EMC Filtresi.

[Logan]

Merhaba arkadaşlar.

Tasarlamış olduğumuz makinenin şebekeye bastığı gürültüyü önleyebilmek için EMC filtresi yapmaya çalışıyorum. Kısmen başarılı oldum fakat gürültü seviyesini birkaç dB daha aşağıya çekmem gerekiyor. Bildiğim bütün yolları denedim. Kondansatör, diyot, PCB hemen hemen hepsi üzerinde oynama yaptım. Fakat 150-750 khz'ler arasındaki gürültüyü bastıramıyorum.  Özellikle 500 ile 750 khz'lik gürültülerde sürekli seviyenin 3-5 dB üstüne çıkıyor. Bu konu hakkında çok detaylı bilgiye sahip değilim. Nette uzun uzun araştırmama rağmen doyurucu bir bilgiye sahip olamadım. Aramızda bu konuda deneyim sahibi olan birileri var mı acaba?

[OG]

Hangi yolla yayıldığı bilinirse daha kolay çözülür,

Kısa hatırlatma,

Havadan yayılan genel olarak ekranlama ve topraklama ile,
Bağlantı Hatları yolu ile yayılan değişik usullerle çözülebilir.

Hat yolu ile,
Enerji yolu, EMC filtreler takılır
IO yolları, kullanım yerine göre Optokuplor, trafo, geçiş kondansatörleri vs. Ayrıca IO elemanları ayrı enerji ile beslenir.

[z]

SMPS benzeri bir devremi bu?

[Logan]

Kaynak makinesi üstad. 50 khz, half bridge.

[z]

MOSların gate dirençlerini artırmanı önereceğim. Bu mos kayıplarında bir miktar artışa neden olur fakat harmoniklerin seviyesini azaltır.

Bir dene.

[OG]

Kaynak makinesinin kaynak çıkış kablolarından yayılıyor olabilir.

Bir akrabam kaynakçı, kaynak makinesi yakınlarında motorola'nın bilmem hangi modelinden başka telefon kullanamıyor, kaç marka model denedi ise makinenin yakınlarında sapıtıyor, ki kaynak makinesi, markasını şimdi hatırlayamadığım kalite bir makine.

[volkii]

ferit filitre eklediniz mi? birde hat girişine takdığınız kondansatör değerlerini söylermisiniz?

[ferdem]

İletkenlik yoluyla bir emisyon olduğunu tespit etmişsiniz. Emisyon kaynağı bulunup halledilebiliyorsa en temizi o olur ancak bulunamıyorsa şebekeye gürültü gitmemesi (aynı zamanda şebekeden gürültü gelmemesi için) size lazım olan devre "line filter" olarak geçer. Emisyon kaynağını tespite yönelik yazılımla hemen denenebilecek şunlar olabilir, sistemde mikrodenetleyici varsa çalıştıktan 30sn sonra uyku moduna geçsin... emisyon düştü mü? Mikronun fonksiyonları ON/OFF yapılabilir. Bu tabi Nasreddin hoca misal kayıp anahtarı gün ışığında aramaya benziyor ancak mikro uyuduğunda elektromagnetik emisyonun düşmesi vâkidir.

Line filter için aşağıda linkini verdiğim dokümanın son sayfasındaki devreden yola çıkabilirsiniz:
http://www.murata.com/products/emc/knowhow/pdf/26to30.pdf
Ben hiç yapmadım ama çevremde kullanılıyor, yüksek voltajlı kapasiteler ve toroid nüveye elle sarılmış common mode sarımlar ile yapıldığını görüyorum.
İyi çalışmalar.

[Logan]

Evet Ferdem. Kullandığım filtre göndermiş olduğum dökümanın son sayfasındaki ile aynı. Zaten gürültüyü büyük bir oranda bastırıyor. Fakat dediğim gibi 5-10 dB daha aşağıya çekmem gerek. Bu gürültünün çok çeşitli sebepleri olabiliyor. Birbiri üzerinden geçen filtre edilmiş ve edilmemiş besleme kabloları. PCB üzerinde bulunan yollar. Filtre devresinde kullanılan kondansatörlerin ve bobinlerin kalitesi. Çıkış diyotları, SMPS trafosu ve PCB üzerindeki yerleri. Daha sayamadığım bir çok etken. Dediğim gibi bu konu hakkında çok fazla bilgi sahibi değilim. Netten bulduklarımla ve yakın çevreden duyduklarımla ilerlemeye çalışıyorum. Başlı başına uzmanlık ve tecrübe gerektiren bir iş. Allah'tan elimizde EMC test odası var. Yoksa halimiz duman. İşin içinden çıkamayız.

Üstad, gate dirençlerini birazdan deneyeceğim. Başka bir makine üzerinde bu tarz bir denememiz olmuştu ve 1-2 dB düşüş gözlemledik. Ama asıl bomba şudur. Infineon marka IGBT'ler ile -15 dB sinyal seviyesi yakalarken, Fairchild veya başka bir marka IGBT ile -9 dB'e varan düşüşler gördük. Datasheet'e bakınca arada fark görünmüyor. Fakat sistem üzerinde 6 dB'lik fark var. Bizzat denendi test edildi.

Çalışmaya , araştırmaya devam edeceğim. İnşallah bir an önce şu işi halleder de asıl sorunumuz olan PFC kısmına odaklanabiliriz.

[celebrium]

DC devrenizle kontrol yapıyorsanız;

DC devrenizini beslemesine Tranzorb (Tranzient) Diod ile ani yüksek spaykları ortadan kaldırmalısınız.
DC devrenizin beslemesi örneğin LM2575 olsun bu. Bunun çıkışında 52 khzlik ve 100mV a kadar olan harmonikler görmeniz normal.
bunun için P tipi filltre ile düzgün DC elde etmelisiniz. Ayrıca bunu eğer groun üzerinde harmonikleri görüyorsanız. + ve - beslemeyi bir diyot ile üst seviyeye çıkartınız.

PCB devrenizi incelemek lazım! Ground ve Start Point tekniklerine ne kadar uydunuz? Gerekli hallerde Analog Dijital beslemelerinizi ayırmanız gerekebilir devre şemanıza göre yorum yapabiliriz.  (0VD1,0VD2,.. 0VA1,0VA2 gibi farklı ground seviyelerine ihtiyacınız olacak.)

PCB nizde dijital ve analog groudları ayırmalısınız.

Gate sinyallerini kendi ground ile sinyal çifti olarak taşımalısınız.!

SMPS  trafo yada benzeri yapıların yanlış tasarlanması uygunsuz layout çizimlerde . Gürültüye  olanak sağlar.

PCB nizde ekranlama kurallarına uydunuz mu? Dış kaynaklardan gelen yansıyan gürültülere karşı.

DC Besleme ve sinyal kabolarınızı Grounlarıyla Twist olarak taşıyın. Gerekli hallerde Toroid bobinle Line Filter yapmanız gerekebilir.

Analog yada AC giriş devrenizin girişine ve çıkışına line filter ve benzeri filtreler uygulamanız gerekecek. Şebekeden geri dönen AC harmonikleri elemek için.

IGBT ve mos fetlerinizi izole olarak sürmelisiniz. hatta Besleme kaynakları için bir Trafo yardımıyla izoleli bir bir besleme kaynağı daha oluşturun. Burası biraz ayrıntılı.

Yükü devreye aldığınızda yani kaynak esnasında hangi sürme tekniğini kullanıyorsunuz? Yazılım tekniği ?


Bütün bunlar ve bir çok soru aklıma gelir sen EMC diyince  

Gate direnci işinizi bir nebze rahatlatabilir marka bazlı değişklikler (Örneğin İnfineon dan Fairchield a geçerseniz işinizeyarar).
Devrenize eklediğiniz her filtrenin devrenizde 3. 5. ve 7. harmonikleri yaratabilir. Ölçüp gözlemlemek lazım. bunu önem taşır.

IGBT lerde ve kondasatörlerde ve yükü devreye alan yada Switching yapan kritik malzemelerde marka,  farkeder. 

 

[Logan]

celebrium, çok güzel noktalara değinmişsin. Bu iş ile uğraştığın belli.

Yazdığın maddeler, şu an üzerinde çalıştığım sistem üzerinde mevcut. Sadece besleme kablolarına toroid filtre geçirmedim. Bunu deneyeceğim.

Devrede kontrol şasesi, güç şasesi, PFC ve besleme şasesi olmak üzere 3 farklı besleme var. Hepsi birbirinden izole.

Kontrol kısmınını filtreden çıkan 220VAC ile besliyorum. Devrede 3A-24V 3 çıkışlı SMPS besleme var. Birinci çıkışı +15 için, ikinci çıkışı -15 için, 3. çıkışı ise PFC kısmının kontrol kartının besleme voltajı için kullanıyorum.

Güç kısmını köprü diyot ve besleme kondansatörlerinden sonra +330V ile ayrı besliyorum.

IGBT'leri pals trafosu ile sürüyorum.

+15 beslemede LM2576, -15 beslemede ise 7915 var. Şaseler düzgün, ground plane sağlam. PCB yollarında besleme ve filtre kartında hiçbir yol üst üste geçmiyor. Özellikle filtre edilmiş AC ile doğrultulmuş olarak IGBT'lere kablo ile giden +330DC beslemeyi birbirinden mümkün olduğu kadar uzak tuttum.

Şimdi SMPS trafosunu değiştiriyorum. Üzerinde çalıştığım trafo Çin malı idi. Alman malı daha sağlam duran bir trafo var. Onu deneyeceğim. Ölçümlerde bütün değerleri aynı gösteriyor. Fakat çekirdekten emin olamıyorum.

Problemi lokalleştirebilmiş değilim. Yarı iletkenlerden mi, PCB'den mi yoksa filtreden mi tam emin değilim. Adım adım gidiyorum. Bir ipucu yakalasam üstüne gideceğim.

[celebrium]

celebrium, çok güzel noktalara değinmişsin. Bu iş ile uğraştığın belli. ( UPS işi bizim işimiz )

Yazdığın maddeler, şu an üzerinde çalıştığım sistem üzerinde mevcut. Sadece besleme kablolarına toroid filtre geçirmedim. Bunu deneyeceğim.

Devrede kontrol şasesi, güç şasesi, PFC ve besleme şasesi olmak üzere 3 farklı besleme var. Hepsi birbirinden izole.
(PFC kısmını ayırabiliyor musun?  o kısım sonraki iş çünkü harmonik kendisi bilumum harmonik kaynağıdır   Belki burda şaseleri tek bir öbekte toplama yerine bead lar ile birleştirmen gerekecek)

Kontrol kısmınını filtreden çıkan 220VAC ile besliyorum.
(Kontrol kısmını akü yada benzer bişiyle besle. Sinyalin kaynağı gürültülüyse bunu deneyebilirsin.)

Devrede 3A-24V 3 çıkışlı SMPS besleme var. Birinci çıkışı +15 için, ikinci çıkışı -15 için, 3. çıkışı ise PFC kısmının kontrol kartının besleme voltajı için kullanıyorum.
(Gürültü kaynaktaysa;Opto kuplorün ve 2kV kondansatörleri yerleşimi önemli, trafonun yanında ve hiza olarak ortada mı? ve bu devrede snubber kondansatörün var mı?)

Güç kısmını köprü diyot ve besleme kondansatörlerinden sonra +330V ile ayrı besliyorum. IGBT'leri pals trafosu ile sürüyorum.
(Bu kısımda bütün IGBT nin performansı ama gate tarafında Bizde 600V sürüyoruz.Gate sinyali  sonra ACPL 331 j ile sürdük ? Sonraki kısım IGBT. Ve bu devreninde gerilimi farklı bir kaynak )


+15 beslemede LM2576, -15 beslemede ise 7915 var. Şaseler düzgün, ground plane sağlam. PCB yollarında besleme ve filtre kartında hiçbir yol üst üste geçmiyor. Özellikle filtre edilmiş AC ile doğrultulmuş olarak IGBT'lere kablo ile giden +330DC beslemeyi birbirinden mümkün olduğu kadar uzak tuttum.

Şimdi SMPS trafosunu değiştiriyorum. Üzerinde çalıştığım trafo Çin malı idi. Alman malı daha sağlam duran bir trafo var. Onu deneyeceğim. Ölçümlerde bütün değerleri aynı gösteriyor. Fakat çekirdekten emin olamıyorum.
(Trafolar birebir aynı mı?  Şöyle bir şeyde olabilir besleme gerilimin göçüyorsa harmonikler artar. Beslemedeki göçme olaabilir Skopla bir bak derim. İşi şansa bırakma)
Problemi lokalleştirebilmiş değilim. Yarı iletkenlerden mi, PCB'den mi yoksa filtreden mi tam emin değilim. Adım adım gidiyorum. Bir ipucu yakalasam üstüne gideceğim.

[Logan]

Evet celebrium, UPS işini az çok bilirim. Sonuçta bizde kaynak makinesi sektöründeyiz. Problemlerimiz ve sıkıntılarımız hemen hemen aynıdır. Birbirimizin dilinden anlarız. 

PFC kısmını ayırabiliyor musun? demişsin. Aslında böyle düşünmekte haklısın. Çünkü PFC kısmını ayırabilmiş değilim. Yanlış izah ettim. PFC kısmının kontrol beslemesini, kartın kontrol beslemesinden ayırdım. Esasen PFC şasesi ile güç kısmının şasesi ortak. Zaten nasıl ayrılabileceği konusunda şu an için bir fikrim yok. Hatta sen "beadler ile birleştirmen gerekecek" yazınca, şu anda PFC kısmı olmayan makinenin EMC testlerinde bu kadar kasıyorsam, şu haliyle geçirdiğim zaman, PFC kısmını aktif edince bu testler ile tekrar uğraşmam gerekecek ve PFC'nin yaymış olduğu gürültüyü bastırmam sanki daha zor olacak gibi bir kanıya varıyorum.

Siz IGBT'leri Avago marka izoleli 1.5A gate driver ile sürmüşsünüz. Mantıklı. Benim malzeme çekmecesinde de duruyor fakat henüz deneme yapmadım.

Son yaptığım testlerde 60db olan boşta çalışma sınırını -9 dB ile geçtim. Yani en yüksek gürültü seviyesi 51 dB. Bu haliyle sistem testlerden geçer. Fakat sahip olduğumuz EMC test cihazı genel olarak daha iyi sonuçlar veriyor. Yani İstanbul ESİM'e teste gittiğimiz zaman birkaç dB ile testlerden kalma şansımız var. Bu durumu kestirmek zor. Test odasına 100A'lik şebeke filtresi siparişi verdik. Henüz elimize ulaşmadı. Bu sebeple gürültü seviyesini kendi şartlarımızda -15/-20 dB seviyelerde indirebilirsem ESİM'de ilk testte başarılı olurum.

Biraz da konu hakkında teknik bilgi vereyim.
Sistem üzerinde bastırmakta en çok zorlandığım gürültü frekansları şunlardır;

402.00000   kHz
502.00000   kHz
534.00000   kHz
602.00000   kHz
702.00000   kHz
802.00000   kHz
902.00000   kHz
1002.00000 kHz
1102.00000 kHz

Bu frekanslarda oluşan gürültüleri filtre ile bastırabiliyorum. Dikkat edecek olursak periyodik bir gürültü var. Eğer sebebini tam olarak bulabilirsem bütün bandı ortadan kaldırabileceğim gibi duruyor. Denemelere devam ediyorum.

10.00000 MHz ve üstü gürültüler genel olarak PCB ve yarı iletkenler sebebi ile oluşan gürültülerdir. Aynı şekilde sürücü ve çıkış kısmında kullanmış olduğumuz yarı iletkenler, özelliklerine göre 150.00000 kHz ile 1100.00000 kHz arası oluşan gürültülere az da olsa etki edebiliyor. Şimdi anlam veremediğim bir problemden bahsedeyim.

Skala üzerinde 14.00000 MHz ile 30.00000 MHz seviyelerinde yarı sinüse benzer, tepe noktaları +1 ve +0.89 dB geçen bir sinyal oluşuyordu. Problemi lokalleştirmek adına SMPS trafosunun sekonder uçlarını söktüm ve çıkış kısmını ayırdım. Bütün bandlarda gürültü %20 oranında azaldı. En yüksek seviye -12 dB'lerde kaldı. Çıkışta sadece zıt EMK diyotları, doğrultma diyotları, şok bobini ve toprak filtresi var. Doğrultma diyotları ile zıt EMK diyotlarını söküp, trafoyu monte ederek tekrar denedim. Sinyal tekrar bozuldu. Bu durumda aklıma sadece PCB geliyor. Çünkü çıkış kısmındaki seri doğrultma diyotlarını sökünce, trafonun bir ucunu otomatikman çıkarmış gibi oluyoruz. Zıt EMK diyotlarını söküp sökmemenin bir etkisi olacağını zannetmiyorum. 

[SpeedyX]

Bir cihazda görmüştüm, firma ismi vermeyeyim şimdi, işlemci chipin üzerine yuvarlak 2mm kalınlığında ferite tabaka yapıştırmışlar, yayılımı bir türlü önleyemeyince bu şekilde çözmüşler.