Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zakłócenia EMI w układach isoPower część 4.

ghost666 29 Maj 2013 10:14 3867 0
  • Unikanie zakłóceń EMI poprzez wprowadzanie pojemności zszywającej

    Gdy przez ścieżki naszej płytki płynie prąd podobny, lustrzany prąd płynie w wylewce masy znajdującej się w innej warstwie. Gdy ścieżka przechodzi nad otworem w wylewce masy prąd lustrzany nie może tamtędy popłynąć a w konsekwencji pojawia się pewna różnica potencjałów na powierzchni druku, która z kolei powoduje emisję zakłóceń elektromagnetycznych. W celu uniknięcia występowania tego zjawiska należy zapewnić lustrzanym prądom jakąś drogę do płynięcia za sygnałem. Standardową praktyką w takich sytuacjach jest umieszczanie kondensatora zszywającego przestrzenie po obu stronach nieciągłości wylewki masy. Ta sama technika sprawdza się w przypadku minimalizacji zakłóceń EMI generowanych pomiędzy dwoma wylewkami masy po obu stronach bariery izolacji galwanicznej w systemie z układami isoPower. Istnieją co najmniej trzy sposoby wprowadzenia tego typu pojemności:

    • Dodanie do układu kondensatora pomiędzy wylewkami. Pamiętać należy o odpowiednim napięciu pracy kondensatora.
    • Wytworzenie pływającej wylewki pomiędzy masami izolowanych stron, ukształtowanej tak aby zachodziła na obie wylewki. W konsekwencji wytworzy się układ pojemności zszywających.
    • Takie zaprojektowanie PCB aby wylewki masy na siebie zachodziły, tworząc prosty kondensator.


    Każde z tych rozwiązań ma pewne wady i zalety o czym w poniższej części artykułu.

    Dyskretny kondensator

    Pojemność zszywająca może być zaimplementowana w formie pojedynczego prostego kondensatora ceramicznego łączącego masy po obu stronach bariery. Pamiętać należy o takim doborze kondensatora aby spełniał on warunki izolacji. Istotne jest napięcie pracy, które musi być nie niższe niż napięcie przebicia izolacji galwanicznej w układzie ADuM, a także rozstaw nóżek układu o upływ występujący w elemencie. Najwięksi producenci kondensatorów, tacy jak Murata, Johansen, Hitano czy Vishay dostarczają tego typu elementy z pełnym zestawem parametrów, spełniających wymagania tej aplikacji. Są one dostępne jako elementy do montażu powierzchniowego jak i przewlekanego.

    Z drugiej strony pamiętać należy iż kondensator jest elementem dyskretnym. Musi zostać fizycznie umocowany na PCB z wykorzystaniem montażu THT czy SMD co w konsekwencji wprowadza pewną indukcyjność do układu. Ponadto dyskretny kondensator jest zlokalizowany co wymusza płynięcie prądu w samej wylewce masy a w konsekwencji powoduje że w wylewce powstaje pewien asymetryczny obraz prądowy. Te czynniki ograniczają stosowalność tej techniki eliminacji EMI do około 200 MHz.

    Pojemność zszywająca wbudowana w PCB

    Możliwe jest wytworzenie pojemności pomiędzy wylewkami masy po obu stronach izolacji na co najmniej kilka sposobów. Kondensator wytwarza się poprzez 'założenie' na siebie dwóch warstw wylewki odizolowanych dielektrykiem PCB. W takiej sytuacji induktancja jest niezwykle niska, a pojemność jest równo rozłożona na szerokiej powierzchni. Tego typu struktury należy wytwarzać korzystając z wewnętrznych warstw PCB gdyż warstwy zewnętrzne charakteryzują się mniejszymi wymaganiami co do upływu. Z tego względu wymagane jest co najmniej czterowarstwowe PCB.





    Dobrym rozwiązaniem jest użycie pływającej struktury mostkującej pierwotną i wtórną stronę izolatora. Warto tutaj zwrócić uwagę że wylewki zasilania i wylewki masy są wylewkami referencyjnymi dla szumu AC, a w związku z tym obie mogą zostać zastosowane do zszycia poprzez pojemność obu stron układu.

    Pływająca pojemność

    Na poniższym obrazku pokazano strukturę z pływającą wylewką (żółta) wprowadzającą pojemność pomiędzy wylewkami odniesienia (zielona i niebieska). Taka struktura generuje dwie pojemności, pokazane poprzez zacienienie obszaru, połączone za pomocą pozostałej części struktury. Optymalnie pola powierzchni obu zakładek powinny być takie same.

    Zakłócenia EMI w układach isoPower część 4.


    Aby wyznaczyć wielkość pojemności sprzęgającej należy skorzystać z podstawowych wzorów na kondensator płytkowy i na szeregowo połączone kondensatory. Struktura składa się z C1 i C2, efektywna pojemność ukłądu, C, wyniesie:

    C = C1*C2/(C1+C2)

    A sama pojemność C1 i C2, przy zachowaniu takiego samego pola nakrywania A i grubości izolacji d:

    C1 = C2 = Aε/d

    ε to efektywna przenikalność dielektryczna w tym układzie, ε = ε0*εr, gdzie ε0 = 8,854 * 10e-12 F/m, εr dla laminatu FR4 to około 4,5.

    Jeśli zatem zachowa się takie same pola powierzchni i w1 = w2 = w (szerokość zakładki) to efektywna pojemność sprzęgu wyniesie:

    C = lwε/d

    Takie rozwiązanie ma kilka zad i walet. Zaletą tego układu jest zapewnienie dwóch przerw izolujących układ galwanicznie, wykorzystując jako dielektryk laminat. Wadą tego rozwiązania jest to że efektywna pojemność jest o połowę mniejsza niż pojemność sformowana w podobny sposób ale wykorzystując jeden kondensator. Taka architektura jest zalecana gdy mamy do dyspozycji dostateczną powierzchnię płytki.

    Pojemność 'zakładki' pomiędzy warstwami

    Prostszą metodą jest wytworzenie na PCB prostej zakładki pomiędzy warstwami wylewek, tak jak pokazano na poniższym obrazku.

    Zakłócenia EMI w układach isoPower część 4.


    W tym przypadku pojemność C sprzęgu wyniesie:

    C = lwε/d (oznaczenia takie jak powyżej).

    Podstawową zaletą takiej struktury, oprócz jej prostoty, jest to że pojemność pomiędzy warstwą górną i dolną będzie większa niż w przypadku pojemności pływającej, ale z drugiej strony istnieje tylko jedna przerwa izolacyjna. Dodatkowo w takim układzie sąsiednie warstwy muszą pozostać wolne, aby zminimalizować upływ z kondensatora. Takie rozwiązanie jest idealnym do mniejszych płytek, gdzie mniejsze są wymagania co do napięcia przebicia pomiędzy stroną wtórną i pierwotną.
    Źródła:
    http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-0971.pdf


    Fajne! Ranking DIY