Platzierung von Filterkomponenten zur Reduzierung von EMI

Eine Quelle elektromagnetischer Interferenz (EMI) ist mit einem Filter und mit einer LISN verbunden .

Die EMI-Quelle ist eine Gleichtaktquelle: Sie erzeugt ein unerwünschtes Signal, das vom Generator fließt v G , teilt sich gleichmäßig und fließt durch die Zweige HOT und NEUTRAL und kommt durch Masse zurück zum Generator (beachten Sie, dass auch LISN mit derselben Masse verbunden ist).

Der Filter wird zwischen der EMI-Quelle und dem LISN platziert, um das EMI-Signal zur Erde abzulenken, bevor es das Wechselstromnetz erreicht. Die Eingangsspannung im LISN ist ein Maß für das EMI-Signal, das in das Wechselstromnetz austritt.

Es gibt zwei verfügbare Topologien für den Filter.

Erstkonfiguration:

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Zweite Konfiguration:

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L 1 Und L 2 sind (in beiden Stromkreisen) miteinander gekoppelte Induktivitäten , mit L 1 = L 2 = L ≃ M , also haben beide eine Gesamtinduktivität von L + M ≃ 2 L .

Beachten Sie, dass die Spannungen v L sind gleich, weil die beiden Zweige gleich sind und der Strom dadurch erzeugt wird v G gleichmäßig zwischen den beiden Zweigen aufgeteilt. Die erste Konfiguration ergibt eine höhere v L als die zweite, also ist die erste Konfiguration die schlechteste.

Warum?

Ich habe die Ersatzschaltbilder für das gesamte Signal gezeichnet: Der Rückweg, an dem ich interessiert bin, verläuft durch Masse . Also, in der ersten Konfiguration ist das Ersatzschaltbild

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und im zweiten so:

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Der linke Widerstand ist R L ICH S N / 2 weil es die Parallele der Eingangswiderstände der LISN ist, gesehen von HOT zu Masse und von NEUTRAL zu Masse: wenn sie beide sind R L ICH S N , R L ICH S N | | R L ICH S N = R L ICH S N / 2 .

Dann bekam ich die v L Spannungen: im ersten Fall ist es

v L = v G ( R L ICH S N / 2 ) | | ( 2 C j ) R G + S L + ( R L ICH S N / 2 ) | | ( 2 C j )

und im zweiten ist es viel komplizierter. Wenn ich keine Fehler gemacht habe, sollte es so sein

v L = v G ( R L ICH S N / 2 ) S L + ( R L ICH S N / 2 ) R G ( 2 C j + S L + ( R L ICH S N / 2 ) ) + 2 C j ( S L + R L ICH S N )

ich weiß, dass R G ≫ R L ICH S N ; außerdem sollten in solchen Fällen die Induktivitäten nach einer kleinen Impedanz und der Kondensator nach einer großen Impedanz platziert werden . Dies wird durch die Tatsache bestätigt, dass die zweite Konfiguration besser ist als die erste. Aber nochmal: Warum?

Ich kann das aus den Ausdrücken, die ich erhalten habe, nicht sofort erkennen: beide haben R G im Nenner. Auch wenn es rechnerisch nicht sofort ersichtlich ist, was könnte der physikalische Grund für dieses Verhalten sein?

Ich denke, die Impedanzen in Ihren vereinfachten Schaltungen sollten Rg, Cy / 2 und 2L sein (weil es sich um eine Gleichtaktdrossel handelt). Obwohl es schon eine Weile her ist, dass ich so etwas gemacht habe.
Zwei gekoppelte Induktivitäten ergeben 4L
@ Andyaka warum? Wenn die beiden gekoppelten Induktivitäten den gleichen Strom haben, haben sie eine Gesamtinduktivität von L + M = 2 L Und 2 L | | 2 L = L . Es ist wie ein Widerstand.
@mkeith R G ist richtig; die Kondensatorimpedanz in den Ersatzschaltbildern ist 1 / ( S 2 C j ) und ja, es ist die Hälfte der Anfangsimpedanz 1 / ( S C j ) . Für L , siehe bitte den Kommentar oben.
In Bezug auf die Kondensatoren lag ich falsch, aber unklar, und Sie haben einen Weg gefunden, das, was ich gesagt habe, als etwas Richtiges zu interpretieren. Ich dachte an differentielle Impedanz. Für die Gleichtaktimpedanz sind es wirklich 2C. Haben Sie versucht, die Schaltung zu simulieren, um Ihre Berechnungen zu bestätigen? Bezüglich der CM-Drossel bin ich mir im Moment nicht so sicher, also sage ich nichts.
electronics-tutorials.ws/inductor/series-inductors.html - Was Sie haben, ist L1 + L2, dann gibt es 2M, die dazu beitragen, L1 + L2 + 2 zu machen L 1. L 2 = 4L für gleiche Induktivitäten, die zu 100% gekoppelt sind. Hören Sie jetzt auf zu streiten und recherchieren Sie, um Ihre absurde Behauptung zu untermauern.
@Andyaka, du solltest meinen Beitrag genauer lesen. In den ersten beiden Kreisläufen v G ist eine Gleichtaktquelle und erzeugt ein Signal, das sich gleichmäßig in die beiden Zweige auf der linken Seite aufteilt: Diese Induktoren haben die gleiche Spannung, weil die Zweige gleich sind und der Strom in beiden gleich ist. Die letzten beiden Bilder sind die Ersatzschaltbilder der ersten. Die beiden Induktoren sind parallel und sicherlich nicht in Reihe geschaltet. Ihre äquivalente Induktivität ist also die Hälfte ihrer individuellen Induktivität und es ist nicht möglich, darüber weiter zu diskutieren.
@mkeith danke trotzdem. Nein, ich habe die Schaltung bisher nicht simuliert.

Antworten (1)

Abgesehen von der Mathematik ist eine einfache Möglichkeit, über EMI nachzudenken, eine Hochfrequenzspannung, die den Weg der niedrigsten Impedanz zurück zu ihrer Quelle nimmt. Kurz gesagt, die Filterrichtung macht einen Unterschied, in der realen Welt, aber nicht so sehr im Idealfall.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn der Filter mit Kappen an der Rauschquelle platziert wird, verläuft der bevorzugte Strompfad durch die Kappen. Sie können sich L als eine große Impedanz vorstellen, die nach einer kleinen Impedanz platziert ist. Der bevorzugte Weg der Hochfrequenzströme zurück zur Quelle führt über den kleineren Widerstand. Natürlich müssen Sie sicherstellen, dass die Induktivität des Filters erheblich höher ist als die Induktivität des Filters cap (der im nH-Bereich liegen wird).

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Das Problem bei der zweiten Konfiguration besteht darin, dass der HF-Strom keinen Platz hat, nachdem er von der Filterinduktivität blockiert wurde. Jede HF-Spannung, die durch die Induktivität gelangt, wird sowohl von der Last als auch von den Kappen gleichermaßen gesehen. Es kann auch gedämpft werden, es kann jedoch einen anderen bevorzugten Weg geben, und zwar durch gegenseitige Induktivität zwischen Kabeln und kapazitive Kopplung durch die Luft zu anderen physischen Dingen, um zur Quelle zurückzukehren. Es ist äußerst schwierig, ein Schaltungsmodell dafür zu entwickeln, was genau in einer solchen Situation passieren würde. Es gibt zu viele Parasiten und Kabel und Endgeräte beginnen, wie Antennen zu funktionieren. Wenn Sie jemals Antennentheorie studiert haben, ist es eher eine Kunst. Wenn der Induktor die Blockierung selbst übernehmen könnte, warum würden Sie dann überhaupt Kappen benötigen? Im Idealfall sehen sie ähnlich aus,

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Woher weiß ich das? Ich bin diese Woche tatsächlich auf dieses Problem bei einem Produkt gestoßen. Ich hatte ein Problem mit einer Schaltlast. Die Last erzeugte HF, die Störungen auf der Leiterplatte verursachte, sogar in dem Ausmaß, dass ein Mikrocontroller „ausfiel“ und einen Kommunikationsfehler hatte. Ich habe einen Ferrit auf das Kabel gelegt, was so wäre, als würde man einen Filter mit nur HF-Induktivität / Impedanz hinzufügen. Das Problem wurde abgeschwächt. Dann fügte ich Kondensatoren hinzu, das Problem war weg, und es funktionierte besser, wenn die Kappen auf die Last gerichtet waren.

Denken Sie an die Regel: HF nimmt den Weg mit der niedrigsten Impedanz, wenn Sie einen besseren Weg mit niedriger Induktivität bereitstellen, können Sie das Problem dämpfen. Oh, wenn Sie einen Filter bauen oder auswählen, stellen Sie sicher, dass er eine geringe Induktivität zwischen den Kappen hat, indem Sie die Komponenten nahe beieinander platzieren.

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