CC BY
269Компоненты и технологии, № 2'2002
ЕМ!-фильтры Murata
С развитием цифровых технологий для разработчиков электронного оборудования становится все более серьезной проблема электромагнитной совместимости различных устройств. Компания МигаГа, о которой мы подробно рассказывали в предыдущих номерах нашего журнала, уже более 10 лет принимает активное участие в решении этой проблемы.
Компоненты
Скрипников Андрей
Механизм появления электромагнитных помех очень сложен и многообразен. Для того чтобы удовлетворить всем требованиям клиентов в области подавления электромагнитных помех, компания Murаtа инвестирует огромные средства в исследование этой проблемы.
Помимо разработки технологии шумоподавляющих фильтров, Murata освоила коммерческое производство широкого спектра EMI-фильтров под торговой маркой EMIFil®.
Назначение ЕМ1-фильтров
EMI-фильтры предназначены для подавления высокочастотного шума, возникающего в процессе работы различных устройств.
' Источник помех
4 у^Т\ /устройствоД
а \ помехе у
1 А 1 4 I
— Г" |ЕМ1-фильтр \ 1 1 1 /УстройствоА
\]ЕМ1-фильтр|——|ЕМ1-фильтр [подверженное]
^ Е М1-фи л ьтр |— \ помехе у
Рис. 1. Причины возникновения (а) и способы подавления (б) электромагнитных помех
Эти фильтры получили широкое распространение как элемент, подавляющий высокочастотные наводки в компьютерном оборудовании, периферии, цифровых схемах, аудио-, видеооборудовании и в других цифровых устройств. Кроме того, эти элементы используются для защиты от электромагнитных помех устройств, работающих в неблагоприятных условиях, таких как салон автомобиля и пр.
Необходимость в использовании фильтров возникает тогда, когда источник помех и помехочувствительное устройство находятся в непосредственной близости друг от друга. Такая ситуация изображена на рис. 1, а. Помеха передается по проводникам, которыми соединены различные устройства или блоки одного устройства, а также наводится в них внешним электромагнитным полем.
Для решения этой проблемы можно, во-первых, уменьшить уровень помех, излучаемый самим устройством-передатчиком (3), повысить помехозащищенность приемника (4), или, что наиболее желательно, применить оба способа (1), рис. 1, б.
Основные виды ЕМ1-фильтров
Итак, EMI-фильтры предназначены для подавления ВЧ-помех (шума), приходящих от источника сигнала или наводящихся в проводниках под действием внешнего электромагнитного поля.
Шумоподавляющий эффект достигается за счет использования частотных свойств конденсатора или катушки индуктивности.
Соответственно, EMI-фильтры подразделяются на следующие виды:
• использующие свойства конденсаторов;
• использующие свойства катушек индуктивности;
• комбинированные.
Рассмотрим подавление ВЧ-шума с использованием емкостного фильтра (рис. 2). Конденсатор в такой схеме подключается между сигнальным проводником и «землей» устройства. С ростом частоты
Компоненты и технологии, № 2'2002
Компоненты
Обкладки
Диэлектрики
Выводы
Рис. 3. Классический конденсатор и его эквивалентная схема
Рис. 4. Трехвыводной конденсатор и его эквивалентная схема
ґ<
C=2200pf і?4
\
\ «-
N ¡о
5 10 50 100
Частота, МГц
Рис. 5. Сравнительные характеристики классического и трехвыводного конденсаторов
полное сопротивление конденсатора падает. Так как характер шума в основном высокочастотный, он отводится конденсатором на землю. В таких фильтрах могут использоваться обычные конденсаторы, подбирая емкость которых можно «вырезать» шум в заданном частотном диапазоне. Однако с ростом частоты эффективность таких фильтров сильно падает, что связано с паразитной индуктивностью выводов конденсатора (рис. 3).
Обкладки
Диэлектрики
- Выводы
160 0 140 «в 1 120 р % 100 1» о | 60 о С 40 20
R(f)
\
/ / 0-yMMAA/VtC \ /
/ / / / /
✓ / / /
/- ■ *■/ ■ ✓ /
/‘
✓
0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 Частота [MHz] Рис. 7. Эквивалентная схема индуктивных фильтров Murata и их частотные характеристики (X — индуктивная составляющая; R — активная составляющая; Z — полное сопротивление)
Индуктивности, используемые в EMI-фильтрах фирмы Murata, при работе на высоких частотах по своим свойствам приближаются к резистору, что, во-первых, уменьшает вероятность возникновения паразитных колебаний, а во-вторых, не искажает форму полезного сигнала (рис. 7. R доминирует на высоких частотах).
Кроме конденсаторных и индуктивных фильтров, фирма Murata выпускает комбини-
В EMI-фильтрах фирмы Murata используется специальные трехвыводные проходные конденсаторы, характеризующиеся уменьшенным влиянием индуктивности выводов на фильтрующие свойства EMI-фильтра. Такие конденсаторы могут использоваться для подавления шума на частотах свыше 1 ГГц (рис. 4). Сравнительные характеристики емкостных фильтров приведены на рис. 5.
В случае использования индуктивного элемента он включается последовательно в зашумленную цепь. Полное сопротивление индуктивности растет с увеличением частоты, что позволяет ослабить или подавить шумовые помехи (рис. 6).
Как и в случае с конденсаторами, можно использовать индуктивности общего назначения в качестве EMI-фильтров. Однако при этом появляется опасность возникновения резонанса в цепях, содержащих индуктивность и искажение формы полезного сигнала.
Индуктивный тип BLM21
Рис. 8 Сравнительные характеристики фильтров емкостного и индуктивного типа
Табл. 1. ЕМ1-фильтры Мигаїа
рованные фильтры, сочетающие в себе свойства конденсатора и варистора. Фильтры этой серии предназначены для подавления выбросов высокого напряжения и в основном используются во входных сигнальных цепях компьютерных устройств.
На рис. 8 приведены сравнительные характеристики емкостных и индуктивных EMI-фильтров. Очевидно, что вносимое емкостным фильтром затухание более выражено по сравнению с индуктивным фильтром на заданной частоте. Это и неудивительно, если вспомнить устройство емкостных фильтров Murata. Однако применение этих фильтров требует наличия «правильного» заземления третьего вывода фильтра, что приводит к некоторому усложнению печатной платы электронного устройства. Фильтрующий эффект фильтров индуктивного типа не так ярко выражен, однако их применение не требует наличия «правильного» заземления в месте монтажа фильтра.
Линейка ЕМ1-фильтров МигаГа
Как уже было сказано выше, фирма Murata выпускает очень широкий спектр EMI-фильтров различного назначения, способный
Конденсаторные
Тип фильтра Емкость Рабочее напряжение, В Рабочий ток Сопротивление постоянному току Примечание
NFM41R 22-220 пф 25в, 50в 300 мА 0,6 ом, 0,3 ом ЕМ1-фильтры общего назначения
NFM51R 10-500 Мгц* 25 200 мА Для цифровых сигнальных интерфейсов
NFM840R 10-100пф 50 25-50мА 22-100ом Высокодобротные фильтры для схем, чувствительных к искажениям формы сигналов
NFA81R 22 пф — 22 нф 50 200-300 мА Сборки ЕМ1-фильтров на 4-8 элементов
NFM61R 33 пф — 4,7 нф 50 2-6А Для цепей питания электронных устройств
Индуктивные
Полное сопротивление** Рабочий ток, мА Примечание
BLM41A 10-1000 ом 50-700 ЕМ1-фильтры общего назначения
BLM41P Для цепей питания электронных устройств
BLM31A ЕМ1-фильтры общего назначения
BLM21R Для цифровых сигнальных интерфейсов
BLM11H Сверхвысокочастотные фильтры, свыше 1Ггц
BLM31B Высокочастотные фильтры
Частота среза фильтра На частоте 100МГц
-Q-
Компоненты и технологии, № 2'2002 Компоненты
Табл. 2. Фильтры для цепей питания
Серия Индуктивность Рабочий ток, А Рабочее напряжение Vаc, В Сопротивление изоляции, МОм Температурный диапазон
РКОВ 250-1500 мкГн 1,5-2,5 250 100 -20...+95 °С
ріам 0,9-43 млГн 0,3-2 300 100 -25...+120 °С
РШЮ 70-370 мкГн 1,0-3,6 300 100 -25...+120 °С
Р1.У10 0,7-11 млГн 0,5-2 300 100 -25...+120 °С
(1) О-
И) о-
ТщГ
N2
—0(2) Ы1:Ы2 = 1:1 —0(3)
Дифференциальный фильтр
Эквивалентные схемы фильтров серий
РКОВ, Р1А10, РШ10
Рис. 9. Фильтры компании МигаГа для силовых цепей
Фильтр общего назначения Эквивалентные схемы фильтров серии
РІУ10
удовлетворить любые запросы клиентов. Среди них фильтры конденсаторного и индуктивного типа — как выводные, так и поверхностного монтажа. Основные виды фильтров поверхностного монтажа и их технические характеристики приведены в табл. 1. Следуя общемировым тенденциям, фильтры Murata становятся все меньше и меньше. В настоящее время освоен выпуск индуктивных и конденсаторных фильтров поверхностного монтажа размером 0201.
ЕМ1-фильтры для силовых цепей
Однако наиболее интересными с точки зрения отечественного конструктора-разработчи-ка являются силовые фильтры для работы
в цепях переменного тока. Не секрет, что качество российских электрических сетей оставляет желать лучшего. Связано это, во-первых, с большим количеством нерегулярных коммутационных импульсных помех, возникающих при включении или выключении мощных потребителей, которые способны привести, например, к сбоям в работе компьютерных систем, а во-вторых, с работой огромного числа импульсных преобразователей напряжения (блоков питания). Неправильное проектирование их входных цепей приводит к проникновению высокочастотных составляющих (сотни кГц) с силовую цепь. Такие помехи приводят к трудноуловимым сбоям в работе компьютерных систем, в особенности связанных со сбором данных от удаленных датчиков.
Фильтры Murata позволяют предотвратить проникновение помех как со стороны электрической сети в устройство, так и в обратном направлении, тем самым значительно повышая надежность его работы.
Рассмотрим основные серии фильтров фирмы Murata:
1. Серия ГКОБ. Простейший EMI-фильтр общего назначения на тороидальном сердечнике. Широкий диапазон рабочих частот позволяет осуществлять фильтрацию в приложениях с небольшим уровнем шума.
2. Серия РЬЛ10. Компактный высокоэффективный EMI-фильтр общего назначения. Высокая индуктивность при небольших размерах. Стандартная и секционная намотка для подавления высокочастотного шума.
3. Серия РЬИ10. Компактный высокоэффективный EMI-фильтр для подавления шума в широком частотном диапазоне. Область применения: импульсные источники питания, DC/DC-преобразователи.
4. Серия РЬУ10. Компактный высокоэффективный EMI-фильтр, сочетающий в себе как фильтр общего назначения, так и фильтр, предназначенный для предотвращения попадания дифференциальных шумов, возникающих при работе электронного устройства, в частности источников питания и DC/DC-преобразователей, использующих сигналы прямоугольной формы.
Основные технические характеристики
фильтров этой серии приведены в табл. 2 и на рис. 9.
К сожалению, объемы статьи не позволяют поместить полную информацию о EMI-фильтрах компании Murata. Мы планируем вернуться к этому разговору в одном из следующих номеров журнала.
Дополнительную информацию вы можете получить в Интернете по адресам: www.murata.co.jp;www.alkon.net. ИИ
