برای اینکه یک مورد از تجهیزات الکترونیکی بتواند آزمایش EMC خود را پشت سر بگذارد و مطابقت EMC خود را به دست آورد، لازم است عناصر مختلفی در طراحی گنجانده شوند. با طراحی مدار برای برآوردن سازگاری الکترومغناطیسی، الزامات EMC، می توان به میزان قابل توجهی سطوح سیگنال های ناخواسته ورودی و خروجی از واحد را کاهش داد. یکی از راه های اصلی که می توان این کار را انجام داد استفاده از فیلتر EMC یا یک سری فیلتر است.
برای اینکه بدانید EMC یا سازگاری الکترومغناطیسی چیست اصول سازگاری الکترومغناطیسی را بخوانید.
راه های زیادی وجود دارد که فیلترهای EMC را می توان از نظر مکانیکی در یک واحد قرار داد. آنها ممکن است به عنوان فیلترهای EMC مستقل وجود داشته باشند تا در نزدیکی انتهای دستگاه ثابت شوند. آنها ممکن است روی لبه برد الکترونیکی نصب شوند. با این حال، یکی از روشهای رایج استفاده از فیلتر EMC در یک واحد، قرار دادن فیلتر در خود کانکتور است. این از نظر راحتی و عملکرد مزایای زیادی دارد. با این حال، هر روشی که استفاده می شود، برای برآورده شدن الزامات سازگاری الکترومغناطیسی و EMC اغلب یک فیلتر ضروری است.
روش فیلتر EMC
اگرچه مدارها ممکن است به خوبی غربال شوند تا از تابش یا دریافت سیگنال توسط خود مدار جلوگیری شود، همیشه اتصالات درونی به مدار الکترونیکی و از آن وجود دارد. خود این سیمها میتوانند سیگنالهای ناخواسته را به داخل و خارج دستگاه منتقل کنند. اگر قرار است دستگاه بتواند سازگاری الکترومغناطیسی، الزامات EMC خود را برآورده کند و آزمایش EMC خود را پشت سر بگذارد، لازم است سطوح سیگنال های ناخواسته ای را که می توانند از طریق اتصالات داخلی وارد یا خارج شوند، کاهش دهند.
برای اینکه سیگنال های ناخواسته حذف شوند، فیلترهای EMC باید در خطوط مختلف قرار داده شوند. ایده این است که سیگنال های تداخلی معمولا فرکانس بیشتری از سیگنال هایی دارند که معمولاً در طول سیم یا خط حرکت می کنند. با داشتن فیلتر پایین گذر به عنوان فیلتر EMC، فقط سیگنال های فرکانس پایین اجازه عبور داده می شوند و سیگنال های تداخل فرکانس بالا حذف می شوند.
این فیلترهای EMC می توانند در یکی از فرمت های مختلف باشند. اغلب آنها ممکن است به سادگی یک مقاومت یا فریت قرار گرفته در اطراف یک سیم یا کابل باشند. برای نیازهای دقیق تر، ممکن است لازم باشد که این فیلترهای EMC از تعدادی مؤلفه ساخته شوند.
فیلترهای EMC ممکن است به دو نوع اصلی طبقه بندی شوند. یکی جایی است که انرژی ناخواسته توسط فیلتر EMC جذب می شود. نوع دیگر فیلتر سیگنال ناخواسته را رد می کند و در این حالت در طول خط منعکس می شود. برای کاربردهای فیلتر EMC، نوع جذبی ترجیح داده می شود.
همچنین می توانید طراحی PCB برای EMC را هم بخوانید
شکل 1- فیلتر EMC
برنامه فیلتر EMC
هنگام توسعه فیلترهایی برای استفاده در سازگاری الکترومغناطیسی، برنامه های کاربردی EMC، فیلترهای EMC تقریباً همیشه فیلترهای پایین گذر هستند، اگرچه در مواردی ممکن است از فیلترهای باند گذر استفاده شود. دلیل استفاده از فیلترهای پایین گذر این است که معمولا سیگنالهای تداخلی، یعنی سیگنالهایی که دریافت یا تابش آسانتر هستند، در فرکانسهای بالاتری قرار دارند. اینها را می توان با اجازه دادن به فرکانس های پایین و رد فرکانس های بالا فیلتر کرد.
نقطه برش برای فیلتر پایین گذر مورد استفاده به عنوان فیلتر EMC باید به گونه ای انتخاب شود که فرکانس های ناخواسته را رد کند، اما هیچ اثر نامناسبی بر سیگنال مورد نظر نداشته باشد. متأسفانه این انتخاب همیشه آسان نیست و ممکن است نیاز به کاهش سیگنال مورد نظر داشته باشد.
قرار دادن فیلتر EMC از اهمیت بالایی برخوردار است. فیلتر EMC را می توان در هر یا هر سطح از مونتاژ بین مناطق جدا شده مدار قرار داد. فیلترهای EMC ممکن است بین نواحی جدا شده از برد مدار چاپی قرار گیرند. آنها ممکن است بین بردهای مختلف در یک ماژول یا زیر مجموعه قرار گیرند و یک فیلتر EMC ممکن است بین ماژول ها یا زیر مجموعه های مختلف قرار گیرد. با این حال، یک مکان مهم برای فیلترهای EMC بین تجهیزات و محیط خارجی آن است. یک فیلتر EMC که در اینجا قرار داده شده است بسیار مؤثر است زیرا از ورود سیگنال های ناخواسته حتی به تجهیزات جلوگیری می کند. هنگامی که آنها وارد می شوند مهار آنها دشوارتر است.
طراحی فیلتر EMC
طراحی فیلتر EMC برای سازگاری الکترومغناطیسی و عملکرد EMC بسیار مهم است. فیلتر EMC باید قادر به ارائه سطح مورد نیاز از تضعیف سیگنال های ناخواسته و در عین حال عبور از سیگنال های مورد نظر باشد. علاوه بر این، طراحی فیلتر EMC باید با امپدانس منبع و بار مطابقت داشته باشد.
معمولاً برای مدارهای امپدانس بالا، یک خازن متصل بین خط و زمین نتایج بهتری را ارائه می دهد، در حالی که برای مدارهای امپدانس پایین، یک سلف سری قرار داده شده در داخل خط بهترین نتایج را ارائه می دهد. اغلب یک مؤلفه منفرد مانند این طراحی شده است تا واکنشی با تأثیر کمی در فرکانس های متناسب با سیگنال های مورد نظر داشته باشد، اما تأثیر بسیار بالاتر در فرکانس های بالاتر سیگنال ناخواسته می تواند سطوح تضعیف تا 30 دسی بل یا 40 دسی بل را در برخی موارد ایجاد کند.
برای بهبود عملکرد یکی از این فیلترهای اساسی، می توان اجزای بیشتری را برای ساخت فیلترهای EMC چند جزئی اضافه کرد. با این حال برای ارائه عملکرد مورد نیاز آنها باید به درستی پیکربندی شوند. یکی از اقدامات احتیاطی برای اطمینان از اینکه سلف ها با سینک یا منبع امپدانس کم و خازن ها با امپدانس بالا روبرو هستند.
شکل 2 – فیلتر سلفی EMC
شکل 3 – انواع فیلتر EMC