ข่าว

แม้ว่าโช้กโหมดทั่วไปจะได้รับความนิยม แต่ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งก็คือตัวกรอง EMI แบบเสาหิน หากการจัดวางเหมาะสม ส่วนประกอบเซรามิกหลายชั้นเหล่านี้สามารถลดเสียงรบกวนในโหมดทั่วไปได้ดีเยี่ยม
ปัจจัยหลายประการเพิ่มปริมาณการรบกวน "เสียงรบกวน" ที่อาจสร้างความเสียหายหรือรบกวนการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ รถในปัจจุบันเป็นตัวอย่างทั่วไป ในรถยนต์ คุณสามารถค้นหา Wi-Fi, บลูทูธ, วิทยุดาวเทียม, ระบบ GPS และนี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น เพื่อจัดการกับสัญญาณรบกวนประเภทนี้ อุตสาหกรรมมักจะใช้ระบบป้องกันและตัวกรอง EMI เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ แต่ในปัจจุบัน โซลูชันดั้งเดิมบางอย่างสำหรับการกำจัด EMI/RFI ไม่สามารถใช้งานได้อีกต่อไป
ปัญหานี้ทำให้ OEM จำนวนมากหลีกเลี่ยงตัวเลือกต่างๆ เช่น ดิฟเฟอเรนเชียล 2 ตัวเก็บประจุ, 3 ตัวเก็บประจุ (ตัวเก็บประจุ X หนึ่งตัวและตัวเก็บประจุ Y สองตัว), ตัวกรองฟีดทรู, โช้คโหมดทั่วไป หรือการผสมผสานสิ่งเหล่านี้เพื่อให้ได้วิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ในตัวกรอง Monolithic EMI ที่มีการลดเสียงรบกวนที่ดีกว่าในแพ็คเกจขนาดเล็ก
เมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง กระแสไฟฟ้าที่ไม่ต้องการอาจเกิดขึ้นในวงจร และทำให้เกิดการทำงานที่ไม่คาดคิด หรือรบกวนการทำงานที่ตั้งใจไว้
EMI/RFI อาจอยู่ในรูปแบบของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกหรือแบบแผ่รังสี เมื่อดำเนินการ EMI หมายความว่าสัญญาณรบกวนแพร่กระจายไปตามตัวนำไฟฟ้า เมื่อเสียงรบกวนแพร่กระจายในอากาศในรูปของสนามแม่เหล็กหรือคลื่นวิทยุ จะเกิดการแผ่รังสี EMI
แม้ว่าพลังงานที่ใช้จากภายนอกจะมีน้อย แต่ถ้าผสมกับคลื่นวิทยุที่ใช้ในการกระจายเสียงและการสื่อสาร ก็จะทำให้การรับสัญญาณล้มเหลว เสียงผิดปกติ หรือการหยุดชะงักของวิดีโอ หากพลังงานแรงเกินไป อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อาจเสียหายได้
แหล่งที่มา ได้แก่ เสียงธรรมชาติ (เช่น การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต แสงสว่าง และแหล่งที่มาอื่นๆ) และสัญญาณรบกวนเทียม (เช่น เสียงจากการสัมผัส การใช้อุปกรณ์รั่วไหลความถี่สูง รังสีที่เป็นอันตราย ฯลฯ) โดยทั่วไป สัญญาณรบกวน EMI/RFI ถือเป็นสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไป ดังนั้นวิธีแก้ปัญหาคือใช้ตัวกรอง EMI เพื่อกำจัดความถี่สูงที่ไม่ต้องการโดยแยกเป็นอุปกรณ์แยกต่างหากหรือฝังอยู่ในแผงวงจร
ตัวกรอง EMI ตัวกรอง EMI มักจะประกอบด้วยส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นวงจร
“ตัวเหนี่ยวนำอนุญาตให้กระแส DC หรือกระแสความถี่ต่ำผ่านไปได้ ขณะเดียวกันก็ปิดกั้นกระแสความถี่สูงที่เป็นอันตรายที่ไม่พึงประสงค์ ตัวเก็บประจุเป็นเส้นทางที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำเพื่อถ่ายโอนสัญญาณรบกวนความถี่สูงจากอินพุตของตัวกรองกลับไปยังแหล่งจ่ายไฟหรือการเชื่อมต่อภาคพื้นดิน” Christophe Cambrelin ของ Johanson Dielectrics กล่าวว่าบริษัทผลิตตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้นและตัวกรอง EMI
วิธีการกรองโหมดทั่วไปแบบดั้งเดิมประกอบด้วยตัวกรองความถี่ต่ำผ่านโดยใช้ตัวเก็บประจุที่ส่งสัญญาณที่มีความถี่ต่ำกว่าความถี่คัตออฟที่เลือก และลดทอนสัญญาณด้วยความถี่ที่สูงกว่าความถี่คัตออฟ
จุดเริ่มต้นทั่วไปคือการใช้ตัวเก็บประจุคู่ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล โดยใช้ตัวเก็บประจุระหว่างรอยแต่ละเส้นกับกราวด์ของอินพุตดิฟเฟอเรนเชียล ตัวกรองตัวเก็บประจุในแต่ละสาขาจะถ่ายโอน EMI/RFI ไปที่กราวด์เหนือความถี่คัตออฟที่ระบุ เนื่องจากการกำหนดค่านี้เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณของเฟสตรงข้ามผ่านสายไฟสองเส้น จึงช่วยปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนในขณะที่ส่งเสียงรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ลงกราวด์
“น่าเสียดายที่ค่าความจุของ MLCC ที่มีไดอิเล็กทริก X7R (โดยปกติใช้สำหรับฟังก์ชันนี้) จะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญตามเวลา แรงดันไบอัส และอุณหภูมิ” Cambrelin กล่าว
“ดังนั้น แม้ว่าตัวเก็บประจุทั้งสองนี้จะจับคู่กันอย่างใกล้ชิดที่อุณหภูมิห้องและแรงดันไฟฟ้าต่ำ ในเวลาที่กำหนด เมื่อเวลา แรงดันไฟฟ้า หรืออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป พวกมันก็มีแนวโน้มที่จะจบลงด้วยค่าที่แตกต่างกันมาก การไม่ตรงกันระหว่างสองบรรทัดประเภทนี้จะทำให้เกิดการตอบสนองที่ไม่เท่ากันใกล้กับจุดตัดของตัวกรอง ดังนั้นจึงแปลงสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปเป็นสัญญาณรบกวนที่แตกต่างกัน”
อีกวิธีหนึ่งคือการเชื่อมตัวเก็บประจุ "X" ที่มีค่ามากระหว่างตัวเก็บประจุ "Y" สองตัว การสับเปลี่ยนตัวเก็บประจุ “X” สามารถให้เอฟเฟกต์การปรับสมดุลในโหมดทั่วไปที่ต้องการ แต่จะทำให้เกิดผลข้างเคียงในการกรองสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลที่ไม่พึงประสงค์ บางทีวิธีแก้ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดและทางเลือกอื่นสำหรับตัวกรองความถี่ต่ำผ่านคือโช้กโหมดทั่วไป
โช้กโหมดทั่วไปคือหม้อแปลง 1:1 ซึ่งขดลวดทั้งสองทำหน้าที่เป็นกระแสหลักและทุติยภูมิ ในวิธีนี้ กระแสที่ไหลผ่านขดลวดหนึ่งจะเหนี่ยวนำกระแสตรงกันข้ามในอีกขดลวดหนึ่ง น่าเสียดายที่โช้คโหมดทั่วไปนั้นมีน้ำหนักมาก มีราคาแพง และมีแนวโน้มที่จะเกิดความล้มเหลวเนื่องจากการสั่นสะเทือน
อย่างไรก็ตาม โช้คโหมดร่วมที่เหมาะสมซึ่งมีการจับคู่ที่สมบูรณ์แบบและคัปปลิ้งระหว่างขดลวดมีความโปร่งใสต่อสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล และมีความต้านทานสูงต่อสัญญาณรบกวนในโหมดร่วม ข้อเสียประการหนึ่งของโช้คโหมดทั่วไปคือช่วงความถี่ที่จำกัดซึ่งเกิดจากความจุของปรสิต สำหรับวัสดุแกนที่กำหนด ยิ่งค่าความเหนี่ยวนำที่ใช้ในการกรองความถี่ต่ำมากเท่าใด จำนวนรอบที่ต้องการและความจุของปรสิตที่มาพร้อมกับวัสดุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ส่งผลให้การกรองความถี่สูงไม่ได้ผล
ความไม่ตรงกันในพิกัดความเผื่อในการผลิตทางกลระหว่างขดลวดอาจทำให้เกิดการแปลงโหมด ซึ่งส่วนหนึ่งของพลังงานสัญญาณจะถูกแปลงเป็นสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไป และในทางกลับกัน สถานการณ์นี้จะทำให้เกิดปัญหาความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและภูมิคุ้มกัน ความไม่ตรงกันยังช่วยลดความเหนี่ยวนำที่มีประสิทธิภาพของขาแต่ละข้างด้วย
ไม่ว่าในกรณีใด เมื่อสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล (พาส) ทำงานในช่วงความถี่เดียวกันกับสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปที่ต้องถูกระงับ โช้คโหมดทั่วไปจะมีข้อได้เปรียบเหนือตัวเลือกอื่นๆ อย่างมาก การใช้โช้คโหมดทั่วไป สามารถขยายแถบสัญญาณผ่านไปยังแถบหยุดโหมดทั่วไปได้
ตัวกรอง EMI แบบเสาหิน แม้ว่าโช้กโหมดทั่วไปจะได้รับความนิยม แต่ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งก็คือตัวกรอง EMI แบบเสาหิน หากการจัดวางเหมาะสม ส่วนประกอบเซรามิกหลายชั้นเหล่านี้สามารถลดเสียงรบกวนในโหมดทั่วไปได้ดีเยี่ยม พวกเขารวมตัวเก็บประจุแบบขนานที่สมดุลสองตัวไว้ในแพ็คเกจเดียว ซึ่งมีการยกเลิกการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันและเอฟเฟกต์การป้องกัน ตัวกรองเหล่านี้ใช้เส้นทางไฟฟ้าอิสระสองเส้นทางในอุปกรณ์เดียวที่เชื่อมต่อกับการเชื่อมต่อภายนอกสี่จุด
เพื่อป้องกันความสับสน ควรสังเกตว่าตัวกรอง EMI แบบเสาหินไม่ใช่ตัวเก็บประจุแบบป้อนผ่านแบบดั้งเดิม แม้ว่าจะดูเหมือนกัน (แพ็คเกจและรูปลักษณ์เดียวกัน) แต่การออกแบบก็ค่อนข้างแตกต่างกัน และวิธีการเชื่อมต่อก็แตกต่างกันเช่นกัน เช่นเดียวกับตัวกรอง EMI อื่นๆ ตัวกรอง EMI แบบเสาหินจะลดพลังงานทั้งหมดที่สูงกว่าความถี่ตัดที่ระบุ และเลือกเฉพาะพลังงานสัญญาณที่ต้องการเพื่อส่งผ่าน ขณะเดียวกันก็ถ่ายโอนสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ไปที่ "กราวด์"
อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือการเหนี่ยวนำที่ต่ำมากและมีอิมพีแดนซ์ที่ตรงกัน สำหรับตัวกรอง EMI แบบเสาหิน แผงขั้วต่อจะเชื่อมต่อภายในกับอิเล็กโทรดอ้างอิงทั่วไป (ชีลด์) ในอุปกรณ์ และบอร์ดจะถูกแยกออกจากกันด้วยอิเล็กโทรดอ้างอิง ในแง่ของไฟฟ้าสถิต โหนดไฟฟ้าทั้งสามนั้นถูกสร้างขึ้นโดยครึ่งหนึ่งของประจุไฟฟ้าสองซีกซึ่งมีอิเล็กโทรดอ้างอิงร่วมกัน อิเล็กโทรดอ้างอิงทั้งหมดจะรวมอยู่ในตัวเครื่องเซรามิกชิ้นเดียว
ความสมดุลระหว่างสองซีกของตัวเก็บประจุยังหมายความว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกจะเท่ากันและตรงกันข้าม โดยหักล้างกัน ความสัมพันธ์นี้ยังส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าด้วย ดังนั้นส่วนประกอบในทั้งสองไลน์จึงมีระดับการเสื่อมสภาพที่เท่ากัน หากตัวกรอง EMI แบบเสาหินเหล่านี้มีข้อเสีย จะไม่สามารถใช้งานได้หากสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปมีความถี่เดียวกันกับสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล “ในกรณีนี้ โช้คโหมดทั่วไปเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่า” Cambrelin กล่าว
เรียกดู Design World ฉบับล่าสุดและฉบับที่ผ่านมาในรูปแบบที่ใช้งานง่ายและมีคุณภาพสูง แก้ไข แชร์ และดาวน์โหลดได้ทันทีกับนิตยสารวิศวกรรมการออกแบบชั้นนำ
ฟอรัม EE สำหรับการแก้ปัญหาอันดับต้นๆ ของโลก ครอบคลุมถึงไมโครคอนโทรลเลอร์, DSP, เครือข่าย, การออกแบบแอนะล็อกและดิจิทัล, RF, อิเล็กทรอนิกส์กำลัง, การเดินสาย PCB ฯลฯ
Engineering Exchange คือชุมชนออนไลน์ด้านการศึกษาระดับโลกสำหรับวิศวกร เชื่อมต่อ แบ่งปัน และเรียนรู้วันนี้ »
ลิขสิทธิ์ © 2021 WTWH Media LLC. สงวนลิขสิทธิ์. หากไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรล่วงหน้าจาก WTWH MediaPrivacy Policy | เนื้อหาบนเว็บไซต์นี้ไม่สามารถคัดลอก แจกจ่าย ส่งต่อ แคช หรือใช้อย่างอื่นได้ การโฆษณา | เกี่ยวกับเรา