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

Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

czareqpl 01 Wrz 2017 18:55 4803 31
  • Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Celem tego artykułu jest zaprezentowanie inżynierskich metod doboru filtrowania torów zasilania dla przetwornic DC/DC małej mocy. Na potrzeby artykułu wykonałem badania przetwornicy XP Power JTC0624S05.
    Jej podstawowe parametry to Vin 9-36VDC, Vout 5VDC, Iout 800mA.
    Aby zapewnić porównywalność pomiarów, w każdym przypadku napięcie zasilania wynosić będzie 24VDC. Badania EMC/EMI będą przeprowadzane zgodnie z normą MIL-STD-461F, która jest o wiele bardziej restrykcyjna niż w przypadku urządzeń dedykowanych na rynek konsumencki. Ogólnie rzecz biorąc, urządzenia mające spełniać ów normę z reguły są zamknięte w uziemionej metalowej obudowie. W naszym przypadku będziemy badać przetwornicę bez żadnej obudowy.

    Wariant 1 – Brak filtrowania
    Schemat elektryczny:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Zamieszczone na schemacie kondensatory elektrolityczne dają co prawda „jakieś” filtrowanie, jednak użyte zostały tylko po to aby zapewnić przetwornicy stabilną pracę. Ich brak może uszkodzić przetwornicę.

    Wstępna ocena zakłóceń za pomocą oscyloskopu:
    Ustawiamy w oscyloskopie Coupling dla wybranego kanału na AC, następnie ustawiamy czułość na około 100mV/dz. Podstawą czasu czasem trzeba trochę pokręcić. W opisywanym przypadku zakłócenia były dobrze widoczne. Na poniższych fotografiach pokazałem kolejne zbliżenia na badane zakłócenie:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilaniaInżynierski dobór filtrowania w torach zasilaniaInżynierski dobór filtrowania w torach zasilaniaInżynierski dobór filtrowania w torach zasilaniaInżynierski dobór filtrowania w torach zasilaniaInżynierski dobór filtrowania w torach zasilania





    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania
    Na ostatnim oscylogramie widzimy zaznaczone dwie wartości napięcia. Pomiar polega na tym aby złapać kursorami czas narastania od 10% do 90% wartości szczytowej. Liczymy różnicę czasu pomiędzy nimi a następnie obliczamy jej odwrotność. Oscyloskop potrafi to za nas policzyć. W tym przypadku otrzymaliśmy 119MHz. Nie jest to dokładne wskazanie. W zależności od przeprowadzonego pomiaru, wartość ta może się wahać między 90 a 160MHz dla tego przypadku. Otrzymaną wartość mnożymy przez 0.35. Otrzymana wartość to prawdopodobnie najbardziej wyraźna i problematyczna częstotliwość zakłóceń EMI. W naszym przypadku wynik wynosi 41,65 MHz. Biorąc pod uwagę rozrzut pomierzonej wartości możemy się spodziewać, że wysoka emisja promieniowania będzie zawierać się w zakresie 31 – 56MHz.
    Amplituda naszego pomiaru wynosi około 280mV. Z doświadczenia wiem, że to oznacza spore kłopoty. Jeżeli badany układ cechują tętnienia poniżej 40mV peak-peak to wtedy możemy być spokojni.

    Badanie EMC/EMI
    Badanie zaburzeń przewodzonych:
    PLUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    MINUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Jak widać na powyższych wykresach, poziom zakłóceń w przewodzie zasilającym jest znaczny. Szczególną uwagę należy zwrócić na prawie identyczny wygląd zaburzeń w dodatnim i ujemnym przewodzie zasilającym. Będzie to później istotne w doborze odpowiedniego filtrowania. W aktualnej formie urządzenie nie ma szans na przejście badań pozytywnie.

    Emisja promieniowana w paśmie 2-50MHz:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Powyższy wykres może nam powiedzieć dużo na temat przyszłych trudności w dobraniu filtra. Obecność dużej ilości „prążków” jest dobrą wiadomością. W przypadku gdy na wykresie widzielibyśmy linię ciągłą, oznaczałoby to, że zakłócenia niosą ze sobą znacznie większą energię. Energię, którą trzeba wytłumić, lub rozproszyć w ciepło. Prążki, nawet wysokie nie są tragedią.

    Emisja promieniowana w paśmie 30-300MHz:
    Polaryzacja pozioma:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Polaryzacja pionowa:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Z powyższych wykresów możemy wyczytać jakie częstotliwości są najbardziej problematyczne. Z naszych wstępnych pomiarów oscyloskopem oszacowaliśmy, że największe zakłócenia będą w paśmie 31-56MHz. Na wykresie jest to pierwszy od lewej obszar. Jest tam sporo zakłóceń, jednak nie są największe. Cóż, niepewność pomiaru oscyloskopem, może akurat złapałem łagodniejsze zbocze, które dało zaniżony wynik.
    Najtrudniejsze do wyeliminowania będą zakłócenia w zakresie 50-100MHz ponieważ na wykresie są poprowadzone linią ciągłą. Niosą ze sobą najwięcej energii. Na szczęście jest też dostępnych sporo materiałów, pozwalających na wytłumienie tych częstotliwości.
    Problemy może też stwarzać pasmo 160-220MHz, ponieważ dosyć trudno filtrować te częstotliwości bez użycia metalowych puszek ekranujących. Jest szansa, że to pasmo jest jedynie trzecią harmoniczną od najwyższego piku na wykresie (71 MHz): 71MHz*3 = 213MHz.

    Modelowanie filtra pojemnościowego:
    Wprowadzając odpowiednie modele rzeczywiste stosowanych kondensatorów można z powodzeniem zaprojektować filtr w programie LT Spice.
    Ja swoich kondensatorów ceramicznych przyjąłem indukcyjność pasożytniczą na poziomie 800pH (obudowa 0805) oraz 1200pH (obudowa 1206).
    Poniżej zaprojektowany filtr oraz jego tłumienie:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Wariant 2 – Filtrowanie różnymi pojemnościami ceramicznymi
    Schemat elektryczny:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Wstępna ocena zakłóceń za pomocą oscyloskopu:
    Nastawy oscyloskopu jak w poprzednim przypadku. Poniżej zamieściłem tylko złapane zbocze zakłócenia:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Amplituda tętnień spadła prawie o połowę. To dobry znak, jednak jest to prawie granica działania filtrów wyłącznie pojemnościowych.

    Badania EMC/EMI:
    Badanie zaburzeń przewodzonych:
    PLUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    MINUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Słabo. Bez zmian w stosunku do wersji niefiltrowanej.
    Emisja promieniowana w paśmie 2-50MHz:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Także brak widocznej poprawy.

    Emisja promieniowana w paśmie 30-300MHz:
    Polaryzacja pozioma:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania
    Polaryzacja pionowa:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Troszkę lepiej ale i tak bardzo słabiutko….
    Dodajmy trochę zwojów…
    Nowo projektowany filtr wygląda tak:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Wariant 3 – Filtrowanie z użyciem kombinacji L(CM)+C
    Schemat elektryczny:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Wstępna ocena zakłóceń za pomocą oscyloskopu:
    Nastawy oscyloskopu jak w poprzednim przypadku. Poniżej zamieściłem tylko złapane zbocze zakłócenia:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Wygląda troszkę lepiej. Ważne jest, że na wykresie widzimy ładną sinusoidę. Nie ma nieregularnych kształtów jak w poprzednich przypadkach.

    Badania EMC/EMI:
    Badanie zaburzeń przewodzonych:
    PLUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Minus:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Teraz jest znacznie lepiej. Jeżeli zaburzenia przewodzone są identyczne w obu przewodach zasilających to konieczne jest użycie dławika Common Mode (właśnie taki zastosowałem, co dało efekt). Chwilowe strumienie magnetyczne indukowane przez ów szpilki zaburzeń znoszą się wtedy wzajemnie, wygładzając wykres na analizatorze. W tym momencie urządzenie bez problemów przejdzie badania emisji przewodzonej.


    Emisja promieniowana w paśmie 2-50MHz:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Mocna poprawa. Możliwe, że trzeba dodać więcej pojemności przed i za filtrem.

    Emisja promieniowana w paśmie 30-300MHz:
    Polaryzacja pozioma:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Polaryzacja pionowa:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Duża poprawa. Może po dodaniu większej pojemności byłoby jeszcze lepiej. Tak wygląda wykres po założeniu dwóch ferrytów (Wurth 742 727 22) na kabel wejściowy i wyjściowy przetwornicy:

    Polaryzacja pozioma:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Polaryzacja pionowa:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Spadek o kilka dB :D Bardzo ładnie.
    Wygląda na to, że pierwotne pomiary oscyloskopem i strzał w częstotliwość 31-56MHz okazał się celny. Po odfiltrowaniu prawie wszystkiego okazało się, z jakim pasmem jest najwięcej problemów. Aby wytłumić tętnienia w tym paśmie zalecałbym użycie innego filtra Common Mode niż aktualnie użyty. Zastosowany filtr P0354NL najlepiej się nadaje dla częstotliwości w paśmie 1-17MHz. Pewnie lepszy byłby P0421NL. Temat wymaga kolejnych eksperymentów.

    Wariant 4 – Filtrowanie z użyciem kombinacji L(CM)+(DUŻO) C
    Do poprzedniego układu dodałem jeszcze po 30uF z każdej strony przetwornicy.
    Na oscyloskopie już nie zobaczymy prawie żadnej zmiany.

    Badania EMC/EMI:
    Badanie zaburzeń przewodzonych:
    PLUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    MINUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Poprawiła się emisja w górnym paśmie. Warto więc dorzucić kilka kondensatorów więcej aby mieć pewność.

    Emisja promieniowana w paśmie 2-50MHz:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Tutaj także widać poprawę w górnym paśmie.

    Emisja promieniowana w paśmie 30-300MHz:
    Polaryzacja pozioma:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Polaryzacja pionowa:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Jest niewielka poprawa. Czasem te kilka dB robi różnicę ;)

    Podsumowując:
    Projektowanie filtra zasilania zawsze będzie wymagało co najmniej kilku prób i kilku prototypów.
    W powyższym przykładzie celowo użyłem długich przewodów zasilających (1m) oraz prowadzących do rezystora obciążającego (0.5m). Cel takiego zabiegu jest taki aby ów przewody działały jak porządne anteny nadawcze. Po zmniejszeniu długości przewodów i zamknięciu przetwornicy w obudowę chociażby z folii aluminiowej, będzie ona spełniała normę MIL-STD-461F w zakresie emisji przewodzonej i promieniowanej.

    Zapraszam do dyskusji.


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Sklep HeluKabel
  • #2 02 Wrz 2017 09:29
    szymon122
    Poziom 37  

    Co było źródłem zasilania 24V?
    Czy były robione pomiary zakłóceń z samego zasilacza?
    Pokaż jak wygląda przetwornica, jej pcb.
    Czym zostały wykonane pomiary?
    Jaki wpływ na filtracje ma kolejność zastosowanych kondensatorów? Czy w przypadku gdy zamiana kolejności dwóch kondensatorów ułatwiłoby znacznie projekt pcb to czy wszystkie starania nie legną w gruzach?

  • #3 02 Wrz 2017 09:46
    czareqpl
    Poziom 29  

    Zrodlem zasilania jest zasilacz laboratoryjny do zastosowan emc.
    Miedzy zasilaczem a badanym ukladem jest LISN. Zasilacz obciazajacy np. sam rezystor nie daje zadnej emisji.
    Pcb to prosta dwuwarstwowa plytka z czego jedna warstwa to ekran.
    Zmiana kolejnosci wartosci kondensatorow w obrebie jednego potencjalu nie ma znaczenia dla pcb o calkowitych wymiarach 30x60mm.
    Przekonanie o kolejnosci kondensatorow na sciezkach tak krotkich jest wedlug mnie jakims voodoo.

  • Sklep HeluKabel
  • #4 02 Wrz 2017 10:49
    szymon122
    Poziom 37  

    czareqpl napisał:
    Przekonanie o kolejnosci kondensatorow na sciezkach tak krotkich jest wedlug mnie jakims voodoo.

    Nie wiem, więc pytam :D
    czareqpl napisał:
    LISN

    O ile nie mylę pojęć to jest to układ usuwający zakłócenia z sieci, więc dlaczego jest on za zasilaczem a nie przed nim? Wszystkie urządzenia które widziałem były przystosowane do napięcia sieciowego.
    czareqpl napisał:
    Zrodlem zasilania jest zasilacz laboratoryjny do zastosowan emc.

    Można prosić o model o ile to nie tajemnica?
    Czy oprócz zasilacza, oscyloskopu oraz układu LISN coś zostało użyte do pomiarów?

  • #5 02 Wrz 2017 11:09
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    A mnie zastanawia sposób wyboru kondensatorów, wiem że pojedynczy kondensator ceramiczny nie obejmie całego zakresu częstotliwości, więc potrzeba kilku, ale dlaczego są tak "nierównomiernie" porozkładane?

    Przykładowo obok siebie mamy 10uF 100nF stukrotnie różniące się pojemnością
    Dalej jest 100nF i 10nF już tylko 10x
    a na końcu 1nF i 220pF już tylko 4,5x
    w innym miejscu jest 10nF koło 220pF 45x

    Jaki jest inżynierski sposób ustalania jak "gęsto" wybierać pojemności w danym przedziale, czy dla każdego kondensatora sprawdzałeś gdzie ma rezonans szeregowy i dopasowywałeś do widma zakłóceń, czy dobierałeś w LTSPICE, czy jeszcze inaczej?

    O ile wynik symulacji na poziomie 90dB wydaje się możliwy do osiągnięcia to już 240dB świadczy o tym że jesteśmy w lesie i ta symulacja sensu nie miała, pewnie któryś element był idealny, cewka?


    Cytat:

    Przekonanie o kolejnosci kondensatorow na sciezkach tak krotkich jest wedlug mnie jakims voodoo.
    Mierzyłem kiedyś częstotliwości rezonansu szeregowego i kilka mm ścieżki może spowodować że kondensator 100nF zamiast SRF=15MHz będzie miał np 5MHz w niekorzystnych warunkach może to mieć wpływ na końcowy efekt. Oczywiście im szersze i krótsze ścieżki tym efekt mniejszy, w przypadku dwóch szerokich płaszczyzn miedzi doprowadzonych do rzędu kondensatorów pewnie znikomy.

  • #6 02 Wrz 2017 12:34
    krzysiek_krm
    Poziom 35  

    jarek_lnx napisał:
    A mnie zastanawia sposób wyboru kondensatorów, wiem że pojedynczy kondensator ceramiczny nie obejmie całego zakresu częstotliwości, więc potrzeba kilku, ale dlaczego są tak "nierównomiernie" porozkładane?

    Przykładowo obok siebie mamy 10uF 100nF stukrotnie różniące się pojemnością
    Dalej jest 100nF i 10nF już tylko 10x
    a na końcu 1nF i 220pF już tylko 4,5x
    w innym miejscu jest 10nF koło 220pF 45x

    Przy równoległym łączeniu kondensatorów o różnych pojemnościach należy zachować szczególną ostrożność. Jak wiadomo, kondensatory mają różne częstotliwości rezonansu szeregowego, ich równoległe połączenie powoduje powstanie pasożytniczego równoległego obwodu rezonansowego. W zależności od widma sygnału zakłócającego może to mieć znaczenie albo nie.

  • #7 02 Wrz 2017 13:23
    krisRaba
    Poziom 26  

    szymon122 napisał:
    O ile nie mylę pojęć to jest to układ usuwający zakłócenia z sieci, więc dlaczego jest on za zasilaczem a nie przed nim? Wszystkie urządzenia które widziałem były przystosowane do napięcia sieciowego.

    W sumie wydaje się logiczne, bo interesują nas tylko zakłócenia generowane przez badane urządzenie, a nie przez źródło zasilania.

    szymon122 napisał:
    Czy oprócz zasilacza, oscyloskopu oraz układu LISN coś zostało użyte do pomiarów?

    Też jestem ciekaw czym była badana emisja promieniowana, bo rozumiem, że to zabawy we własnym "laboratorium", a nie w komorze? Sondy do pomiarów bliskich pól?

  • #8 02 Wrz 2017 13:30
    Macosmail
    Poziom 33  

    Wg. mnie aby to idealnie zrobić trzeba dysponować kartą katalogową każdego kondensatora, a więc bazować na elementach konkretnego typu i producenta (dla wielu mniejszych sklepów kondensator MLCC 0805 1uF 25V ew. rodzaj dielektryka to już wszystkie parametry). Nie obędzie się też bez drogich przyrządów pomiarowych. Niezbędny wydaje się analizator widma, a bardzo przydatny analizator impedancji do zdejmowania rzeczywistych charakterystyk.

  • #9 02 Wrz 2017 14:42
    mkpl
    Poziom 37  

    @Macosmail w praktyce to elementy mierzy się przy pomocy analizatora wektorowego np Bode 100. Kondensatory to jeszcze pół biedy bo prawdziwym pogromcą są elementy indukcyjne. Muszą one mieć nieraz wysoką indukcyjność oraz duży dopuszczalny prąd przy, którym nie mogą się nasycać a do tego możliwie niską rezystancję.

    W praktyce mierzy się też co jest źródłem "dzwonienia" często jest to źle dobrany gasik RC na diodzie wyjściowej lub jakiś inny element pracujący impulsowo (np transformator).


    Ja mam natomiast inne pytanie czy istnieje norma a jeśli tak to jaka. Chodzi o zakłócenia przewodzone na wyjściu zasilacza w kontekście telekomunikacji.

  • #10 02 Wrz 2017 16:18
    czareqpl
    Poziom 29  

    szymon122 napisał:
    Można prosić o model o ile to nie tajemnica?
    Czy oprócz zasilacza, oscyloskopu oraz układu LISN coś zostało użyte do pomiarów?


    Nie pamiętam dokładnego modelu zasilacza. Taki rackowy, 80V/80A chyba.

    Poza tym został użyty analizator widma w komorze bezodbiciowej.
    jarek_lnx napisał:
    pewnie któryś element był idealny, cewka?

    Możliwe, że nie dałem rezystancji szeregowej.

    szymon122 napisał:
    Jaki jest inżynierski sposób ustalania jak "gęsto" wybierać pojemności w danym przedziale, czy dla każdego kondensatora sprawdzałeś gdzie ma rezonans szeregowy i dopasowywałeś do widma zakłóceń, czy dobierałeś w LTSPICE, czy jeszcze inaczej?


    Tak. Dla każdego zastosowanego rezystora ustaliłem charakterystykę za pomocą niedużego analizatora z tracking generatorem. Później w LT Spice dobrałem jego parametry tak aby odpowiadały wykresowi z pomiarów. Z reguły sprowadzało się to do wpisania wartości ESL na poziomie około 800pH dla obudowy 0805.

    Rezystory w zasilaczach zawsze kładę na płaszczyznach, często bez termali.

    krisRaba napisał:
    Też jestem ciekaw czym była badana emisja promieniowana, bo rozumiem, że to zabawy we własnym "laboratorium", a nie w komorze? Sondy do pomiarów bliskich pól?

    Oczywiście, że w komorze. Inaczej widoczne byłyby stacje radiowe FM. Sondą pola bliskiego mierzymy tylko wektor H, który szybko słabnie i nie ma ścisłej korelacji z wektorem E pola EM. To właśnie wektor pola E ma największe znaczenie podczas badań promieniowanych.

    Dodano po 3 [minuty]:

    Zasadniczo chodziło mi o to aby przedstawić szybką inżynierską metodę zamiast robić doktorat i spuszczać się nad każdym marginalnym przypadkiem. Do wyszukiwania dzwonień, wystarczy oscyloskop, ewentualnie cewka podłączona do oscyloskopu aby mierzyć pole bliskie.
    W mojej pracy takie podejście sprawdza się prawie za każdym razem.

  • #11 03 Wrz 2017 12:00
    atom1477
    Poziom 43  

    szymon122 napisał:
    czareqpl napisał:
    LISN

    O ile nie mylę pojęć to jest to układ usuwający zakłócenia z sieci, więc dlaczego jest on za zasilaczem a nie przed nim? Wszystkie urządzenia które widziałem były przystosowane do napięcia sieciowego.

    No więc trochę mylisz pojęcia.
    LISN owszem też usuwa zakłócenia z sieci, ale nie jest to jego główna rola.
    Głownie służy on do zrobienia stałej impedancji źródła zasilania i wyodrębnienia zakłóceń z zasilanego urządzenia do miernika tych zakłóceń.
    I właśnie dlatego w tym przypadku jest za zasilaczem a nie przed nim. Bo zasilacz jest źródłem zasilania dla badanej przetwornicy.
    LISN musiał by być przed zasilaczem jeżeli badali byśmy zakłócenia zasilacza (czyli gdyby sieć czy była zasilaniem, a zasilacz odbiornikiem tego zasilania).

  • #12 03 Wrz 2017 13:30
    EdiM
    Poziom 12  

    Witam
    Jakoś mi się nie podoba. Jak patrzę w dokumentacji przetwornicy, to widzę na wejściu filtr PI z pojedynczymi większymi pojemnościami + dławik. Od tego bym zaczął badania mając łatwy dostęp do sprzętu i czas na to.

    Tutaj natomiast widzę nawsadzane mnóstwo kondensatorów, a zwykłego dławika nie widzę.

    Co z tego jak na symulacji jest olbrzymi spadek emisji, a w rzeczywistości jest dużo mniejszy?

    Fajne by natomiast było, gdyby popróbować większą ilość prostych rozwiązań i odnaleźć kluczowe, chociaż w tym rozwiązaniu, elementy.

    Pozdrawiam

  • #13 03 Wrz 2017 15:03
    czareqpl
    Poziom 29  

    EdiM napisał:
    Tutaj natomiast widzę nawsadzane mnóstwo kondensatorów, a zwykłego dławika nie widzę.


    Próbowałem kiedyś rozwiązania sugerowanego w nocie, jednak nie dawało tak dobrych rezultatów jak w przypadku dłąwika CM.


    EdiM napisał:
    Co z tego jak na symulacji jest olbrzymi spadek emisji, a w rzeczywistości jest dużo mniejszy?

    W symulacji jest olbrzymi wzrost tłumienia. Emisja to także zebrane pole EM sprzed filtra. Jak badałem układ z użyciem sondy pola bliskiego, to sporo emisji w paśmie 30-50MHz pochodziło z samej przetwornicy i ścieżek przed filtrem.

    Chciałbym tylko wspomnieć, że norma według której badałem charakteryzuje się umieszczeniem anteny w odległości 1m od badanego urządzenia (norma komercyjna to 3m), progi przekroczeń emisji promieniowanej są niższe o około 10dB w stosunku do normy komercyjnej.

    Tylko przy emisji przewodzonej obie normy mają identyczne limity przekroczeń.


    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

  • #14 03 Wrz 2017 15:19
    Szaflik
    Poziom 20  

    Masz możliwość wstawienia zamiast tych zespołów 5 ceramików 1 kondensatora feed-thruu (+ew. jakieś uF) ? Zastanawiam się jaki będzie wtedy efekt.

    Druga kwestia - fajnie mieć dostęp do komory i sprzętu - zazwyczaj nie ma zbyt dużych możliwości na eksperymenty, a badania "inżynierskie" są zazwyczaj ograniczone czasowo/budżetowo.

  • #15 03 Wrz 2017 16:12
    czareqpl
    Poziom 29  

    Szaflik napisał:
    Masz możliwość wstawienia zamiast tych zespołów 5 ceramików 1 kondensatora feed-thruu (+ew. jakieś uF) ? Zastanawiam się jaki będzie wtedy efekt.


    Pewnie coś znajdę. Tylko jak połączyć ten kondensator? Dać tą pojemność do minusa przetwornicy, czy do ekranu? Takie kondensatory mają z reguły małe pojemności, max 3nF. Stosuje się je w przepustach puszek ekranujących. W takich zastosowaniach sprawdzają się wyśmienicie (cały promieniowany syf ze ścieżek przed filtrem zostaje w puszce).
    Czasem stosuje się takie kondensatory w wersji SMD, jednak one wtedy też są montowane do ekranu i zasadniczo pełnią funkcję przepustu z zachowaniem szczelności EM.


    Dostęp do komory nie jest aż tak konieczny. Wystarczy porządny oscyloskop. Ja przy tych badaniach używałem tektronixa z pasmem 200MHz. Ważne jest aby wiedzieć czego szukać.

    Dla tych, którzy są bardziej zainteresowani tematem, mogę polecić książkę EMC Made simple. Jej autor Mark Montrose raz w roku przylatuje do Polski i prowadzi tygodniowe szkolenie w Poznaniu. Wiąże się to z konkretnymi wydatkami, jednak na dłuższą metę opłaca się pracodawcom.

  • #16 03 Wrz 2017 17:03
    Szaflik
    Poziom 20  

    Chodziło mi o wersje smd tych kondensatorow (są wersje stricte dedykowane do filtracji zasilania o pojemności uF .. np seria NFM18 / NFM21 - Link ...). Jeden taki kondensator zapewnia to co właśnie taka drabinka jaką wstawiłeś - czyli pokrycie szerokiego zakresu pasma. Warunkiem jest niska impedancja połączenia do ground plane'u masy.

    Bez komory raczej ciężko zbadać faktyczną emisje promieniowaną ;) Co do samego dzwonienia to tak - oscyloskopem można "zlokalizować" ewentualne problemy.

    Odnośnie literatury - polecam również: "EMC for Product Designers, Tim Williams"

  • #17 03 Wrz 2017 18:31
    czareqpl
    Poziom 29  

    W zasadzie to do wstępnej oceny emisji promieniowanej dobrze się nada analizator widma i metalowa skrzynia. W niej jeżeli nie będzie widać FM i radyjek w niskim paśmie to też by się nadała.

  • #18 04 Wrz 2017 00:40
    stxma
    Poziom 10  

    Witam,

    Dziękuję za ten artykuł. Widzę, że dysponujesz dobrym sprzętem.

    Moim zdaniem brakuje tu zwykłego filtra LC na wejściu. Dławiki skompensowane prądowo mają bardzo małą indukcyjność dla sygnału różnicowego, ponieważ szybko się nasycają i nie działałyby dla sygnału wspólnego, a do tłumienia sygnału wspólnego właśnie się je stosuje.

    Proszę spróbować zrobić następujący eksperyment:
    Usunąć wszystkie kondensatory i dławiki. Płaszczyznę ekranującą podłączyć do masy przetwornicy.
    Patrząc od strony wejścia zasilania zbudować układ: równolegle do wejścia kondensator MLCC 10u/35V , szeregowo w linii zasilającej dławik 47u np. DLG-0403-470 (0,4 zł), następnie równolegle (do masy) KE 220u/35V oraz 2x MLCC 10u/35V, wejście przetwornicy, z wyjścia przetwornicy MLCC 100u/6V3 do masy.

    5W to praktyczna granica, gdzie powinno się już myśleć o zastosowaniu dławika skompensowanego prądowo na wejściu zasilania, ale w tym przypadku może się okazać niepotrzebny. Pojemności o małych wartościach i wysokim rezonansie znajdują się już wewnątrz przetwornicy.

    Zakłócenia przewodzone w całym zakresie powinny być przynajmniej 30dB poniżej normy.
    Ciekawe jak wypadną pomiary zakłóceń promieniowanych z tą półmetrową anteną na wyjściu.

    Pozdrawiam
    Maciej Adamski

  • #19 04 Wrz 2017 06:39
    czareqpl
    Poziom 29  

    stxma napisał:
    Dławiki skompensowane prądowo mają bardzo małą indukcyjność dla sygnału różnicowego, ponieważ szybko się nasycają i nie działałyby dla sygnału wspólnego, a do tłumienia sygnału wspólnego właśnie się je stosuje.


    Dlatego właśnie je zastosowałem, ponieważ wykresy emisji przewodzonej były identyczne w plusie i minusie.

    stxma napisał:
    5W to praktyczna granica, gdzie powinno się już myśleć o zastosowaniu dławika skompensowanego prądowo na wejściu zasilania

    Niestety się nie zgodzę. Z dużym powodzeniem stosuję dławiki CM na prądy do 10A/28V.

    stxma napisał:
    Zakłócenia przewodzone w całym zakresie powinny być przynajmniej 30dB poniżej normy.

    Powinny, nie powinny... Wszystko i tak sprowadza się do wyniku badań w certyfikowanym ośrodku. Jak kiedyś tam wizytowałem to prowadzący badanie powiedział: "Jak nie przekracza to nie przekracza. Przybija się pieczątkę i jest spokój"...

    Co do proponowanego eksperymentu ro spróbuję go wykonać w najbliższych dniach.
    stxma napisał:
    Płaszczyznę ekranującą podłączyć do masy przetwornicy.

    Którą masę? Wejściową czy wyjściową? (przetwornica jest izolowana)

  • #20 04 Wrz 2017 08:41
    stxma
    Poziom 10  

    Cytat:
    Dlatego właśnie je zastosowałem, ponieważ wykresy emisji przewodzonej były identyczne w plusie i minusie.


    Do sprawdzenia czy CM jest znaczący lepiej użyć przystawki (transformatorowa (prawie -0dB) albo rezystancyjna (-4dB)), która z VL i VN tłumi DM i zostawia CM.

    Cytat:
    Niestety się nie zgodzę. Z dużym powodzeniem stosuję dławiki CM na prądy do 10A/28V.


    Chodziło o to, że od 5W w górę należy stosować dławiki skompensowane. Poniżej 5W najczęściej przechodzi ze zwykłym filtrem.

    Cytat:
    Powinny, nie powinny... Wszystko i tak sprowadza się do wyniku badań w certyfikowanym ośrodku. Jak kiedyś tam wizytowałem to prowadzący badanie powiedział: "Jak nie przekracza to nie przekracza. Przybija się pieczątkę i jest spokój"...


    W tym sensie, że z podanym przeze mnie filtrem powinny wyjść przewodzone 30dB poniżej normy. Ciekawy jestem promieniowanych. Oczywiście jeżeli robimy pomiary w laboratorium certyfikowanym i przechodzi na styk, to się tym nie przejmujemy :)

    Cytat:
    Którą masę? Wejściową czy wyjściową? (przetwornica jest izolowana)


    Jeżeli jest izolowana, to rozdzieliłbym płaszczyznę masy pod przetwornicą wycinając pasek miedzi o szerokości 5mm przez całą płytkę od góry do dołu. To co po stronie pierwotnej to do wyprowadzenia masy pierwotnej, a po stronie wtórnej do wyprowadzenia masy wtórnej. Skoro jest izolowana, to masy nie powinny się łączyć przez kondensatory niskonapięciowe. Chyba, że na izolacji nam nie zależy, ale wtedy lepiej użyć przetwornicy nieizolowanej bo jest pewnie ze dwa razy tańsza.

    Dzięki za poświęcony czas, czekamy na rezultaty
    Pozdrawiam

  • #21 07 Wrz 2017 12:11
    czareqpl
    Poziom 29  

    Witam po krótkiej przerwie.

    Wprowadziłem w czyn propozycję eksperymentu. Warunki środowiskowe bez zmian: Zasilanie 24VDC, kabel do rezystora 0.5m, kabel zasilający 1m, odległość anteny od badanego obiektu 1m.


    Schemat elektryczny:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania
    Zastosowany dławik z odzysku: DS1608C-473MLB

    Emisja przewodzona:
    PLUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania
    MINUS:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Aż prosi się o filtr typu CM... Ponieważ prąd wejściowy jest niewielki to dałbym PE-53914NL.

    Emisja promieniowana:
    2-50M:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    30-300M - Polaryzacja pozioma:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania
    30-300M - Polaryzacja pionowa:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Ponieważ pokazała się emisja w okolicach 300MHz, zrobiłem także pomiar inną anteną w dalszym paśmie:
    150-1000Mhz - Polaryzacja pozioma:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    150-1000Mhz - Polaryzacja pionowa:
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Pozdrawiam

  • #22 07 Wrz 2017 13:58
    stxma
    Poziom 10  

    Dzięki za pomiary.

    To chyba ten przewód na wyjściu 0,5m tak sieje przez pojemność między uzwojeniami dławika izolowanego w przetwornicy i następnie przez pojemność do ziemi daje duży prąd CM.

    Czy masz może pomiary, gdy obciążenie jest podłączone bezpośrednio do przetwornicy (bez przewodu)?
    Można by również zrobić pomiary, gdy obciążenie jest podłączone bezpośrednio do przetwornicy, a obie żyły przewodu 0,5m są podłączone do wyjścia (albo nawet obie do masy), ale końce przewodu są wolne (antena).
    Przy okazji można by również zrobić szybki eksperyment porównawczy, ze zwartą masą wtórną z pierwotną (brak izolacji przetwornicy). Prąd z pojemności dławika izolowanego zamknie się wtedy lokalnie, a nie przez pojemność do ziemi. Mielibyśmy wtedy pełen obraz sytuacji.

    Jak była zorganizowana płaszczyzna masy ekranującej w tej wersji?

    Tak przy okazji, to jeżeli ktoś widział stanowisko do pomiarów przewodzonych z płaszczyznami masy poziomej na podłodze i pionowej za stołem, to nie służą one do ekranowania, tylko do stworzenia powtarzalnej w różnych laboratoriach pojemności do ziemi, która daje ten najbardziej uciążliwy w EMC prąd CM.

    Pozdrawiam

  • #23 07 Wrz 2017 14:16
    czareqpl
    Poziom 29  

    stxma napisał:
    To chyba ten przewód na wyjściu 0,5m tak sieje przez pojemność między uzwojeniami dławika izolowanego w przetwornicy i następnie przez pojemność do ziemi daje duży prąd CM.


    Dużą rolę pełni także przewód zasilający. Kiedy badałem emisję przewodzoną, to zmieniłem nastawy na te, których używam przy pomiarach 30-300MHz. Tam to były spore falbany... W ten sposób łatwo identyfikuję, którym kablem "sieje" najbardziej. Jeżeli to co zobaczyłem w przewodzonych HF, pokrywa się kształtem (nie amplitudą) z emisją promieniowaną to mam praktycznie pewność, że to kabel zasilający. Badanie emisji przewodzonej w wysokich częstotliwościach i dobieranie tłumienia to bardzo ważny etap optymalizacji EMC/EMI, jednak wymaga dostępu do aparatury.

    stxma napisał:
    Jak była zorganizowana płaszczyzna masy ekranującej w tej wersji?

    Zrobiłem tak jak zasugerowano w propozycji ekperymentu.
    Wylutowałem przetwornicę, pod nią w laminacie wyrezałem przerwę, po drugiej stronie (tam gdzie są elementy filtrujące), też rozdzieliłem plane w połowie i dowarłem go do masy pierwotnej i wtórnej. Nie wiem czy to pomogło, ponieważ w tej przetwornicy "masa" też jest "głośna"...


    stxma napisał:
    Czy masz może pomiary, gdy obciążenie jest podłączone bezpośrednio do przetwornicy (bez przewodu)?

    Nie.

  • #24 07 Wrz 2017 15:51
    stxma
    Poziom 10  

    Też moim zdaniem przewodzone są kluczowe i dają od razu wgląd w sytuację, a dokładnie przewodzone zakłócenia CM.
    A przewód zasilający też sieje, ponieważ CM płynie przez wszystko szeregowo. Gdyby nie było dużej pojemności (przewód 0,5m) do ziemi na wyjściu, to przewód zasilający też by mniej promieniował.

    Jeżeli ze zwartymi masami między stroną pierwotną i wtórną okazałoby się, że wyniki są dobre, to należy zwarcie zastąpić kondensatorem Y1 (testowany jest na 8kV) o pojemności 1..10nF. Na pewno każdy widział taki kondensator w przetwornicach komputerów, monitorów itp. Zamyka on pętlę prądu przy samej przetwornicy.

  • #25 07 Wrz 2017 21:22
    czareqpl
    Poziom 29  

    stxma napisał:
    dokładnie przewodzone zakłócenia CM.

    Nie tylko CM ale i DM.

    Kiedyś miałem taki zasilacz w którym wsadziłem na wejściu szereg pojemności i masywny dławik CM na 10 lub 20A. Promieniowane były w miarę spoko (niewielka górka przy 190-210MHz, którą stłumiłem dodając 100pF w obwód Feedback), jednak w żyle zasilania miałem jeszcze małe tętnienia w paśmie 9kHz-30MHz. Po wsadzeniu w nią dodatkowego dławika 10uH, problem się rozwiązał.

    Przy optymalizacji jednego z urządzeń miałem trochę emisji promieniowanej w paśmie 320-340MHz... Normalnie badany obiekt powinien być umieszczony na gąbce 5cm nad miedzianym stołem... Gdy kładłem obiekt na stole na którym była kartka papieru, emisja nie była wykrywalna... ALE... Jak obuściłem antenę o te 5cm, to znowu mogłem odbierać ów zakłócenia :D Masakra... Jakieś kierunkowe fale albo inne voodoo...

    A tak OT:
    Wiecie jak najłatwiej zaprojektować urządzenie, które przejdzie każde badanie EMC/EMI?
    Wystarczy zamontować w środku radyjko typu TEA5767... Jeżeli uC, nie znajdzie żadnej stacji radiowej, to znaczy, ze jest w komorze EMC i lepiej będzie jak nie będzie włączał żadnych potencjalnie problematycznych peryferii :D

  • #26 07 Wrz 2017 21:58
    EdiM
    Poziom 12  

    czareqpl napisał:


    A tak OT:
    Wiecie jak najłatwiej zaprojektować urządzenie, które przejdzie każde badanie EMC/EMI?
    Wystarczy zamontować w środku radyjko typu TEA5767... Jeżeli uC, nie znajdzie żadnej stacji radiowej, to znaczy, ze jest w komorze EMC i lepiej będzie jak nie będzie włączał żadnych potencjalnie problematycznych peryferii :D


    Ostatnio James Liang z Volkswagena dostał wyrok....

    Natomiast, co do samych wykresów. Dla przeciętnego inżyniera walczącego z EMC, to bardziej znajomy jest wykres z limitami dla normy 55022.
    Np.
    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Czasem zwiększając nadmiernie dławik CM otrzymujemy w końcu dobry wynik, bo dławik taki siłą rzeczy ma też tłumienie DM.

    Pozdrawiam

  • #27 08 Wrz 2017 02:08
    stxma
    Poziom 10  

    Z ciekawości zrobiłem symulację pomiarów przewodzonych LTspicem. Częstotliwość przetwornicy 260kHz, 24V, 5V, obciążenie 6R8.

    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Na wykresach wszystkie dB to dBuV.
    Wykres zielony to CM (VL+VN), niebieski to DM (VL-VN), czerwony to VL (wykres VN jest prawie identyczny jak VL).

    Symulacja bez kondensatora C1 między masą pierwotną a wtórną:

    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Symulacja z kondensatorem C1 10n:

    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

    Jeżeli chodzi o DM vs CM, to z DM nigdy nie mam problemu, ponieważ prawie zawsze daję na wejściu filtr CLC. Problemy z CM zwiastują duże zakłócenia promieniowane.

    Pozdrawiam
    [/img]
    Dodano po 16 [minuty]:
    Załączam jeszcze symulację bez filtra wejściowego L5 C13 (i podłączonym C1 10n):

    Inżynierski dobór filtrowania w torach zasilania

  • #28 08 Wrz 2017 08:36
    czareqpl
    Poziom 29  

    EdiM napisał:
    Ostatnio James Liang z Volkswagena dostał wyrok....


    +20 do poczucia humoru...

  • #29 09 Wrz 2017 15:09
    mkpl
    Poziom 37  

    czareqpl napisał:
    stxma napisał:
    dokładnie przewodzone zakłócenia CM.

    Nie tylko CM ale i DM.

    Kiedyś miałem taki zasilacz w którym wsadziłem na wejściu szereg pojemności i masywny dławik CM na 10 lub 20A. Promieniowane były w miarę spoko (niewielka górka przy 190-210MHz, którą stłumiłem dodając 100pF w obwód Feedback), jednak w żyle zasilania miałem jeszcze małe tętnienia w paśmie 9kHz-30MHz. Po wsadzeniu w nią dodatkowego dławika 10uH, problem się rozwiązał.

    Przy optymalizacji jednego z urządzeń miałem trochę emisji promieniowanej w paśmie 320-340MHz... Normalnie badany obiekt powinien być umieszczony na gąbce 5cm nad miedzianym stołem... Gdy kładłem obiekt na stole na którym była kartka papieru, emisja nie była wykrywalna... ALE... Jak obuściłem antenę o te 5cm, to znowu mogłem odbierać ów zakłócenia :D Masakra... Jakieś kierunkowe fale albo inne voodoo...

    A tak OT:
    Wiecie jak najłatwiej zaprojektować urządzenie, które przejdzie każde badanie EMC/EMI?
    Wystarczy zamontować w środku radyjko typu TEA5767... Jeżeli uC, nie znajdzie żadnej stacji radiowej, to znaczy, ze jest w komorze EMC i lepiej będzie jak nie będzie włączał żadnych potencjalnie problematycznych peryferii :D



    Pewien jesteś, że nie złapie układu który ma "chronić"?


    Ktoś coś wie o ewentualnych normach i sposobie pomiaru zakłóceń wspólnych dla wyjścia zasilacza? Obecnie musiałem sobie wymyślić jakieś kryteria pomiaru (używam sztucznej sieci "w drugą stronę") i porównuje zasilacze pomiędzy sobą...

  • #30 09 Wrz 2017 16:28
    stxma
    Poziom 10  

    Cytat:
    Ktoś coś wie o ewentualnych normach i sposobie pomiaru zakłóceń wspólnych dla wyjścia zasilacza? Obecnie musiałem sobie wymyślić jakieś kryteria pomiaru (używam sztucznej sieci "w drugą stronę") i porównuje zasilacze pomiędzy sobą...


    Właśnie LISN, a jeżeli nie można zastosować, to przez rezystor (o ile dobrze pamiętam) 1550R szeregowo z kondensatorem o znikomej impedancji w porównaniu z 1550R do wejścia analizatora, który ma impedancję 50R (taka sonda napięciowa). W analizatorze trzeba przesunąć poziom o 30dB, tak, żeby pokazywał wartości z przewodu badanego, a nie za dzielnikiem 50/(1550+50).

    Jeżeli chodzi o graniczne poziomy, to zdaje się, że w normach EN61000-6 jest specjalna kolumna w tabelce.

    Inne wyjścia/wejścia np. sterujące też trzeba tak badać. Linie transmisyjne to już chyba cęgami sprzęgającymi.