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Obwohl Gleichtaktdrosseln beliebt sind, könnte ein monolithischer EMI-Filter eine Alternative sein. Bei richtiger Anordnung bieten diese mehrschichtigen Keramikkomponenten eine hervorragende Unterdrückung von Gleichtaktstörungen.
Viele Faktoren erhöhen die Menge an „Rauschen“-Interferenzen, die elektronische Geräte beschädigen oder deren Funktionalität beeinträchtigen können. Heutige Autos sind ein Paradebeispiel. In einem Auto finden Sie Wi-Fi, Bluetooth, Satellitenradio, GPS-Systeme usw Das ist erst der Anfang. Um diese Rauschstörungen zu bewältigen, verwendet die Industrie üblicherweise Abschirmungen und EMI-Filter, um unerwünschtes Rauschen zu eliminieren. Einige herkömmliche Lösungen zur Eliminierung von EMI/RFI reichen jedoch nicht mehr aus.
Dieses Problem führt dazu, dass viele OEMs die Verwendung von 2-Kondensator-Differentialkondensatoren, 3-Kondensatoren (ein X-Kondensator und 2 Y-Kondensatoren), Durchführungsfiltern, Gleichtaktdrosseln oder einer Kombination davon vermeiden und stattdessen eine geeignetere Lösung wie einen monolithischen EMI-Filter mit verwenden bessere Geräuschunterdrückung in einem kleineren Gehäuse.
Wenn elektronische Geräte starke elektromagnetische Wellen empfangen, können unerwünschte Ströme im Stromkreis induziert werden und einen unbeabsichtigten Betrieb verursachen – oder den beabsichtigten Betrieb beeinträchtigen.
EMI/RFI können in Form von leitungsgebundenen oder abgestrahlten Emissionen auftreten. Wenn EMI leitungsgebunden ist, bedeutet dies, dass sich Lärm entlang elektrischer Leiter ausbreitet. Abgestrahlte EMI entsteht, wenn sich Lärm in Form von Magnetfeldern oder Radiowellen durch die Luft ausbreitet.
Selbst wenn die von außen zugeführte Energie gering ist, kann es bei einer Vermischung mit den für Rundfunk und Kommunikation verwendeten Radiowellen zu Empfangsverlusten, ungewöhnlichen Tongeräuschen oder Unterbrechungen der Videowiedergabe kommen. Wenn die Energie zu stark ist, kann dies passieren elektronische Geräte beschädigen.
Zu den Quellen gehören natürliche Geräusche (z. B. elektrostatische Entladung, Beleuchtung und andere Quellen) und vom Menschen verursachte Geräusche (z. B. Kontaktgeräusche, undichte Geräte mit hohen Frequenzen, unerwünschte Emissionen usw.). Typischerweise handelt es sich bei EMI/RFI-Rauschen um Gleichtaktrauschen Daher besteht die Lösung darin, einen EMI-Filter zu verwenden, um unerwünschte hohe Frequenzen zu entfernen, entweder als separates Gerät oder eingebettet in eine Leiterplatte.
EMI-Filter EMI-Filter bestehen typischerweise aus passiven Komponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten, die zu einem Schaltkreis verbunden sind.
„Induktivitäten ermöglichen den Durchgang von Gleichstrom oder niederfrequentem Strom und blockieren gleichzeitig unerwünschte, hochfrequente Ströme.„Kondensatoren bieten einen Pfad mit niedriger Impedanz, um hochfrequentes Rauschen vom Eingang des Filters zum Strom- oder Erdungsanschluss umzuleiten“, sagte Christophe Cambrelin vom Kondensatorhersteller Johanson Dielectrics.EMI Filter.
Zu den herkömmlichen Gleichtaktfiltermethoden gehören Tiefpassfilter mit Kondensatoren, die Signale mit Frequenzen unterhalb einer ausgewählten Grenzfrequenz durchlassen und Signale mit Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz dämpfen.
Ein üblicher Ausgangspunkt besteht darin, ein Paar Kondensatoren in einer Differentialkonfiguration einzusetzen, mit einem Kondensator zwischen jeder Leiterbahn des Differentialeingangs und Masse. Kapazitive Filter in jedem Zweig leiten EMI/RFI oberhalb der angegebenen Grenzfrequenz zur Erde um. Da diese Konfiguration erforderlich ist Durch das Senden von Signalen mit entgegengesetzten Phasen über die beiden Drähte wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert, während unerwünschtes Rauschen zur Erde geleitet wird.
„Leider kann der Kapazitätswert von MLCCs mit X7R-Dielektrika (üblicherweise für diese Funktion verwendet) je nach Zeit, Vorspannung und Temperatur erheblich variieren“, sagte Cambrelin.
„Obwohl also zwei Kondensatoren zu einem bestimmten Zeitpunkt bei Raumtemperatur und niedriger Spannung eng zusammenpassen, ist es wahrscheinlich, dass sie am Ende sehr unterschiedliche Werte aufweisen, sobald sich Zeit, Spannung oder Temperatur ändern.Diese Inkonsistenz zwischen den beiden Leitungsanpassungen führt zu ungleichen Reaktionen in der Nähe der Filtergrenze.Daher wandelt es Gleichtaktrauschen in Differenzrauschen um.“
Eine andere Lösung besteht darin, einen „X“-Kondensator mit großem Wert zwischen den beiden „Y“-Kondensatoren zu überbrücken. Der kapazitive „X“-Shunt sorgt für eine ideale Gleichtaktbalance, hat aber auch den unerwünschten Nebeneffekt der Differenzsignalfilterung. Vielleicht die gebräuchlichste Lösung und eine Alternative zu einem Tiefpassfilter ist eine Gleichtaktdrossel.
Eine Gleichtaktdrossel ist ein 1:1-Transformator, bei dem beide Wicklungen als Primär- und Sekundärwicklung fungieren. Bei dieser Methode induziert der Strom durch eine Wicklung einen entgegengesetzten Strom in der anderen Wicklung. Leider sind Gleichtaktdrosseln auch schwer, teuer und anfällig zu vibrationsbedingtem Versagen.
Dennoch ist eine geeignete Gleichtaktdrossel mit perfekter Anpassung und Kopplung zwischen den Wicklungen transparent für Differenzsignale und weist eine hohe Impedanz gegenüber Gleichtaktrauschen auf. Ein Nachteil von Gleichtaktdrosseln ist der begrenzte Frequenzbereich aufgrund der parasitären Kapazität. Für ein gegebenes Kernmaterial Je höher die Induktivität ist, die zur Niederfrequenzfilterung verwendet wird, desto mehr Windungen sind erforderlich, was zu parasitären Kapazitäten führt, die die Hochfrequenzfilterung nicht passieren können.
Fehlanpassungen zwischen Wicklungen aufgrund mechanischer Herstellungstoleranzen führen zu einer Modusumschaltung, bei der ein Teil der Signalenergie in Gleichtaktrauschen umgewandelt wird und umgekehrt. Diese Situation kann zu Problemen mit der elektromagnetischen Verträglichkeit und Immunität führen. Die Fehlanpassung verringert auch die effektive Induktivität jedes Zweigs.
Unabhängig davon haben Gleichtaktdrosseln erhebliche Vorteile gegenüber anderen Optionen, wenn das Differenzsignal (Durchgang) im gleichen Frequenzbereich wie das Gleichtaktrauschen arbeitet, das unterdrückt werden muss. Mit einer Gleichtaktdrossel kann der Signaldurchlassbereich auf erweitert werden Gleichtaktunterdrückungsband.
Monolithische EMI-Filter Obwohl Gleichtaktdrosseln beliebt sind, können auch monolithische EMI-Filter verwendet werden. Bei richtiger Anordnung bieten diese mehrschichtigen Keramikkomponenten eine hervorragende Gleichtaktrauschunterdrückung. Sie kombinieren zwei symmetrische Nebenschlusskondensatoren in einem Gehäuse zur gegenseitigen Induktivitätsunterdrückung und Abschirmung .Diese Filter nutzen zwei separate elektrische Pfade innerhalb eines einzigen Geräts, das mit vier externen Anschlüssen verbunden ist.
Um Verwirrung zu vermeiden, sollte beachtet werden, dass monolithische EMI-Filter keine herkömmlichen Durchführungskondensatoren sind. Obwohl sie gleich aussehen (gleiche Verpackung und gleiches Aussehen), unterscheiden sie sich stark im Design und sind nicht auf die gleiche Weise angeschlossen. Wie andere EMI Filter dämpfen monolithische EMI-Filter die gesamte Energie oberhalb der angegebenen Grenzfrequenz und lassen nur die gewünschte Signalenergie durch, während unerwünschtes Rauschen auf „Masse“ umgeleitet wird.
Der Schlüssel liegt jedoch in einer sehr niedrigen Induktivität und Anpassungsimpedanz. Bei monolithischen EMI-Filtern sind die Anschlüsse intern mit einer gemeinsamen Referenzelektrode (Abschirmung) innerhalb des Geräts verbunden, und die Platten sind durch die Referenzelektrode getrennt. Elektrostatisch sind dies die drei elektrischen Knoten bestehen aus zwei kapazitiven Hälften, die eine gemeinsame Referenzelektrode haben und alle in einem einzigen Keramikkörper enthalten sind.
Das Gleichgewicht zwischen den beiden Hälften des Kondensators bedeutet auch, dass die piezoelektrischen Effekte gleich und entgegengesetzt sind und sich gegenseitig aufheben. Dieser Zusammenhang wirkt sich auch auf Temperatur- und Spannungsschwankungen aus, sodass Komponenten auf beiden Leitungen gleichermaßen altern. Wenn diese monolithischen EMI einen Nachteil haben „In diesem Fall ist eine Gleichtaktdrossel die bessere Lösung“, sagte Cambrelin.
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