Використання керамічних прохідних конденсаторів у фільтрах електромагнітної сумісності

в фільтрах електромагнітної сумісності

Керамічні прохідні конденсатори забезпечують надійний захист від внутрішніх перешкод, а завдяки своїй компактності і спрощеної конструкції монтажної плати дуже зручні для використання в фільтрах електромагнітної сумісності (ЕМС).

Електромагнітні перешкоди, що виникають при роботі різного електроустаткування, бувають двох видів - зовнішні і внутрішні.

  • Зовнішні електромагнітні перешкоди - це перешкоди від різних зовнішніх джерел (наприклад, радіо, високовольтного устаткування та інших пристроїв). Спеціальні пристрої забезпечують захист електричних систем від зовнішніх перешкод, а в ідеальному випадку джерело зовнішніх перешкод теж забезпечується системою захисту від перешкод.
  • Внутрішні електромагнітні перешкоди виходять від електронних компонентів, що знаходяться в одній або в сусідніх електричних ланцюгах. В процесі роботи антени, процесори, програмні плати та інші пристрої випромінюють електромагнітні хвилі, які розповсюджуються по друкованим провідникам і накладаються на інформаційні сигнали, спотворюючи їх. Однак часто буває, що виключити з електричного кола джерело перешкод неможливо, так як система не буде працювати.

Фільтри ЕМС дозволяють здійснити електричну розв'язку джерел перешкод і обладнання, яке потрібно від цих перешкод захистити, не порушуючи працездатності системи. Вони усувають перешкоди, розряджаючи їх сигнали на «землю». Фільтри ЕМС дозволяють захистити електрообладнання як від внутрішніх, так і від зовнішніх перешкод і запобігають поширенню перешкод по друкованим провідникам.

Захист від електромагнітних завад зазвичай здійснюється за допомогою пасивних компонентів. У міру посилення вимог до ЕМС з'являється необхідність в поліпшенні властивостей ЕМС пасивних компонентів.

Фільтри ЕМС створюються на базі конденсаторів, а також LC- або RC-ланцюгів. Фільтри на основі LC- і RC-ланцюгів не завжди дозволяють отримати необхідну зниження рівня перешкод, мають складну конструкцію і вимагають багато місця для монтажу. Фільтри на основі стандартних керамічних конденсаторів теж займають багато місця і не дають достатнього зниження рівня перешкод в електричних ланцюгах.

Прохідні керамічні конденсатори дозволяють створити надійний захист від електромагнітних перешкод і ідеально підходять для фільтрів ЕМС. З їх допомогою можна здійснювати хорошу фільтрацію і зниження перешкод на радіочастотах, вони мають компактні розміри (0805 або 1206) та просту конструкцію.

Прохідні конденсатори виготовляються з того ж матеріалу (COG, X7R), що і стандартні керамічні конденсатори, виробляються за однаковою технологією і мають подібні технічні переваги: ​​простоту роботи, компактну конструкцію і широкий діапазон робочих температур.

На відміну від стандартних, прохідні конденсатори мають 3 полюса (4 зовнішніх виведення). Між 1-м і 2-м полюсами цього конденсатора ємності немає (прохідний конденсатор), а між 1-м і 3-м або 2-м і 3-м полюсами - є. Базова конструкція прохідного конденсатора показана на рис. 1, а його графічне зображення - на схемі (рис. 2).

Схема роботи такого конденсатора досить проста. Сигнал разом з накладеними на нього перешкодами надходить на полюс 1 (вхід) конденсатора. Перешкоди фільтруються за допомогою ємності і розряджаються на «землю» через полюс 3 ( «земля»). Сигнал, очищений від перешкод, виходить з конденсатора через полюс 2 (вихід). Набір помехоподавляющих прохідних конденсаторів показаний на рис. 3. Набори конденсаторів необхідно застосовувати у випадках, коли до захищається фільтром ЕМС обладнання підключається декілька ліній зв'язку. Використання наборів прохідних конденсаторів дозволяє знизити час на монтаж фільтра ЕМС і заощадити місце на друкованій платі.

Значною перевагою прохідних конденсаторів в порівнянні зі стандартними керамічними конденсаторами є їх низька паразитная індуктивність. Спеціальна внутрішня конструкція прохідних фільтрів дозволяє не тільки знизити паразитне індуктивність, але і пригнічувати перешкоди на більш високих частотах. У звичайних керамічних конденсаторах паразитні індуктивності з'єднані послідовно (рис. 4), а в прохідних - паралельно (рис. 5).

У стандартних керамічних конденсаторах сумарна паразитна індуктивність обчислюється таким чином:

Сумарна паразитная індуктивність в прохідних конденсаторах обчислюється так:

Менша паразитная індуктивність призводить до зменшення індуктивності L 'ланцюга в цілому і, відповідно, до зниження індуктивного опору w L'. Струм проходить по меншій кількості електродів. В результаті зниження паразитної індуктивності прохідні конденсатори дозволяють придушувати перешкоди на більш високих частотах і мають більш високу резонансну частоту. Це наочно показано на рис. 6 (2,2 нФ) і рис. 7 (4,7 нФ).

Стандартний конденсатор з матеріалу X7R з типорозміром корпусу 1206 і номінальною ємністю 2,2 нФ дає максимальне внесене згасання 36 дБ і має резонансну частоту близько 120 МГц (рис. 6), в той час як прохідний конденсатор з того ж матеріалу, з тим же типорозміром корпусу і ємністю вносить максимальне загасання 45 дБ, а його резонансна частота становить приблизно 280 МГц.

Аналогічна ситуація спостерігається і при більшому значенні номінальної ємності (рис. 7): внесене згасання вище, однак резонансна частота знижується внаслідок збільшення ємності.

Паразитна індуктивність (і внутрішні електричні втрати) в електричному ланцюзі може бути додатково знижена за рахунок зменшення числа друкованих провідників на платі. З точки зору компонування електричного кола також вигідніше використовувати в фільтрах ЕМС прохідні конденсатори. При використанні в фільтрі стандартних керамічних конденсаторів кожна лінія зв'язку з'єднується з «землею» через конденсатор і гасіння.

За допомогою прохідних конденсаторів гасіння цих перешкод може проводитися безпосередньо в лінії. Прохідний конденсатор можна устанавить прямо на лінію зв'язку. Всі конденсатори можна спільно підключити до «землі» (тобто «земля» у них буде загальна), тоді для їх установки на друкарській платі буде потрібно менше місця. Приклад підключення прохідних конденсаторів до «землі» і лініях зв'язку показаний на рис. 9. Ще більш вигідно і ефективно застосовувати набори прохідних конденсаторів (рис. 10).

Прохідні конденсатори можна використовувати і на пересічних провідниках (рис. 11).

Отже, прохідні конденсатори прекрасно підходять для використання в фільтрах ЕМС. Основні властивості цих конденсаторів:

  • низькі електричні втрати;
  • значне придушення перешкод;
  • робота на радіочастотах;
  • компактність;
  • широкий діапазон робочих температур -40. +125 С;
  • низька вартість у порівнянні зі складними Помехоподавляющие фільтрами на основі фільтруючих ланцюгів.