Рис. 16. Схема многокаскадного ЭМП-фильтра

Однако следует учитывать, что параметры ферритовой бусины нормируются лишь в определенном диапазоне частот, в котором она хорошо работает в качестве фильтра. Таким образом, требуется второй фильтр низкой частоты с дросселем LDM и электролитическим конденсатором CBULK. Эквивалентное последовательное сопротивление последнего достаточно велико, но в данном случае это достоинство, а не недостаток, т. к. ESR увеличивает коэффициент демпфирования β и предотвращает возникновение колебательных переходных процессов, т. е. повышает устойчивость системы.

Фильтр синфазного сигнала с дросселем LСM ослабляет синфазный сигнал, а его индуктивность рассеяния дополнительно ослабляет дифференциальный сигнал. Однако, к сожалению, его использование невозможно в системах, где по той или иной причине нельзя подключить корпус фильтра к земляной шине.

Еще один способ уменьшить электромагнитные помехи заключается в уменьшении крутизны фронта переключения силовых ключей. При увеличении длительности фронта импульса ни собственная частота колебательного звена, ни коэффициент демпфирования не меняются, но амплитуда колебательных переходных процессов уменьшается. Это обстоятельство используется и при мягком старте преобразователей. Уменьшение крутизны фронта — не самое лучшее решение, т. к. при этом возрастают потери на коммутацию, но иногда оно единственно возможное решение, позволяющее соблюсти требования стандартов ЭМС.

Для уменьшения крутизны фронта силового ключа верхнего плеча можно либо последовательно бутстрепному конденсатору включить небольшой, не более 10 Ом, резистор, либо ввести резистор в цепь затвора ключа. Последнее решение показано на рис. 17. В этом универсальном варианте драйвер затвора имеет тотемный выход; при этом сток и исток выходного каскада объединяются не внутри микросхемы, а подсоединены к внешним выводам, что позволяет использовать разные по величине резисторы в цепи затвора при закрытии и открытии ключа.

Введение резисторов в цепь затвора силового ключа

Рис. 17. Введение резисторов в цепь затвора силового ключа

Если схему с отдельными резисторами в цепи затвора реализовать невозможно, используется один резистор. Иногда его шунтируют диодом так, чтобы исключить этот резистор из цепи затвора при запирании ключа.

В статье были описаны синфазные и дифференциальные кондуктивные электромагнитные помехи, создаваемые AC/DC- и DC/DC-преобразователями, рассмотрено  влияние паразитных параметров на формирование электромагнитных помех. Были также показаны механизмы их формирования, позволяющие принять меры для снижения уровня помех на стадии проектирования. Все приведенные соображения и рекомендации распространяются только на устройства, установленные на печатные платы. В заключительной части статьи рассмаотрены методы, позволяющие уменьшить электромагнитные помехи.

Литература
  1.  ГОСТ 30805.22–2013 (CISPR 22:2006). Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование информационных технологий. Радиопомехи индустриальные. Нормы и методы измерений.
  2.  ГОСТ CISPR 32–2015. Электромагнитная совместимость оборудования мультимедиа. Требования к электромагнитной эмиссии.
  3.  ГОСТ IEC 60384–14–2015. Конденсаторы постоянной емкости для электронной аппаратуры. Часть 14. Групповые технические условия: Конденсаторы постоянной емкости для подавления радиопомех и подключения к питающей магистрали.
  4.  The Engineer’s Guide to EMI in DC­DC Converters (Part 4): Radiated Emissions.
  5.  Low Radiated EMI Layout Made SIMPLE with LM4360x and LM4600x.

кондуктивные помехи импульснывх преобразоватлей

Кондуктивные помехи на проводах питающей сети

Кондуктивные помехи можно разделить на две составляющие: дифференциальные и синфазные. Входной ток импульсного регулятора, имеющий форму близкую к треугольной, при идеально сбалансированных линиях питания порождает только дифференциальные помехи. Однако из-­за несимметричных линий питания и паразитных емкостей дифференциальные помехи могут проникнуть в земляной провод по паразитным емкостям и вызвать синфазные помехи.

Действие синфазных (CM) и дифференциальных помех (DM)

Рис. 1. Действие синфазных (CM) и дифференциальных помех (DM)

Схематично действие синфазных (CM) и дифференциальных помех (DM) показано на рис. 1. Происхождение дифференциальных помех разъяснять не требуется, а вот о синфазных помехах скажем несколько слов. Причиной их возникновения обычно служат паразитные емкости, через которые происходит утечка тока. Пример возникновения синфазных помех показан на рис. 2.

Механизм возникновения синфазных помех

Рис. 2. Механизм возникновения синфазных помех

Как видно из рис. 2, паразитные помехи создаются из-­за наличия меж­обмоточных паразитных емкостей и паразитных емкостей. Экранирующая обмотка между первичной и вторичной обмотками трансформатора позволяет существенно уменьшить межобмоточные паразитные емкости. Экранирующую обмотку необходимо подключить к фазе входного напряжения, а не к корпусу прибора. На рис. 2 можно также видеть и дифференциальные помехи – входной и выходной шум. Дифференциальные помехи передаются через трансформатор, как и полезный сигнал.

На рис. 3 показана в общем виде схема линии питания первичной стороны преобразователя с ЭМП-­фильтрами. В большинстве случаев гораздо удобнее использовать покупные ЭМП-­фильтры, благо их великое множество на отечественном рынке и подобрать требуемый для конкретного проекта не составит труда. При выборе фильтров следует обязательно уточнить, есть ли в них разрядное сопротивление. Чаще всего такое сопротивление отсутствует, и тогда необходимо ввести в схему дискретный резистор, иначе после отключения разъема от сети на выводах вилки может оставаться высокое напряжение.

Схема линии питания первичной стороны с ЭМП-­фильтрами

Рис. 3. Схема линии питания первичной стороны с ЭМП-­фильтрами

 

Особенности измерения кондуктивных помех

Для того чтобы выполнить требования стандартов электромагнитной совместимости (ЭМС) требуется приложить немало усилий. И хотя основные правила обеспечения ЭМС известны, при проведении сертификационных испытаний нередко можно столкнуться с неприятным сюрпризом, когда изделие не соответствует требованиям стандартов.

Основная проблема заключается в том, что заранее нельзя рассчитать или смоделировать уровень помех, а испытания на ЭМС макетных образцов и прототипов нецелесообразны, т. к. они конструктивно отличаются от готового изделия. Таким образом, единственный способ удостовериться в соответствии изделия требованиям стандартов заключается в предварительных испытаниях готового изделия.

Рассмотрим испытания на соответствие нормам по кондуктивным помехам в проводах питающей сети. Эти помехи измеряются в диапазонах частот 9 кГц…30 МГц или 150 кГц…30 МГц. Общая схема испытаний приведена на рис. 4. Устройство LISN (Line Impedance Stabilization Network) на рис. 4 представляет собой схему стабилизации полного сопротивления. Иногда вместо LISN встречается термин AMN (Artificial Mains Network) – эти два термина эквивалентны [1].

Общая схема измерений кондуктивных помех на проводах питающей сети

Рис. 4. Общая схема измерений кондуктивных помех на проводах питающей сети

Основная цель LISN/AMN заключается в том, чтобы исключить влияние на результаты измерения нестабильности полного сопротивления сети и помех с ее стороны. Однако следует иметь в виду, что если приходится работать с «грязной», зашумленной сетью, необходимо использовать сетевой ЭМП-­фильтр. При использовании LISN/AMN и ЭМП-­фильтра можно быть уверенным, что измеряются помехи, создаваемые испытуемым устройством, а не случайные помехи сети. Значение полного сопротивления LISN/AMN в зависимости от частоты указаны в [1]. Другие примеры сетей LISN/AMN см. в [2].

Предполагается, что кондуктивные помехи свыше 30 МГц значительно ослабляются из-­за поверхностного эффекта, а также за счет паразитных индуктивностей рассеяния проводов, и этими шумами можно пренебречь. Помехи свыше 30 МГц представляют собой радиопомехи и также нормируются стандартами. В статье рассматриваются испытания, в процессе которых измеряются только кондуктивные помехи. Упрощенная структурная схема измерения кондуктивных помех показана на рис. 5.

 Упрощенная структурная схема измерения кондуктивных помех на проводах питающей сети

Рис. 5. Упрощенная структурная схема измерения кондуктивных помех на проводах питающей сети

 

Практический пример измерения кондуктивных помех

Рассмотрим процесс измерения кондуктивных помех на примере DC/DC-­преобразователя. На рис. 6 показан типовой входной ток импульсного DC/DC-­регулятора с частотой следования импульсов 2 МГц. Входной ток с частотой следования импульсов импульсного регулятора схож с током, который протекает через накопительную индуктивность регулятора. Переменная составляющая входного тока величиной 260 мА в рассматриваемом примере определяет помехи в дифференциальном режиме. Ее необходимо минимизировать с помощью входного фильтра. Из-­за паразитных эффектов линий питания и компонентов входной цепи при нарастании и спаде входного тока возникают высокочастотные колебания в диапазоне 1 МГц.

Входной ток импульсного преобразователя

Рис. 6. Входной ток импульсного преобразователя

При протекании входного тока через эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) входного конденсатора и импедансы линий питания импульсного регулятора возникает падение напряжения. Это нежелательная переменная составляющая на входном конденсаторе импульсного регулятора. Во‑первых, из-­за нее возникает нагрев конденсатора, что сокращает срок его службы; во‑вторых, это пульсирующее напряжение порождает помехи.

Осциллограмма напряжения на конденсаторе показана на рис. 7 [3]. В этом примере используется электролитический конденсатор с неизвестным, но достаточно высоким ESR, в результате чего возникает нежелательная переменная составляющая с размахом около 2,8 В. Из-­за паразитных эффектов возникают также ВЧ-­колебания. В данном случае частота этих колебаний составляет 71 МГц.

Осциллограмма напряжения на входном конденсаторе

Рис. 7. Осциллограмма напряжения на входном конденсаторе

На рис. 8 показана LISN-­схема для цепи постоянного тока, соответствующая требованиям стандарта CISPR 25. Нормы и методы измерений CISPR 25, которые определяют защиту радиоприемных устройств, размещенных на подвижных средствах, могут применяться для тестирования ЭМС на этапе разработки импульсных DC/DC-­регуляторов. Назначение схемы стабилизации полного сопротивления (импеданса) линии состоит в устранении наводки от напряжения помех как чисто переменной величины VDiff. Оно измеряется с помощью внутреннего сопротивления 1 кОм. Собственный НЧ-­фильтр схемы стабилизации импеданса предотвращает возникновение помехи на другом электрическом оборудовании, подключенном к источнику питания. Источник напряжения VSupp соединен с входными выводами этой схемы. В случае использования импульсного регулятора на испытуемый образец тоже подается напряжение VDC/DC. На рис. 9 представлен результат измерения пикового значения напряжения помехи с помощью анализатора спектра.

Схема LISN для цепи постоянного тока

Рис. 8. Схема LISN для цепи постоянного тока

Результат измерения пикового значения напряжения помехи с помощью анализатора спектра при полной нагрузке

Рис. 9. Результат измерения пикового значения напряжения помехи с помощью анализатора спектра при полной нагрузке

Как и испытуемый образец, понижающий DC/DC­-преобразователь тестировался без входного фильтра на коммутационной частоте 2 МГц при входном напряжении 10 В и входном эффективном токе 0,7 А. Напряжение помехи определяется в разных частотных диапазонах в зависимости от метода стандартизации. В рассматриваемом случае измерение проводилось в соответствии с нормами CISPR 25 при начальной частоте 150 кГц и конечной 108 МГц. На осциллограмме хорошо видно колебание с частотой равной рабочей частоте преобразователя. Амплитуда гармонических составляющих падает по мере увеличения частоты в диапазоне сотен МГц. Максимальная амплитуда этого колебания составляет 128 дБмкВ. Уровень помехи VDiff, как правило, определяется с помощью следующего выражения:

Уровень помехи

После преобразования уравнения (1) получаем приблизительный результат измерения напряжения помехи VRipple с помощью формулы (2):

Уровень помехи

Таким образом, напряжение помехи VRipple равно 2,6 В, что примерно соответствует размаху напряжения ранее измеренного напряжения на входном конденсаторе (рис. 7). Очевидно, что для подавления этой помехи требуется входной фильтр.

Международный стандарт CISPR 24 Class 1 определяет предельную величину амплитуды 66 дБмкВ для узкополосной помехи на частоте 2,0 МГц. Однако предельные значения согласно CISPR 25 и другим стандартам неприменимы для измерений на этапе проектирования, поскольку измерение дифференциальной помехи не установлено нормами ЭМС. Их можно использовать для грубой оценки излучаемых помех в источниках питания. Максимальная амплитуда паразитного излучения, как правило, определяется в наихудшем случае. Таким образом, измерения характеристик импульсных регуляторов выполняются при полной нагрузке и минимальном входном напряжении. На рис. 10 представлен результат измерения того же испытуемого образца с током нагрузки всего 50 мА.

Результат измерения пикового значения напряжения помехи с помощью анализатора спектра при малой нагрузке

Рис. 10. Результат измерения пикового значения напряжения помехи с помощью анализатора спектра при малой нагрузке

Из рис. 10 можно определить амплитуду паразитных излучений при малой нагрузке в ВЧ­-диапазоне. В рассматриваемом случае максимальная амплитуда колебания составляет 112 дБмкВ, что всего на 16 дБ ниже, чем при полной нагрузке.

Заметим, что для измерения помех не годится стандартный анализатор спектра – он отражает неправильный результат. Стандартный анализатор спектра покажет пиковые значения, в то время как нормируются квазипиковые и средние значения. Следовательно, необходимо использовать либо специальный анализатор ЭМС, либо передавать данные в компьютер и с помощью ПО обрабатывать их.

Для приблизительной оценки можно удовольствоваться упрощенными схемами детекторов. На рис. 11 представлена базовая схема детектора средних значений. В нем усиленное напряжение сигнала промежуточной частоты VIF сначала выпрямляется диодом, который заряжает накопительный конденсатор CS до величины огибающей. Резистор RD используется при последующем разряде этого конденсатора. Затем напряжение огибающей сглаживается с помощью НЧ-­фильтра из RM и CM, после чего среднепиковое значение VM поступает на конденсатор CM. Такой режим отображения выбирается для того, чтобы определить модулированные несущие частоты, которые применяются в работе импульсных регуляторов.

Схема среднепикового детектора

Рис. 11. Схема среднепикового детектора

В случае применения квазипикового детектора, схожего со среднепиковым детектором, заряжается накопительный конденсатор CS. На рис. 12 показана базовая схема квазипикового детектора.

Напряжение сигнала промежуточной частоты сначала выпрямляется с помощью диода. Накопительный конденсатор CS заряжается при постоянной времени RLCS через нагрузочный резистор RL. Затем разряжается накопительный конденсатор CS с постоянной времени RDCS. Анализатор спектра (прибор М на рис. 9) отображает квазипиковые значения импульсов заряда и разряда накопительного конденсатора.

Схема квазипикового детектора

Рис. 12. Схема квазипикового детектора

 

Выводы

На представленных в этой статье примерах мы убедились в необходимости проведения испытаний импульсных преобразователей на ЭМС еще на этапе разработки. По полученным осциллограммам можно заранее оценить уровень электромагнитных помех на входе импульсного регулятора. Однако определяющими по-­прежнему остаются измерения напряжения помехи с помощью анализатора спектра и схемы стабилизации импеданса линии. Если на этапе проектирования импульсного регулятора уже учитывается наличие входного фильтра, его влияние можно проверить с помощью анализатора спектра. Применяя этот метод, разработчик получает возможность установить уровни нежелательных помех в импульсном регуляторе. Селективное использование фильтрующих элементов позволяет приложению успешно пройти финальный тест на электромагнитную совместимость.

Литература
  1. ГОСТ CISPR16–1­2–2016. Требования к аппаратуре для измерения радиопомех и помехоустойчивости и методы измерения. Часть 1–2. Аппаратура для измерения радиопомех и помехоустойчивости. Устройства связи для измерений кондуктивных помех
  2. Understanding LISNs Is Essential to EMI Pre­Compliance Testing
  3. Measurement of the interference voltage on DC/DC switching regulators

The virtual drink — LiveJournal

Первичная цепь схемы питания «Арктур-006» содержит все необходимое: предохранитель, выключатель, и даже пламегаситель. Но в условиях, когда совершенно нечем заняться, приходится придумывать новые технологии убивания времени. Один из вариантов – решение несуществующих задач.

Одним из дополнений схемы первичной цепи может служить сетевой фильтр. Анализ фирменных проигрывателей показал, что такой фильтр иногда ставят. Ниже приведено фото сетевого фильтра прекрасного современного проигрывателя Pioneer PLX-1000 (около 900$):

А вот фильтр замечательного проигрывателя Audio-Technica AT-LP1240 USB (около 600$), плата фильтра хоть и перевернута, но ее схема понятна:

В наши дни сетевые фильтры попадаются на глаза все чаще. Все видели синфазные дроссели на кольцах и П-образном феррите, а также большие прямоугольные конденсаторы ярко-желтого цвета, сплошь покрытые значками сертификации электробезопасности. Фильтр является обязательным фрагментом схемы импульсных источников питания (ИБП).

Но там фильтр выполняет противоположную задачу – не позволяет помехам, генерируемым ИБП, проникать в сеть. Проектируются эти фильтры таким образом, чтобы ИБП соответствовал нормам по паразитным излучениям. Только так можно пройти сертификацию. Подробное рассмотрение сетевых фильтров для ИБП приводится в книге Sanjaya Maniktala «Switching Power Supplies A–Z». Мне эта тема не очень интересна, так как импульсными источниками стараюсь не заниматься.

Вообще, фильтр является устройством двунаправленным, помехи со стороны сети он также способен подавлять. Какое подавление на каких частотах требуется от такого фильтра, вопрос сложный. В случае ИБП все проще – есть предельные допустимые уровни излучения, есть конкретный уровень помех, нужно второе уменьшить до уровня первого. А в моем случае неизвестно, каким считать уровень помех в сети. Есть статистические данные спектров помех бытовых приборов (заглавная картинка поста), но эти данные весьма приблизительные и сильно зависят от условий и качества сети. В то время, как фильтры ИБП прежде всего должны подавлять помехи на частоте преобразования и ее гармониках (а это десятки кГц), фильтр для аудио должен быть эффективен и в звуковом диапазоне частот. Весьма сомнительно, что такое реализуемо с использованием стандартных компонентов.

Сетевые фильтры выпускаются и в виде отдельных устройств и даже бывают встроенные в разъемы сетевого питания.

Для этих фильтров приводятся характеристики подавления помех в зависимости от частоты. Как правило, сколько-нибудь заметное подавление начинается с частот порядка 10 кГц и выше, а это верхний край звукового диапазона. В середине звукового диапазона подавление таких фильтров близко к нулю.

С другой стороны, есть масса аудиоустройств с обычными линейными БП, которые не имеют в своем составе никакого фильтра. И все эти устройства нормально работают. Это только среди аудиофилов слышна некоторая истерия по поводу сетевых фильтров, причем оценки влияния фильтра даются порой противоположные. Я же никакого влияния на звук от сетевого фильтра я не ожидаю. Вряд ли он сможет побороть, скажем, щелчки от включения холодильника или настольной галогенной лампы с трансформатором. К тому же, винил — это не тот источник, где сетевые помехи сильно заметны. У самого винила щелчков и шума намного больше, чем помех в сети. Поэтому можно просто подключить сетевой провод к трансформатору через предохранитель и выключатель, как было сделано раньше, и всё. Но с фильтром, вроде, хуже быть не должно. Раз так, фильтр можно сделать. Тем более что усилитель-корректор у меня будет встроенный, качество питания для него важно.

Как правило, сетевой фильтр предусматривает наличие трехпроводной сети: фаза, нейтраль и защитное заземление (PE). Помехи, с которыми борется сетевой фильтр, делятся на два вида – синфазные и дифференциальные. Синфазные – это когда оба провода сети синхронно меняют потенциал относительно земли (PE). Дифференциальные – это когда меняется потенциал сетевых проводов друг относительно друга. Чтобы добиться фильтрации как синфазной, так и дифференциальной помехи, нужно в каждый из сетевых проводов включить по дросселю, а на выходе установить конденсаторы двух типов – синфазные и дифференциальные. Дифференциальные конденсаторы типично имеют номинал порядка 0.1 мкФ и принадлежат к классу X (Across the Line). При сетевом напряжении 220 В по такому конденсатору будет протекать реактивный ток амплитудой примерно 10 мА. Синфазные конденсаторы принадлежат к классу Y и имеют значительно меньшую емкость (порядка 1…3 нФ). Это связано с ограничениями на величину тока через цепь защитного заземления.

Ниже показано, как схема фильтра трансформируется при рассмотрении отдельно подавления дифференциальной помехи:

И отдельно для синфазной помехи:

Видно, что частота среза для синфазных помех будет намного выше из-за малой допустимой емкости синфазных конденсаторов. К счастью, есть возможность значительно увеличить индуктивность для этой помехи. Для дросселей фильтра должно соблюдаться условие – их сердечник не должен входить в насыщение. Иначе индуктивность резко упадет вместе с фильтрующими способностями. Через дроссели протекает полный ток питания устройства, что не позволяет получить высокую индуктивность при малых габаритах. Но можно изготовить специальный дроссель с двумя одинаковыми обмотками, которые имеют хорошую магнитную связь. Тогда при противоположном направлении рабочего тока в обмотках магнитный поток будет компенсироваться, результирующая индуктивность будет близка к нулю. Но для синфазной помехи направление тока в обмотках будет одинаковым, они будут продолжать работать. Благодаря тому, что подмагничивание сердечника рабочим током теперь отсутствует, в тех же габаритах можно получить намного большую индуктивность. Но для фильтрации дифференциальных помех такой дроссель бесполезен, поэтому в схеме фильтра требуется дополнительный дифференциальный дроссель. Который часто и ставят. Но существуют совмещенные дифференциально-синфазные дроссели. Они также имеют две одинаковых обмотки, но конструктивно сделаны так, что обмотки имеют не полную связь. В результате появляется индуктивность рассеяния, которая эквивалентна последовательному включению дополнительного несвязанного дросселя.

Как правило, такие дроссели выполнены на П-образном ферритовом сердечнике и имеют несвязанную индуктивность порядка 1…2% от полной. Численно полная индуктивность каждой обмотки может составлять порядка 20…50 мГн, а несвязанная индуктивность – порядка 0.2…1 мГн. Это достаточно много, в большинстве случаев установка дополнительного дифференциального дросселя не требуется.

Показанный на фото дроссель Murata PLY10AN9920R6R2 имеет индуктивность обмоток около 20 мГн. Но если посмотреть datasheet, то там будет указана индуктивность для синфазной помехи 9.9 мГн. Как было показано на схеме выше, для синфазной помехи обмотки дросселя оказываются включенными параллельно, в результате общая индуктивность уменьшается в 2 раза.

При рассмотрении отдельно подавления дифференциальной помехи схема с таким дросселем трансформируется следующим образом:

При рассмотрении отдельно подавления синфазной помехи будет так:

Поскольку Lc намного больше Ld, частота среза для синфазной и дифференциальной помехи у такого фильтра оказывается примерно одинаковой.

Для модели можно как явно указать отдельные несвязанные индуктивности, так и рассчитать и задать коэффициент связи (k = 1 – Ls/L). Результат будет один и тот же.

Чтобы промоделировать фильтр, надо выбрать реальные компоненты и внести их параметры в модель. Под рукой имеются разные дроссели, заимствованные из старых плат ИБП. Поскольку стоит задача получить хорошее подавление помех на как можно более низких частотах, надо выбрать дроссели с самой высокой индуктивностью.

На первый взгляд, должны быть лучше самые крупные дроссели. Но замеры показали, что у них весьма скромная индуктивность, вся разница только в допустимом токе. Но здесь это роли не играет, так как устройство маломощное. Дроссели на кольцах сразу отпали, число витков там маленькое, индуктивность тоже маленькая. К тому же, это чисто синфазные дроссели, индуктивность рассеяния у них очень низкая, дифференциальной индуктивности почти нет. Самая высокая индуктивность (70 мГн) оказалась у двух маленьких черных дросселей фирмы Matsushita, которые на фото стоят рядом. С ними и решил фильтр промоделировать.

В результате моделирования получил не очень красивые результаты. Подавление фильтр обеспечивает только выше своей резонансной частоты, т.е. выше 10 кГц. В звуковом диапазоне подавления нет. Но самое неприятное, на резонансной частоте наблюдается многократное увеличение амплитуды помехи. При попытке увеличить эффективность фильтра на низких частотах, резонансная частота сдвигается вниз и попадет как раз в середину звукового диапазона. Возникает вопрос по правильному выбору параметров фильтра именно для аудио.

На графиках показано выходное напряжение фильтра (зеленый график) при воздействии на вход дифференциальной помехи амплитудой 1 В. Нижний график – то же самое, но только в логарифмическом масштабе по оси Y.

Фраза «с фильтром хуже не будет» оказалась под сомнением.

Резонансные явления в фильтре могут стать причиной появления значительных перенапряжений. Специальные фильтрующие конденсаторы класса X на это рассчитаны, но такое же требование будет и для дросселей. Конструктивно довольно трудно сделать для дросселя повышенное пробивное напряжение, поэтому параллельно обмоткам синфазного дросселя на печатной плате обычно добавляют разрядники. Информации по проектированию таких разрядников (Spark Gap) мало, что-то есть в документе ICE3BS02 от Infineon, что-то есть в патентах US 2012/0044599 A1 и US 8345400 B2. Вот фото той же платы ИБП, которая приводилась выше, но с обратной стороны, хорошо видны разрядники:

Для борьбы с резонансными явлениями в сетевых фильтрах применяется демпфирование. Подробно этот вопрос рассматривается в книге «Fundamentals of Power Electronics», Chapter 10: Input Filter Design, 10.3.2 Damping the input filter. Можно применить параллельное демпфирование резонанса с помощью RC-цепочки, или последовательное с помощью RL-цепочки. Второй вариант затруднительно реализовать на практике, используя стандартные компоненты. Поэтому выбираю параллельное RC-демпфирование. В статье «Input Filter Design for Switching Power Supplies» (SNVA538) есть упрощенный расчет номиналов демпферной цепочки для оптимального демпфирования. Он дает Cd = 4Cf, Rd = sqrt(Lf/Cf). При моделировании попробовал различные комбинации номиналов. Мне больше понравился результат с цепочкой 470 нФ + 100 Ом (на схеме выше эта цепочка нанесена, с ней получены красные графики, а зеленые получены без нее). Довольно громоздко, конечно, но в данном случае место есть.

Предыдущая модель не совсем корректна в плане моделирования питающей сети. Недостаточно взять идеальный источник напряжения 220 В 50 Гц. Реальная сеть обладает неким внутренним сопротивлением, в результате под нагрузкой напряжение немного «проседает». Это можно сымитировать, добавив последовательное сопротивление Ri несколько десятых Ома. Но при моделировании фильтра не так интересен импеданс сети на частоте 50 Гц. Более интересно, как сеть ведет себя на высоких частотах, где измеряется подавление фильтра. Очевидно, что импеданс будет выше, так как подводящие провода обладают значительной индуктивностью. Но конкретное значение сказать трудно, конфигурация подводящей сети может быть самая разная. Чтобы можно было сопоставлять результаты измерений сетевых фильтров, была стандартизирована цепочка под названием LISN (Line Impedance Stabilization Network). Эта цепочка производится в железе в виде измерительного прибора немалых габаритов. Но можно ее использовать и как модель. Для моделирования фильтра с трехпроводной сетью цепочку LISN нужно сделать симметричной.

Цепи LISN на высоких частотах образуют импеданс около 50 Ом, что значительно больше Ri. К слову, эта модель сети наглядно показывает, что в первичной цепи не может быть никаких коротких мощных импульсов тока, про которые ходят страшилки. Импеданс сети для таких импульсов слишком большой.

Использование LISN дает некие среднестатистические результаты, довольно хорошо согласующиеся с реальностью. С этой цепочкой резонансный пик фильтра значительно меньше (графики с линейным и логарифмическим масштабом по оси Y).

Применение снаббера картину улучшает (красный график), ход АЧХ с ним получается более ровный. Хотя в практических реализациях фильтра снабберных цепочек не видел не разу. Встречал только на картинках внутренних схем фильтров, встроенных в разъем, да и то лишь для старших семейств. Подобные цепочки упоминаются в статье В. Ланцов, С. Эраносян «Электромагнитная совместимость импульсных источников питания: проблемы и пути решения. Часть 2», журнал «Силовая электроника», №1, 2007.

Конечно, радикальной разницы со снаббером и без него не видно. Но не всегда в качестве источника электропитания используется обычная сеть. Могут быть ситуации, когда импеданс источника даже на высоких частотах окажется малым. Тогда демпфирование фильтра просто необходимо. Да и при работе от сети оно не помешает, насколько точно параметры реальной сети соответствуют модели LISN, неизвестно. С этой точки зрения оправданы и варисторы, которые включают как на входе, так и на выходе фильтра.

Для синфазной помехи тоже наблюдаются резонансные явления в фильтре. На графиках (красный график) показано выходное напряжение фильтра при воздействии на вход синфазной помехи амплитудой 1 В (для линейного и логарифмического масштаба по оси Y). Схема фильтра соответствует приведенной выше, только в нее добавлены два синфазных конденсатора по 3.3 нФ с каждого из выходов фильтра на землю.

Резонансный пик может быть подавлен демпферной цепочкой. Достаточно взять еще один Y-конденсатор, включить с ним последовательно резистор 10 кОм и подключить эту цепочку параллельно одному из синфазных конденсаторов (синий график).

По поводу синфазных помех нужно сделать отступление. До этого рассматривался фильтр, подключенный к трехпроводной сети, которая имеет защитное заземление (PE). Именно к этому заземлению подключаются конденсаторы фильтра синфазной помехи. Но в обычных жилых домах сеть двухпроводная, подключать общий провод фильтра некуда. Да и аудиоаппаратура в большинстве своем имеет двухконтактную сетевую вилку. Но даже если заземление в вилке предусмотрено, в аппаратах обычно имеется переключатель «Ground Lift», с помощью которого можно отключить землю сетевой вилки от общего провода аппарата. Заземлять аудиоаппаратуру чаще всего недопустимо. Образуются земляные петли большой площади, наведенная на этих петлях ЭДС прикладывается к входу. В результате появляется фон сетевой частоты, а в выходном спектре просматривается целый лес ее гармоник. Поэтому даже если в розетке есть контакт PE, он должен подключаться только к синфазным конденсаторам сетевого фильтра, но с корпусом устройства соединяться не должен. И вообще, мне кажется весьма сомнительным, что на проводе PE не наведется та же синфазная помеха, что и на проходящих рядом двух других сетевых проводах. В любом случае, у меня в квартире PE нет, обсуждать его бессмысленно.

Что же делать с синфазными конденсаторами, когда нет PE? Иногда их устанавливают и подключают к корпусу устройства. Недавно столкнулся с таким решением в усилителе Technics SU-V505. С каждого провода сети на корпус там включен конденсатор 2.2 нФ. Аппарат имеет двухконтактную вилку, никакого заземления корпуса не предусмотрено. В результате на корпусе появляется потенциал, в некоторых условиях корпус даже немного бьется током. Это наихудшее решение из возможных.

Лучше не ставить синфазные конденсаторы вообще, как и сделано в большинстве аудиоаппаратуры. Тогда связь сети с корпусом устройства будет только через малые паразитные емкости. Сам корпус тоже имеет какую-то паразитную емкость на землю, а может быть даже заземлен явно через один из источников сигнала (например, телевизор, который обычно заземлен через оплетку антенного кабеля). Но такое заземление не будет вредить аудиосигналу, так как петель не образует. К тому же, ток в земляном проводнике при малой синфазной емкости будет незначительным. Паразитные емкости обеспечат некоторое подавление синфазной помехи (зеленый график выше), хоть и несколько хуже. Но это лучше, чем ничего. И намного лучше, чем потенциал на корпусе.

Сам сетевой трансформатор и блок питания в целом тоже обладают фильтрующими свойствами. Например, дифференциальная помеха хорошо ослабляется конденсаторами фильтра выпрямителя. Синфазная помеха тоже ослабляется, так как паразитные емкости трансформатора образуют делитель. А можно еще принять специальные меры, такие как экранирующая обмотка. На графиках ниже показано подавление на выходе фильтра (зеленый график) и на выходе БП (красный график) для дифференциальной (верхние графики) и синфазной (нижние графики) помехи. Коэффициент трансформации здесь учтен, значения для красных графиков на него умножены.

Надо сказать, что последние результаты являются недостоверными, так как здесь в основном работают паразитные параметры, которые точно промоделировать трудно. Но качественно картина примерно такая.

При наличии сетевого фильтра возникает еще один вопрос. Сам фильтр должен стоять поближе к вводу электричества в аппарат. Но тут возникает вопрос с сетевым выключателем. Часто он расположен далеко от разъема сетевого провода. В данном случае так и есть, выключатель расположен на передней панели. Интуитивно хочется расположить выключатель в схеме поближе к сети (но после предохранителя, конечно), чтобы он обесточивал всю схему. Но тогда выключатель оказывается перед фильтром, провода выключателя будут излучать помехи внутри устройства, нужна их экранировка. Если выключатель поставить после фильтра, тогда компоненты фильтра будут все время под сетевым напряжением, что немного тревожит. Есть еще вариант – разместить выклю

синфазная помеха — с русского на все языки

Все языкиАбхазскийАдыгейскийАфрикаансАйнский языкАканАлтайскийАрагонскийАрабскийАстурийскийАймараАзербайджанскийБашкирскийБагобоБелорусскийБолгарскийТибетскийБурятскийКаталанскийЧеченскийШорскийЧерокиШайенскогоКриЧешскийКрымскотатарскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧувашскийВаллийскийДатскийНемецкийДолганскийГреческийАнглийскийЭсперантоИспанскийЭстонскийБаскскийЭвенкийскийПерсидскийФинскийФарерскийФранцузскийИрландскийГэльскийГуараниКлингонскийЭльзасскийИвритХиндиХорватскийВерхнелужицкийГаитянскийВенгерскийАрмянскийИндонезийскийИнупиакИнгушскийИсландскийИтальянскийЯпонскийГрузинскийКарачаевскийЧеркесскийКазахскийКхмерскийКорейскийКумыкскийКурдскийКомиКиргизскийЛатинскийЛюксембургскийСефардскийЛингалаЛитовскийЛатышскийМаньчжурскийМикенскийМокшанскийМаориМарийскийМакедонскийКомиМонгольскийМалайскийМайяЭрзянскийНидерландскийНорвежскийНауатльОрокскийНогайскийОсетинскийОсманскийПенджабскийПалиПольскийПапьяментоДревнерусский языкПортугальскийКечуаКвеньяРумынский, МолдавскийАрумынскийРусскийСанскритСеверносаамскийЯкутскийСловацкийСловенскийАлбанскийСербскийШведскийСуахилиШумерскийСилезскийТофаларскийТаджикскийТайскийТуркменскийТагальскийТурецкийТатарскийТувинскийТвиУдмурдскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийУзбекскийВьетнамскийВепсскийВарайскийЮпийскийИдишЙорубаКитайский

 

Все языкиАнглийскийТатарскийКазахскийУкраинскийВенгерскийТаджикскийНемецкийИвритНорвежскийКитайскийФранцузскийИтальянскийПортугальскийТурецкийПольскийАрабскийДатскийИспанскийЛатинскийГреческийСловенскийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский

синфазная помеха — со всех языков на русский

Все языкиАбхазскийАдыгейскийАфрикаансАйнский языкАканАлтайскийАрагонскийАрабскийАстурийскийАймараАзербайджанскийБашкирскийБагобоБелорусскийБолгарскийТибетскийБурятскийКаталанскийЧеченскийШорскийЧерокиШайенскогоКриЧешскийКрымскотатарскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧувашскийВаллийскийДатскийНемецкийДолганскийГреческийАнглийскийЭсперантоИспанскийЭстонскийБаскскийЭвенкийскийПерсидскийФинскийФарерскийФранцузскийИрландскийГэльскийГуараниКлингонскийЭльзасскийИвритХиндиХорватскийВерхнелужицкийГаитянскийВенгерскийАрмянскийИндонезийскийИнупиакИнгушскийИсландскийИтальянскийЯпонскийГрузинскийКарачаевскийЧеркесскийКазахскийКхмерскийКорейскийКумыкскийКурдскийКомиКиргизскийЛатинскийЛюксембургскийСефардскийЛингалаЛитовскийЛатышскийМаньчжурскийМикенскийМокшанскийМаориМарийскийМакедонскийКомиМонгольскийМалайскийМайяЭрзянскийНидерландскийНорвежскийНауатльОрокскийНогайскийОсетинскийОсманскийПенджабскийПалиПольскийПапьяментоДревнерусский языкПортугальскийКечуаКвеньяРумынский, МолдавскийАрумынскийРусскийСанскритСеверносаамскийЯкутскийСловацкийСловенскийАлбанскийСербскийШведскийСуахилиШумерскийСилезскийТофаларскийТаджикскийТайскийТуркменскийТагальскийТурецкийТатарскийТувинскийТвиУдмурдскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийУзбекскийВьетнамскийВепсскийВарайскийЮпийскийИдишЙорубаКитайский

 

Все языкиАбхазскийАдыгейскийАфрикаансАйнский языкАлтайскийАрабскийАварскийАймараАзербайджанскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийКаталанскийЧеченскийЧаморроШорскийЧерокиЧешскийКрымскотатарскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧувашскийДатскийНемецкийГреческийАнглийскийЭсперантоИспанскийЭстонскийБаскскийЭвенкийскийПерсидскийФинскийФарерскийФранцузскийИрландскийГалисийскийКлингонскийЭльзасскийИвритХиндиХорватскийГаитянскийВенгерскийАрмянскийИндонезийскийИнгушскийИсландскийИтальянскийИжорскийЯпонскийЛожбанГрузинскийКарачаевскийКазахскийКхмерскийКорейскийКумыкскийКурдскийЛатинскийЛингалаЛитовскийЛатышскийМокшанскийМаориМарийскийМакедонскийМонгольскийМалайскийМальтийскийМайяЭрзянскийНидерландскийНорвежскийОсетинскийПенджабскийПалиПольскийПапьяментоДревнерусский языкПуштуПортугальскийКечуаКвеньяРумынский, МолдавскийРусскийЯкутскийСловацкийСловенскийАлбанскийСербскийШведскийСуахилиТамильскийТаджикскийТайскийТуркменскийТагальскийТурецкийТатарскийУдмурдскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийУзбекскийВодскийВьетнамскийВепсскийИдишЙорубаКитайский

Синфазный сигнал — Википедия опубликована // WIKI 2

Синфазный сигнал является компонентом аналогового сигнала, который присутствует с одним знаком на всех рассматриваемых проводниках. В телекоммуникации синфазный сигнал на линии передачи известен как продольного напряжения .

В электронике, где сигнал передается дифференциальным напряжением, синфазный сигнал представляет собой полусумму напряжений

U см знак равно U 1 + U 2 2 {\ displaystyle U _ {\ text {cm}} = {\ frac {U_ {1} + U_ {2}} {2}}}

При ссылке на местное общее или заземление синфазный сигнал появляется в обеих линиях двухпроводного кабеля, синфазного и с равными амплитудами.Технически, синфазное напряжение составляет половину векторной суммы напряжений от каждого проводника симметричной цепи к местному заземлению или общему. Такие сигналы могут возникать из одного или нескольких следующих источников:

  • Излученные сигналы, одинаково связанные с обеими линиями,
  • Смещение от общего сигнала, созданного в схеме драйвера, или
  • Разница между точками передачи и приема.

Шум, наведенный на кабель или передаваемый с кабеля, обычно возникает в обычном режиме; я.е. один и тот же сигнал имеет тенденцию восприниматься обоими проводниками в двухпроводном кабеле. Аналогично, РЧ-шум, передаваемый от кабеля, имеет тенденцию исходить от обоих проводников. Устранение синфазных сигналов на кабелях, входящих или выходящих из электронного оборудования, важно для обеспечения электромагнитной совместимости. Если намерение не состоит в том, чтобы передавать или принимать радиосигналы, электронный конструктор, как правило, разрабатывает электронные схемы для минимизации или устранения синфазных эффектов.

Энциклопедия YouTube

  • 1/3

    Просмотров:

    55 101

    62 229

    169 055

  • ✪ # 100 Balun ЧАСТЬ 1: Широковещательные помехи, синфазный ток и магия Балуна

  • ✪ Лекция 7 — Улучшение покрытия и емкости системы

  • ✪ Что такое волоконная оптика? — FO4SALE.COM

Методы устранения синфазных сигналов

  • Дифференциальные усилители или приемники, которые реагируют только на перепады напряжения, , например, между проводами, которые составляют пару. Этот метод особенно подходит для приборов, где сигналы передаются через смещение постоянного тока.
  • Индуктор, в котором пара сигнальных проводов проходит по тому же пути через индуктор. Например. в конфигурации с бифилярной обмоткой, такой как используется в магнетиках Ethernet. [1] Полезно для сигналов переменного и постоянного тока, но будет фильтровать только высокочастотные синфазные сигналы.
  • Трансформатор, который полезен только для сигналов переменного тока и будет фильтровать любые синфазные помехи, но может использоваться в сочетании с бифилярной обмоткой для устранения емкостной связи высокочастотных синфазных сигналов через трансформатор. Используется в витой паре Ethernet. [2]

Синфазная фильтрация также может использоваться для предотвращения выхода шума в целях электромагнитной совместимости.

Высокочастотные синфазные сигналы, например, РЧ-шум от вычислительной схемы, могут быть заблокированы с помощью ферритового шарика, закрепленного на внешней стороне кабеля. Они часто наблюдаются на блоках питания портативного компьютера около гнезда, а также на кабелях USB мыши и принтера хорошего качества и кабелях HDMI. [3]

Импульсные источники питания включают в себя катушки индуктивности общего и дифференциального режимов, чтобы блокировать шум переключающего сигнала, возвращающийся в сетевую проводку. [4]

Коэффициент подавления синфазного сигнала — это показатель того, насколько хорошо схема устраняет синфазные помехи.

Рекомендации

{\displaystyle U_{\text{cm}}={\frac {U_{1}+U_{2}}{2}}} Эта статья включает материалы общественного достояния из документа Администрации общего обслуживания: «Федеральный стандарт 1037C».

{\displaystyle U_{\text{cm}}={\frac {U_{1}+U_{2}}{2}}} Последний раз эта страница редактировалась 5 мая 2020 года, в 09:25 ,

Ток синфазного сигнала

Синфазный ток

Верхняя страница

RFI в Шаке

общий Режим Noise

Проблемы с очисткой и полное сопротивление

перейти к Common_Mode_Choke

см. Балун Тестирование

Перейти вниз по этой странице диполь модели

На этой странице описаны синфазные токи. Токи, протекающие без равных близко расположенных возвратных токов называются синфазными токами .Синфазные токи вызывают проводники, чтобы соединиться друг с другом. Синфазные токи обычно отстают желаемый EM излучение и прием. Нежелательные синфазные токи также могут протекать через чувствительные оборудование, вызывающее радиочастотные помехи или связывающее нежелательный шум в системе от шума источник.

Мы должны быть реалистами в отношении целей. Там было тревожная тенденция указывать нереально полное сопротивление для синфазного дросселя.

В симметричных линиях синфазный ток протекает по обоим проводникам.В сбалансированном Линии, несбалансированные уровни тока , , доказывают, , общий режим. Сбалансированные токи не подтверждают система свободна общий режим. Токи могут быть равным в обоих проводниках даже при 100% синфазном режиме!

В коаксиальных кабелях с защищает более чем на несколько глубин кожи, синфазный режим распространяется исключительно на внешний слой щита. Нельзя форсировать синфазные токи к внутренней части щитов более чем на несколько глубин кожи.коаксиальные линии и экранированные провода

См. Текущий баланс

обыкновенный токи мод вызывают связь между проводниками, а также электромагнитное излучение (передача или прием). Синфазные токи приносят РЧ непосредственно в рабочее положение проводки, способствующее проблемам с помехами оборудования. Аналогично, если РЧ подключается, он также подключается к антенне. Это может увеличить шум и помехи для желаемых сигналов при приеме. Внутри ветчины лачуга или вдоль линии питания антенны, синфазные токи ответственны за нежелательное проникновение шума, радиочастотные помехи, радиочастотные ожоги, и множество других болезней.Синфазные токи эффективно приносят излучающие часть антенной системы вниз вдоль линии питания или металлическая антенна несущая конструкция. Синфазные токи могут простираться вплоть до стола и оборудование станции, и даже через соединения линии электропередачи. Проблемы текут в обе стороны.

Синфазные токи также выполняют полезную функцию. В любой антенне синфазные токи в антенне элемент (ы) отвечают за излучение. С этой точки зрения мы не может иметь радиосвязь без общего режима.Каждая антенна где-то имеет синфазный ток, иначе она не излучала бы.

Там должна быть достаточная изоляция между «хорошим» режимом системы и нежелательный общий режим, чтобы сделать нежелательные эффекты незаметными . Ключевое слово незаметно, так как ноль или универсальная произвольная спецификация нереально. Как правило, мы не хотим, чтобы фидеры заметно действовали антенны, и мы, конечно, не хотим электрических помех в проводка дома или окрестности для проникновения антенны.Лучше всего сохранить значительные или проблемные уровни синфазного тока от наших антенных систем вне чувствительное оборудование, и уменьшить шум и нежелательные сигналы, возвращающиеся к антенна, где они могут перекрывать нужные сигналы. Вещи, кажется, получили без всякой причины, когда проводимые сигналы опускаются ниже неизбежной пространственной связи, дальнейшее подавление бессмысленно. Рабочие системы также имеют пределы сопротивления намного ниже пределов испытательного стенда.

Правильное лечение по линии подачи также предлагает улучшена защита от повреждений при освещении.Синфазные токи обычно лучше всего решать в источнике или как можно ближе к источник как практичный без ущерба для эффективности.

Самое главное, лекарства как правило, не являются универсальным решением. Самое эффективное лечение и работа требуется зависит на конкретную установку. Чтобы понять, как подавитель синфазного режима или дроссель работает и импеданс необходим, мы должны понять баланс. Кроме того, мы должны иметь разумное понимание анализа цепи и пределы импеданса сосредоточенных компонентов на радиочастотах, а некоторые Идея, как вещи соединяются на расстоянии.Я сделаю все возможное, чтобы описать эти ограничения не будучи сложным. Я могу проектировать вещи, которые испытывают очень высоко импедансы на испытательном стенде, но они не могут иметь практического применения при подключении к длинные случайные кабели.

Сбалансированный и Несбалансированные системы

Чаще всего баланс описывается только током в каждом проводник линии электропередачи. Это совершенно неадекватно и может ввести в заблуждение или запутать нас. Мы не можем знать баланс, не зная напряжения, тока и фаза.

Идеально сбалансированные линии и совершенно несбалансированные все линии имеют равные и противоположные токи, входящие и выходящие из проводников на каждом конце, как могут линии, которые находятся вне баланса.Все исправно работает двухпроводные линии передачи, коаксиальные или параллельные провода, несут равные и точно противоположные фазные токи в двух проводниках. Неизлучающий коаксиальный прямые и параллельные линии (двойная отводка или лестничная линия) имеют одинаковые противоположные текущие токи, входящие или выходящие из каждого проводника на любом данном конце линия передачи. (См. Коаксиальный строк по этой ссылке)

Единственное, что определяет пол баланса электрическое поле в пространство, окружающее линию, или напряжение проводника в «земля» или пространство вокруг линии.

Мы можем установить эти правила для правильной работы линии электропередачи:

  1. Коаксиальные и сбалансированные линии имеют равные и противоположные токи в каждый проводник

  2. идеально несбалансированные линии имеют нулевой электрический поле (напряжение) вне линии, окаймляющей пространство, другие объекты или «землю»

  3. идеально сбалансированные линии имеют равные и противоположные электрические поля окаймляют пространство вокруг линии или связь с «землей».Эти поля, для всех практических целей, исчезают из нескольких проводников от линии электропередачи

сбалансированных линий и сбалансированных антенн

Диполи и дублеты — это изначально сбалансированные антенны. Относительно симметричная установка антенны будет иметь очень мало общего режима, введенного антенна, даже если антенна не идеальна. Проблемы могут быть созданы расположение антенны или фидерной линии, но это обычно требует довольно значительного ошибка конструкции или компоновки.Большинство проблем с балансом при использовании сбалансированных кормушек на диполях или дублетах, генерируются на тюнере или балуне. Несимметричные антенны, такие как антенны с центральным питанием или антенны с оконечным питанием, создать серьезные проблемы общего режима. Чем дальше смещено устройство подачи от центра, тем хуже проблема общего режима. Это означает, что дублеты с центральным питанием наименее проблематичны, антенны между центрами питания и Антенны с конечным питанием представляют собой наихудшие возможные проблемы синфазного режима. Как вопрос Фактически, антенны с конечной подачей — это 100% обычный режим в точке подачи!

коаксиальных линий

Коаксиальные линии, питающие менее совершенно несбалансированных нагрузок подлежат общему режиму.Коаксиальные синфазные токи из-за электрического законы (посмотрите закон Ленца и описания эффекта кожи) появляются на внешней стороне щита слой. Все внутри кабеля должно быть дифференциальным режимом!

Существует два способа значительно сократить или устранить общий режим. Как один решение, как правило, лучше всего на ВЧ, мы можем установить хороший текущий балун или синфазный дроссель в правильном положении вдоль фидер. На ОВЧ или даже на верхнем ВЧ в однополосной или нечетной гармонической операции, с линия подачи отстоит от других вещей, мы можем просто заземлить экран линии подачи около 1 / 4λ (или 3 / 4λ) от плавающей сбалансированной точки.

Пределы сопротивления

Радиочастотные системы

имеют практические пределы сопротивления. Пределы сопротивления зависит от рабочей частоты и физического размера системы. это ограничивает наш выбор дроссельной или балунной конструкции. Это также ограничивает нашу цель импедансы.

Несмотря на то, что мы можем иметь достаточно высокие импедансы в небольших радиочастотных системах, экранируя экстремальные Сопротивление испытательного стенда в более крупных линиях передачи или антенных системах является бесполезно заниматься спортом. Позвольте мне сделать все возможное, чтобы привести пример.

Давайте рассмотрим подвесной коаксиальный кабель диаметром полтора дюйма длиной быть вертикально с большого листа. Сопротивление такого проводника при 10 МГц в где-то в диапазоне -j 5000 Ом. По логике вещей, в реальном мире система с кабели, входящие и выходящие из дросселя или балуна, у нас не может быть полезной серии сопротивление где-то рядом с этим значением. Это было бы особенно верно, если кабель были рядом с другими вещами или дольше. Эта проблема также становится хуже с увеличение частоты, а также с увеличением физического размера.

Мы можем указать требования, которые хорошо выглядят в модели или на бумаге, но неработоспособны или бессмысленны в реальных системах.

Проблемы с уборкой

Сначала проектирование антенны, расположение и проводка. Подавление последнее!

Некоторые сайты заявляют, что сопротивление изоляции или дросселирование составляет несколько тысяч Ом или больше требуется для изолировать или устранить синфазные токи. Системы, требующие тысячи Ом для смягчить общие проблемы, как правило, имеют серьезные проблемы с проектированием, заземлением, оборудованием или компоновкой.

В общем, правильно построенная планировка и правильная Антенна с хорошими связями и кабелями не выиграет от подавления внутри здания. Даже сильно скомпрометированный макет, например, с антенна, близкая к чувствительным к РЧ устройствам и / или оборудованию по длине волны, должна не быть чувствительным к RFI, когда хорошая базовая компоновка и принципы проводки последовало. Есть побочная выгода хорошая проводка станции и правильное расположение линий электропередачи. Те же самые вещи, которые уменьшают проблемы синфазного сигнала системы RF, уменьшают повреждение освещения восприимчивость.Это связано с тем, что большинство повреждений освещения вызвано синфазным током, что делает молниезащита и защита от радиопомех идут рука об руку.

Однажды станция или оборудование установлены правильно, даже относительно небольшое количество дополнительный синфазный импеданс предложит значительное снижение общего Режим. Для правильной системы потребуется не более нескольких десятков или сотен Ом. дополнительная изоляция. Плохое расположение не может быть улучшено с почти бесконечным изолирующее сопротивление. Одно можно сказать наверняка, если системе нужно больше, чем несколько сотен Ом подавления CM система имеет основную компоновку или проводку проблема.Лучше всего исправить эту проблему перед добавлением удушение и беспокойство о получении сопротивления дросселя невозможно достичь и поддерживать в реальной системе бессмысленно.

Поместите импедансы в перспективе. На 40 метрах 9 пФ паразитной емкости составляет 2500 Ом. Мы действительно честно думаем, что несколько футов провода будут иметь меньше чем 25-100 пФ связи паразитной емкости с другими вещами? Любой человек может сделать изолятор или дроссель, чтобы получить очень большое количество в незагроможденном, контролируемая установка испытательного стенда.Но в реальном мире у нас есть кабели и провода значительная длина, лежащая внутри и вокруг нашего настольного оборудования, и это меняет вещей совсем немного. Реальный мир отличается от нулевой длины отведения настройка испытательного стенда Дроссели или сопротивления изоляции в тысячах Ом возможно и практично в контролируемых макетах или средах, таких как точка кормления в пространстве. На столе или рядом с другими крупными проводящими объектами как кабели возле штанг или башен, изоляция более нескольких сотен Ом трудно.

В большинстве случаев сочетание заземления и очень скромный общий режим импеданс лучше. Во многих случаях, когда может иметь высокую изоляцию только с заземление само по себе, но заземление и кабели должны быть правильными!

Правильная компоновка

Вся правильная установка должна иметь общую точку, где кабели вводят для всех настольные функции, включая силовые, интернет, контрольные и радиочастотные кабели.

Шак и заземление должны быть связаны с довольно низким импедансом, уменьшите импеданс связи лучше.
Создание нескольких изолированных площадок опасные контуры заземления, вызывающие повреждения или проблемы с радиопомехами.

Кабели к столу должны быть проложены и / или проложены параллельны друг другу. Объединение или закрытие параллельной маршрутизации уменьшает «открытую область» цикла образованный несколькими проводниками.


Что общего Режим Choke Do?

Синфазный дроссель изменяет синфазное полное сопротивление системы. Изоляция, добавленная в любую систему, так же как и требуемое полное сопротивление, непредсказуема.Изоляция может быть измерена только с дело работы. Мы можем сказать одно с некоторой уверенностью, большими значениями общего Режим импеданса редко необходим.

Затухание с добавлением дросселя является функцией сопротивление источника синфазного сигнала, сопротивление линии синфазного сигнала с обеих сторон дросселя и импеданс заземления линии на стороне оборудования. это это не простая система. Синфазный источник и оконечные сопротивления практически никогда нигде 50 Ом, типичные измерения S21 или S12 сделаны с.Из-за этого,. измеренные или объявленные ослабления — это бессмысленные числа и любое общее предсказание системы Потребность в дроссельном импедансе практически бесполезна. Все, что можно сказать, это лучше всего использовать диссипативный импеданс (Q <1), а не реактивный (Q >> 1) в RFI системы подавления.

В «A» ниже передатчик управляет коаксиальной линией подачи в дифференциал (двухтактный). Центральный проводник в этом примере 50-ваттный А передатчик, при условии согласованных линий, будет под напряжением 50 вольт.Щит в идеале на 0 вольт к земле, будучи обычно заземленной точкой с землей. Текущие равные и противоположные в правильно работающих сбалансированных и несбалансированных линиях, но в при нормальной работе экран, находящийся под нулевым напряжением к «земле» (или к шасси) определяет систему как идеально сбалансированную .

Если бы система была идеально сбалансирована токи линии передачи все равно быть равным и противоположным. Передатчик напряжения от каждого фидерного проводника до шасси или земля, однако, были бы равны и противоположны в сбалансированной линии система.Линия также будет иметь два параллельных проводника, одинаково соединенных с земля или земля сквозь пространство.

Поведение коаксиальной линии от скин-эффекта и взаимной связи от внутренняя стена экрана к центральному проводнику, тянет все дифференциальный ток в области внутри щитовой стены. Напряжение, появляющееся на антенне управляет синфазным сопротивлением обеих половин «сбалансированной» антенны, толкая одну сторону антенны к другой половине антенны.

А полуволновой диполь, в зависимости от конструкции, высоты и окружения, имеет по существу равные сопротивления.Мы будем использовать значения, показанные для обсуждения. Если ток антенны составлял один ампер, и по коаксиальному кабелю не протекала синфазная мода, половина антенны будет иметь 25 вольт на землю в точке питания. напряжение, развиваемое на Rant2, вызывает проблемы синфазного режима, потому что это напряжение также возбуждает экран на экране снаружи.

Разрешение этого напряжения «плавать», в этом примере до 25 В, такое же, как предотвращение возникновения нежелательного тока внешнего экрана.

Если R ant2 ниже было около нуля, это была бы несбалансированная антенна с очень хорошим заземлением.Чем лучше земля, тем ниже «Rant2», тем меньше напряжение последовательно с Сопротивление вождения щита (B).

Эта система усложняется характеристиками антенны и другими вещами. Сопротивление синфазного сигнала и заземление антенной системы определяет источник Импеданс и напряжение, управляющие экраном в обычном режиме. Система еще более сложна из-за длины кабеля1 и волнового сопротивления изменяет напряжение и сопротивление на синфазном дросселе.В самом простом Форма дроссельной системы общего режима выглядит как пи-аттенюатор. Общий режим Сопротивление источника на антенне, измененное синфазным волновым сопротивлением кабеля и шунтирующие утечки и пути заземления изменяют напряжение и сопротивление, приводя CMC (синфазный дроссель).

Аналогично, синфазное сопротивление в станции оборудование, скорее всего довольно низкий импеданс, определяет боковую нагрузку станции на пи-аттенюатор сформированный с CMC.

Затухание и требуемое полное сопротивление CMC, очевидно, могут быть на всем место.Хотя никто из нас не может предсказать реальное затухание, обеспечиваемое данным CMC или предсказать, сколько импеданса CMC будет «достаточно» и сколько будет тратой усилий, мы можем сделать довольно разумное обобщение. Это очень безопасно скажем, любая система, требующая полного сопротивления CMC сверх нужды в сотни Ом компоновка, дизайн или перенастройка помогают больше, чем какой-то необычный импеданс.

Моя станция, где минимальный минимальный уровень шума имеет первостепенное значение, никогда не имела требуется более 50-100 Ом CMC для смягчения всех следов проблем.Я на самом деле нашел заземление и хорошие связи, чтобы быть гораздо более продуктивным и надежнее, чем зависимость от более высоких импедансов CMC. Как только я попал в десятки или сотни Ом без полного подавления шума, я знаю, я есть большая проблема с целостностью щита. Я ищу настоящую проблему.

синфазных токов, балунов и дросселей CM

Чтобы понять, как работает балун и почему балун необходимо, мы должны понимать баланс. Мы склонны думать о балансе только в количество тока в каждом проводнике линии электропередачи, но это мышление может ввести нас в заблуждение или сбить с толку.Идеально сбалансированные линии и совершенно неуравновешенные линии имеют одинаковые и противоположные токи, входящие и выходящие из проводников на каждом конце!

Коаксиальные кабели с экранами более чем на несколько глубин оболочки Толстые всегда несут равные и противоположные текущие токи внутри их экраны и их центральные проводники. Текущее направление и текущее соотношение между центральный проводник и внутренняя часть экрана в неизлучающей коаксиальной линии не отличается от токов в каждом проводнике идеально сбалансированной лестницы линия.Как в несимметричных коаксиальных линиях, так и в сбалансированных линиях два проводника составление линии несут равные и противоположные текущие токи.

Когда токи протекают без противодействующих токов, мы вызовите неподтвержденную часть текущего синфазного тока . общий модовые токи способствуют или стимулируют внешнюю связь и излучение. В диполе антенна, или любая антенна в этом отношении, синфазные токи в антенне элемент отвечает за излучение.В ветхом или вдоль линии питания, синфазный ток отвечает за нежелательный шум, радиочастотные помехи, радиочастотные ожоги, и множество других болезней. Синфазные токи, по сути, приносят излучающая система в линию питания или оборудование станции.

Синфазные токи или токи, протекающие в одном и том же направление, не может существовать внутри коаксиального кабеля на любой частоте где щит толщиной в несколько глубин кожи. Щит глубины кожи служит для изолировать внутреннюю часть экрана от внешней стенки экрана.Общий режим (в том же направлении) токи могут течь только снаружи коаксиального кабеля щит. Ток дифференциального режима, или нормальные токи линии передачи, протекают на внутренней поверхности щитовой стены. Токи, входящие и выходящие из экран и центральный проводник на каждом конце коаксиальной линии должны быть равны и напротив или кабель будет излучать. Если коаксиальная линия не излучает, токи в экране и центральном проводнике точно сбалансированы и противоположно текут. Оба типа линий передачи, сбалансированные и несбалансированные, будут иметь равные и противоположные токи, входящие и выходящие из каждого проводника, когда они имеют минимальное излучение.

Simple Common Mode Circuit Simple Common Mode Circuit

Что тогда определяет несбалансированную линию, источник или нагрузку? Ответ заключается в напряжении или электрическом потенциале между проводниками линии и окружающая среда вокруг линии. В идеально сбалансированной линии, электрический потенциал каждого проводника равен и противоположен по отношению к окружение линии, включая шасси или шкафы нашего оборудование. В идеальной коаксиальной линии внешняя сторона экрана не имеет разница электрического потенциала с окружающей средой вокруг линии, в том числе шасси или шкафы нашего оборудования.Экран наших коаксиальных кабелей, как мы обычно принимаем и понимаем, на земле потенциал. Мы говорим, что щит заземлен.

С реальными антеннами, коаксиальное соединение экрана точка почти никогда не имеет нулевого электрического потенциала в окружающую среду вокруг экран или точки дальше по длине кабеля. Быть менее чем идеальным нулевое напряжение, экраны почти всегда имеют синфазный ток, даже если небольшой процент дифференциального (нормальный режим линии передачи) тока.Например, четыре радиала антенны заземляющей плоскости, независимо от того, как они настроены или настроены, никогда не находятся в том же электрическом потенциале, что и окружающая среда вокруг антенны или потенциала экрана дальше вниз по линии питания. Экспериментируя с антенной заземления, мы находим точку подачи в основном, но не идеально несбалансированный. Экран не подключен к электрически нулевой точке. Значительный ток может и часто возбуждает внешнюю сторону экрана на антенна заземления с током внешнего экрана 20% или более от основания антенны ток при некотором питании заземления и длины! Мы рассматриваем наземную плоскость антенна не сбалансирована и она точно не сбалансирована, но она не идеально несбалансированный.

Коаксиальный диполь или вертикаль с одним радиалом намного хуже для баланса напряжения. Потому что обе половины антенны имеют конечную и почти равные сопротивления синфазного режима, обе стороны точки подачи хотят иметь почти равные напряжения между собой и окружающей средой вокруг балун. Если бы мы могли волшебным образом создать идеальную единую точку земли в точка питания, обе ветви этих антенн будут иметь очень похожие напряжения этот ориентир. Конечно, мы не можем сделать эту идеальную точку отсчета появляются, но линия питания обеспечивает заземление или эталонное соединение с балун.Импеданс третьего тракта (нежелательный синфазный импеданс тракта) варьируется с длиной линии подачи и маршрутизацией, среда, через которую проходит линия подачи, и как эта линия питания заземлена. Хотя это может повлиять на КСВ и текущий поток, протекающий по этому пути, зависит от КСВ, высокий КСВ не вызывает, а низкий КСВ не предотвращает нежелательный синфазный ток или РЧ в лачуге.

Большинство антенн не идеально сбалансированы и не идеально несбалансированный. Большинство антенн находятся в другом мире между сбалансированный и совершенно неуравновешенный.Вот почему нынешний балун, устройство, которое плавает на каждой симметричной клемме до напряжения, необходимого для балансировки токи в нагрузку, такой желательный тип линии передачи антенны интерфейс.

Feedlines и Balance

Традиционный два проводника линии подачи или линии электропередачи должны иметь очень немного, если таковые имеются, излучение. Типичный коаксиальный линии не должны иметь заметных нежелательные сигналы или шумы утечка в кабель, и там не должно быть заметное излучение из кабелей.Это верно для всех радиочастот от диапазона вещания AM вверх через УВЧ, и применяется к любому кабелю с достаточно толстым одинарным или двойным экраном. Четный дешевые 80% защитные экраны являются достаточными для всей ВЧ, кроме большинства критические приложения.

с неэкранированным два проводника сбалансированные линии, некоторые небольшое количество излучение от линии, или утечка в линия, существует. Утечка сумма должна быть будет очень низкий в правильно установлен двухпроводный сбалансированный линий.Проблемы могут возникнуть с нежелательным EMI источник или чувствительные системы, близко к линия подачи. Проблемы с приемом нежелательного сигнала или излучением также могут возникать при очень длинный открытый провод или неэкранированные сбалансированные линии.

Лестничные линии и неэкранированные сбалансированные ВЧ линии должны быть изолированы от других объектов. В идеале только воздух должен быть разрешен в пределах нескольких или неэкранированные линии. Значительные уровни электрического и магнитная индукция поля окружают линия для расстояний нескольких проводников.Линия излучение (электромагнитное излучение является другим механизмом) также распространяется в линию через проводники. Нежелательное излучение в основном происходит в направлениях, выровненных по плоскости проводников линии, обнуляющих справа углы к этой плоскости.

Даже при идеальном балансе в двухпроводной неэкранированной линии происходит некоторое излучение. небольшой пространственный Разделение предотвращает идеальное подавление излучения дальнего поля. проводники, несущие не в фазе токи не занимая то же самое физическое пространство, вызывая очень маленькую пространственную фазовую задержку. Это значит в два направления поля излучения не точно на 180 градусов сдвинуты по фазе. Величина фазовой ошибки и, следовательно, уровень излучения, является функцией расстояние между проводниками в длинах волн и направлении от линии. это эффект минимизирован путем скручивания линии подачи на малых фракции длина волны.

Излучение от отлично завершен с интервалом в шесть дюймов 50 футов в длину двухпроводный линия передачи на 80 метров

Излучение та же линия на 30 МГц на 24 дБ сильнее. Это потому что расстояние между проводниками длина волны Шире.

Для того чтобы быть сбалансированный, сбалансированный линия передачи должно иметь и равных и напротив напряжения на любом конкретный момент вдоль линии как также как и прямо напротив токи при любом конкретный момент вдоль линии.Если напряжение не равно и напротив, текущий не может оставаться равным и напротив сбалансированный линия передачи. Это приведет к очень большой увеличение линии подачи радиация, потому что несовершенство вызывает общий режим Токи.

Для того чтобы быть несбалансированный несбалансированный линия передачи должны иметь равные и прямо напротив входящие токи и уходя на каждом указать вдоль линия. Напряжение градиент в поперечном направлении вдоль внешней линии передачи быть нулем.Если либо боковая градиент напряжения не ноль, или токи, входящие в линию, не равны и противоположны на экране и центр, ток не будет оставаться нулевым на внешней стороне экрана. Это будет результат в синфазном режиме токи экранирования и излучение линии питания

Кому избегать линии подачи излучение каждый сбалансировано несбалансированный переход должен быть правильно лечится для уровень и фаза напряжение и ток.

Чтобы быть правильно сбалансированным, должно произойти следующее:

Напряжения от 1 до A и от 2 до A должны быть равны и напротив

Токи в 1 и 2, в источнике, должны быть равны и напротив

Напряжения от 1 до C и от 2 до C, на нагрузке должны быть равным и противоположным

Токи из 1 и 2 на нагрузке должны быть равны и напротив

Напряжения по всей линии, в любом указать, чтобы B было равно и противоположно

Общий режим Возбуждение

Синфазный ток есть ток это не против или противодействовать равный и противоположная фаза ток течет в каждой точке линия в близко расположенном проводнике или проводники, а за пределами щит имеет ток течет в коаксиальном линия.

Любой линия передачи становится по крайней мере частично, излучающий проводник если мы сделаем плохой сбалансировано несбалансированный переход. Это может быть полезно когда мы хотим использовать линия подачи как антенна или как обычный проводник, но это может быть вредным в систему, если мы делаем не хочу излучения или прием нашим линии подачи. Когда мы возбудить кабель как как показано ниже, у нас есть общие текущий режим:

common-mode current on transmission lnes

Источник общего режима сквозной на одном или больше проводников twinlead

Источник общего режима сквозной на одном или больше проводников в витая пара провода

Источник общего режима сквозной на центр, щит, или оба проводника в коаксиальный или экранированные кабели.

Когда мы возбуждаем линия электропередачи как показано ниже, мы создаем синфазный ток:

экранированный коаксиальный кабель (сверху) и параллельный кабель (внизу) в этом диаграмма излучает как один провод сделал бы. Объекты, окружающие линию, как диэлектрики или другие проводники, пара или взаимодействовать с этими линиями когда их кормят или взволнован таким образом. Например, добавление феррита рукав над линии добавят потери и / или сделать линии вести себя по-другому.Импеданс система изменится, и если мы система наблюдения КСВ КСВ изменится.

Это правда, даже когда токи равный в двух проводники, и может даже быть правдой, когда токи равны и напротив в одной точке в системе, так долго как линия взволнован таким образом.

Ключ к наличию линия ведет себя как линия передачи кормить его дифференциально (через два проводники) в один конец, имеющий нагрузка, которая поддерживает дифференциал возбуждение, а не прикладывая напряжение или потенциал разница по всей длине один или оба проводники.

Это линия передачи как мы вообще знаем это, а также десятки уважаемый инжиниринг Учебники определяют это:

transmission line mode excitation

Это дифференциальный режим, или режим TEM. Это обычно желаемый режим возбуждения при двухпроводная линия ведет себя как нормальный неизлучающий линия, которая передает энергия от одного указать на другое.

выше Конфигурация показывает прямой провод соединение от источник для загрузки. Это переводы напряжение, ток или импеданс напрямую вдоль проводников.

1/8 волновой высокий диполь

А 1/8 длинная волна (35 футов в этом случай) коаксиальная линия питания до точки земли на диполь часто не нужен балун! Здесь общий режим фидера токи для этого дело:

расположение Ампер
Левая нога 0,953
источник 1.000
Правая нога 1.001
1 фут 0,052
2 0,054
3 0,056
4 0,057
5 0,058
6 0.060
7 0,061
8 0,062
9 0,064
10 0,065
11 0,066
12 0,067
13 0.068
14 0,069
15 0,070
16 0,071
17 0,072
18 0,073
19 0,073
20 0.074
21 0,075
22 0,075
23 0.076
24 0,077
25 0,077
26 0,078
27 0.078
28 0,078
29 0,079
30 0,079
31 0,079
32 0,079
33 0,079
34 0.079
35 футов 0,079

Максимальная подача общий режим только 0,079 ампер (из тока источника в 1 ампер) с очень хорошая антенна текущий баланс. Это без балун!

Тот же диполь, высота волны 1/4:

расположение Ампер
левая сторона
.
синфазных помех — это … Что такое синфазные помехи?
  • Синфазные помехи — В электросвязи термин синфазные помехи имеет следующие значения: помехи, возникающие как на сигнальных проводах (сигнал и возврат цепи), либо на клеммах измерительной цепи, так и на земле. Форма когерентного вмешательства … Википедия

  • Общий режим — это термин в технике, имеющий как минимум два независимых значения.Из электрических сигналов, коэффициент подавления синфазного сигнала, отношение подавления синфазных сигналов к дифференциальным сигналам Синфазные помехи, помехи, которые появляются на обоих… Wikipedia

  • коэффициент отклонения синфазного сигнала — F / A / V Отношение синфазного напряжения помехи на входе цепи к соответствующему напряжению помехи на выходе… Аудио и видео глоссарий

  • Помехи (устранение неоднозначности) — Помехи могут означать: Науки * Помехи (физика) в физике — суперпозиция двух или более волн, приводящая к новой волновой структуре.* Помехи (связь), в телекоммуникации и электронике, все, что изменяет, изменяет … Википедия

  • Помехи (связь) — В связи и электронике, особенно в телекоммуникации, помехи — это все, что изменяет, модифицирует или нарушает сигнал, когда он проходит по каналу между источником и приемником. Термин обычно относится к добавлению… Википедия

  • Общая причина и особая причина — Тип отклонения Синонимы Общая причина Вероятная причина Неприменимая причина Шум Естественная схема Особая причина Назначаемая причина Сигнал Неестественная модель Общие и особые причины — это два различных источника изменений в процессе, как определено … Википедия

  • Синхронизация мод — это методика в оптике, с помощью которой лазер может производить импульсы света чрезвычайно короткой длительности, порядка пикосекунд (10-12 с) или фемтосекунд (10-15 с).Основой техники является индукция фиксированной фазы… Википедия

  • карта общего доступа — пример карты общего доступа DoD Карта общего доступа (CAC) — это смарт-карта Министерства обороны США (DoD), выпущенная в качестве стандартной идентификации для военнослужащих, проходящих военную службу, резерва, гражданских служащих и т. Д. не DoD…… Википедия

  • Электромагнитные помехи — RIV перенаправляет сюда. Для других применений см. RIV (значения неоднозначности).Электромагнитные помехи в аналоговом телевизионном сигнале Электромагнитные помехи (или EMI, также называемые радиочастотными помехами или RFI) — это помехи, которые влияют на электрическую…… Wikipedia

  • Продольная мода — Продольная мода резонансной полости представляет собой особую картину стоячей волны, образованную волнами, заключенными в полости. Продольные моды соответствуют длинам волн, которые усилены конструктивными помехами после многих…… Википедия

  • Нормальный режим — Другие типы режимов см. В разделе «Режим».Вибрация одной нормальной моды круглого диска с закрепленным граничным условием вдоль всего внешнего края. Смотрите другие режимы. Нормальный режим колебательной системы — это образец движения… Wikipedia

  • ,

    синфазных помех — определение — английский

    Примеры предложений с «синфазными помехами», памятью переводов

    WikiMatrixApart из генерации заметного шипения, 741 и другие старые операционные усилители могут иметь плохие коэффициенты подавления синфазного режима, и поэтому часто вводят в чувствительное оборудование кабельный сетевой шум и другие синфазные помехи, такие как щелчки переключателя. патентная заявка — цель изобретения состоит в том, чтобы уменьшить токи синфазных помех в системе электропривода, содержащей по меньшей мере два импульсных преобразователя (1, 2), которые питаются от общего источника питания постоянного тока (4) и питают электрический ток. многофазная машина (3), содержащая, по меньшей мере, две фазы намотки (31, 32) или, по меньшей мере, две системы намотки (33, 34). WikiMatrixДополнительная схема, называемая драйвером правой ноги, может использоваться для уменьшения синфазных помех (как правило, при питании от сети 50 или 60 Гц). патент-wipo. Изобретение относится к дросселю (10), в частности к дроссельному дросселю для демпфирования синфазных помех, содержащему сердечник (20) и, по меньшей мере, две обмотки (30, 32), каждая из которых проходит несколько раз. вокруг сердечника (20), по меньшей мере, один виток (33, 34, 35) одной из обмоток (30, 32), содержащий два жестких компонента (40, 42), каждая из которых образует поворотную часть и соединена друг с другом с сформируйте поворот (33). Гигафрен3). При приборе, сбалансированном по среднечастотным интерференционным помехам, прибор должен быть искусственно введен путем подачи напряжения рабочей частоты источника питания между каждой клеммой измерительной цепи и корпусом. патент-wipo Общность между двумя модулями может создавать синфазные помехи и шунтирующий ток. WikiMatrix С другой стороны, Y-конденсаторы подключены в обход линии между фазой линии и точкой нулевого потенциала для поглощения асимметричных, несбалансированных или синфазных помех. Гига-интерференционная ошибка интерференции 0,1 0,2 Мертвая зона 0,1 0,2 11-5.9.1 Синфазная помеха — метод испытания (см. Рис. Гига-франк. Среднеквадратичная величина синфазного напряжения помехи должна быть отрегулирована так, чтобы она равнялась Диапазон прибора и фазовый угол варьировались на 360 градусов. WikiMatrix В то же время это дифференциальное устройство сводит к минимуму синфазные помехи, позволяя устройству противостоять срабатыванию из-за соседних электрических полей. патент-wipoСнижение или устранение общности между двумя модулями может уменьшить или устранить синфазные помехи и шунтирующий ток. патент устройства wipoАппарат, приемное устройство и способ, уменьшающий сигнал синфазной помехи патент 9 схема6 wipoSuppression обеспечивает желаемое подавление синфазной помехи. Модем патент-wipoA соединяется с линией передачи без соединительного трансформатора и способен уменьшить синфазные помехи, полученные от линии передачи. патент-wipoMethod для уменьшения синфазных помех в системе электропривода и соответствующей системе электропривода. патент-wipoЭта комбинация отменяет синфазные помехи, которые проявляются как в положительно смещенном выходном сигнале, так и в отрицательно-смещенном выходной сигнал. — патенты — в качестве опции, схема подавления помех может быть спроектирована как замкнутая схема управления, а синфазный ток помех в проводах используется в качестве регулирующей переменной. Польские патентыЭлектрическая схема, которая увеличивает сопротивление гальванических изоляторов к высоковольтным синфазным помехам. Патенты-методы Методы для уменьшения и устранения синфазных помех. патент-wipo Это раскрытие относится к дросселям для подавления нежелательных сигналов, таких как синфазные электромагнитные помехи (EMI) и / или радиочастотные помехи (RFI). EurLex-2Ток синфазного тока (интерференция), протекающий через катушки в одном направлении, создает одинаковые и синфазные магнитные поля, которые складываются вместе. EurLex-2После своей функции изделие представляет собой индуктор подзаголовка 8504 50, поскольку оно используется для ограничения или предотвращения протекания синфазного тока (помехи), оставляя при этом протекание тока дифференциального режима (сигнала) без изменений. патентная заявка-изобретение Изобретение относится к способу синфазного подавления помех в преобразователях частоты (1), который используется для регулирования потока мощности между двумя различными электрическими системами с низкими потерями, при этом одна система представляет собой систему постоянного тока. патент-wipo. Усилитель, следовательно, удовлетворяет требованиям для использования в чувствительных датчиках, к которым предъявляются высокие требования в отношении усиления, подавления синфазных помех и помехоустойчивости. патентная ведомость-схема Электронно объединяет первый и второй выходные сигналы так, что их синфазные сигналы электронным образом вычитают друг друга, чтобы исключить из вывода схемы любые электромагнитные помехи (синфазные сигналы), присутствующие в первом и втором выходных сигналах.

    Показаны страницы 1. Найдено 40 предложения с фразой синфазные помехи.Найдено за 11 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Найдено за 0 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Они приходят из многих источников и не проверяются. Имейте в виду.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *