Seien Sie vorsichtig bei der Eingabe

Bei der Entwicklung von EMI-Filtern ist es entscheidend, wie und wo der Filter installiert wird, um die gewünschten Einfügedämpfungen zu erzielen. Normalerweise werden die Auswirkungen eines falschen Standorts oder einer falschen Installation bei der Gestaltung des Filters nicht berücksichtigt und es kommt zu Überraschungen.

Vor ein paar Wochen habe ich an einem Produkt eines Unternehmens gearbeitet, das bei den leitungsgebundenen Emissionen versagt hat. Das Produkt wurde über ein 240-V-50-Hz-Netz (Europa) mit Strom versorgt und verbrauchte 10 A. In das Design wurde ein spezieller Filter einbezogen, um die Vorschriften für leitungsgebundene Emissionen im Bereich von 9 kHz bis 30 MHz zu erfüllen.

Das Schema des in diesem Produkt verwendeten Filters ist in Abbildung 1 enthalten. Der Filter bestand aus zwei 100-nF-X2-Kondensatoren, einer 470-uH-Gleichtaktdrossel und zwei 4,7-nF-Kondensatoren.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des untersuchten Filters.

Allerdings waren die im EMV-Testhaus des Unternehmens erzielten Ergebnisse im Vergleich zu den erwarteten Ergebnissen aus Theorie und Simulation im Bereich von 1 MHz bis 10 MHz wirklich schlecht (>20 dB).

Wenn ein Filter nicht wie erwartet funktioniert, überprüfe ich normalerweise einige typische Punkte:

Bei meiner Analyse konnte ich feststellen, dass keiner der vorherigen Effekte die Ursache des Problems war. Ich überprüfte also die Verkabelung des Filters und stellte fest, dass Eingang und Ausgang des Filters sehr nahe beieinander lagen. Insbesondere im Hochfrequenzbereich ist dies eine gefährliche Situation.

Ich habe den Effekt teilweise reproduziert, damit Sie die Idee verstehen können (genaue Identifizierung und Bilder des Systems bleiben vertraulich).

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass Sie einen abgeschirmten Filter wie in Abbildung 2 haben. Beachten Sie, dass wir theoretisch eine Tiefpass-Differenzfilterreaktion erwarten.

Abbildung 2: In unserem Beispiel verwendeter Filter im „idealen“ Layout.

Betrachten Sie nun Abbildung 3, in der der Filter mit nahe beieinander liegenden Eingangs- und Ausgangskabeln installiert ist.

Abbildung 3: In unserem Beispiel verwendeter Filter mit kurzem Abstand zwischen Eingangs- und Ausgangskabeln.

Durch die Position der Kabel entsteht nun eine Art Kopplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filters. Diese Kopplung kann kapazitiv (elektrisches Feld) und induktiv (magnetisches Feld) sein, sodass die theoretische Reaktion des Tiefpassfilters „kurzgeschlossen“ ist und die Signale problemlos vom Eingang zum Ausgang gelangen können (insbesondere im Hochfrequenzbereich). In den Abbildungen 2 und 3 berücksichtige ich nicht die parasitären Effekte von Komponenten.

Um die Installation des Filters in unserem Produkt zu überprüfen, habe ich meinen Bode 100 Netzwerkanalysator bei ausgeschaltetem Produkt verwendet. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4 enthalten.

Abbildung 4: Gemessene Reaktion des Filters mit Gut-Schlecht-Routing der Eingangs-Ausgangsleitungen.

Beachten Sie, dass die Reaktion bei niedrigen Frequenzen (<600 kHz) nicht durch die parasitäre E/A-Rückkopplung beeinflusst wird. Allerdings wird es im Frequenzbereich von 1–10 MHz um bis zu 30 dB verschlechtert, wenn eine E/A-Rückkopplung vorhanden ist, ähnlich wie in Abbildung 3.

Es ist interessant, bei unseren Messungen den Spitzenwert der Reaktion bei 361 kHz (Cursor 1, grün) zu erkennen. Dies ist eine sehr gefährliche Situation, wenn die Spitze 0 dB überschreitet und nichts mit dem IO-Feedback zu tun hat (Thema für einen zukünftigen Artikel).

Beachten Sie auch, dass die Tiefpassantwort im Filter von parasitären Komponenten bei Frequenzen über 2,5 MHz dominiert wird (Cursor 2, orange).

Mein letzter Rat: Seien Sie beim Layout eines Filters im Kabel- oder PCB-Format vorsichtig mit dem I/O-Feedback. Versuchen Sie, die Leitungen richtig zu verlegen, um die parasitäre Rückkopplung zu minimieren, die die Filterreaktion bei hohen Frequenzen beeinträchtigt.

Verweise

Arthur Medium erhielt seinen M.Sc. (1990) und promovierte (1997) in Elektrotechnik an der Universität Zaragoza (Spanien), wo er seit 1992 eine Lehrprofessur für EMI/EMC/RF/SI innehatte. Seit 1990 ist er in der Forschung und Entwicklung tätig Projekte in den Bereichen EMI/EMC/SI/RF für Kommunikation, Industrie und wissenschaftliche/medizinische Anwendungen mit fundierter Erfahrung in Schulung, Beratung und Fehlerbehebung für Unternehmen in Spanien, den USA, der Schweiz, Frankreich, Großbritannien, Italien, Belgien, Deutschland, Kanada, Die Niederlande, Portugal und Singapur. Er ist der Gründer von The HF-Magic Lab®, einem Speziallabor für Design, Diagnose, Fehlerbehebung und Schulung in den Bereichen EMI/EMC/SI und RF an der I3A (Universität Zaragoza), und seit 2011 ist er Dozent für Besser Associates (CA, USA) bietet öffentliche und Vor-Ort-Kurse zu EMI/EMC/SI/RF-Themen in den USA an, insbesondere im Silicon Valley/San Francisco Bay Area. Er ist Senior Member des IEEE, seit 1999 aktives Mitglied (Vorsitzender 2013–2016) des MTT-17 (HF/VHF/UHF) Technical Committee der Microwave Theory and Techniques Society und Mitglied der Electromagnetic Compatibility Society. Arturo ist unter [email protected] erreichbar.

arturo medianoEMI-FilterPraktische Tipps

Arturo Mediano erhielt seinen M.Sc. (1990) und promovierte (1997) in Elektrotechnik an der Universität Zaragoza (Spanien), wo er seit 1992 eine Lehrprofessur für EMI/EMC/RF/SI innehatte. Seit 1990 ist er in der Forschung und Entwicklung tätig Projekte in den Bereichen EMI/EMC/SI/RF für Kommunikation, Industrie und wissenschaftliche/medizinische Anwendungen mit fundierter Erfahrung in Schulung, Beratung und Fehlerbehebung für Unternehmen in Spanien, den USA, der Schweiz, Frankreich, Großbritannien, Italien, Belgien, Deutschland, Kanada, Die Niederlande, Portugal und Singapur. Er ist der Gründer von The HF-Magic Lab®, einem Speziallabor für Design, Diagnose, Fehlerbehebung und Schulung in den Bereichen EMI/EMC/SI und RF an der I3A (Universität Zaragoza), und seit 2011 ist er Dozent für Besser Associates (CA, USA) bietet öffentliche und Vor-Ort-Kurse zu EMI/EMC/SI/RF-Themen in den USA an, insbesondere im Silicon Valley/San Francisco Bay Area. Er ist Senior Member des IEEE, seit 1999 aktives Mitglied (Vorsitzender 2013–2016) des MTT-17 (HF/VHF/UHF) Technical Committee der Microwave Theory and Techniques Society und Mitglied der Electromagnetic Compatibility Society.

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