Ograniczanie poziomu emisji elektromagnetycznej izolatorów cyfrowych
| TechnikaIzolatory cyfrowe to układy scalone zapewniające izolację galwaniczną obwodu. Mają wiele zalet - są łatwe w implementacji, mają niewielkie rozmiary, charakteryzują się również niskim zużyciem energii (szczególnie w porównaniu do optoizolatorów). Zastosowanie takiego rozwiązania wiąże się jednak ze wzrostem poziomu niepożądanej emisji elektromagnetycznej układu - warto zatem poznać metody minimalizacji tego negatywnego efektu.
Odsprzęganie wejść i wyjść układu
Rys. 5. Ograniczanie emisji za pomocą dławików oraz kondensatorów odprzęgających na liniach zasilania układu
Jak już wspomniano, izolatory cyfrowe z powodu niewielkich rozmiarów transformatora muszą pracować z wysoką częstotliwością przełączania. Podczas pracy konwerter DC/DC zasilający uzwojenie generuje zakłócenia prądowe propagujące się po linii zasilania. Zakłócenia te mają składniki nisko- oraz wysokoczęstotliwościowe, związane m.in. z częstotliwością przełączania układu.
W celu minimalizacji negatywnego wpływu generowanych zakłóceń warto stosować kondensatory odsprzęgające na liniach zasilania. Jak pokazano na rysunku 5, dobrym rozwiązaniem jest umieszczenie w bezpośrednim sąsiedztwie wejść układu zestawu kondensatorów o różnych pojemnościach (np. C1 = 100 nF, C2 = 1 μF, C3 = 10 μF), co pozwoli skutecznie odfiltrować zakłócenia o różnych częstotliwościach.
Bardzo ważne jest, by umieścić te elementy jak najbliżej wejść układu, aby ograniczyć rozmiary pętli masy (oznaczona na rysunku jako pętla nr 1). Ponadto bliżej układu należy umieszczać kondensatory o mniejszej pojemności. Podobny zestaw filtrów warto umieścić również na wyjściu izolatora.
Pomimo obecności zestawu filtrów na linii zasilania mogą pojawiać się dodatkowe zakłócenia, które nie zostaną odfiltrowane (np. pojedyncze piki prądowe o natężeniu od 100 do 500 mA i czasie kilku ms). Do tłumienia i filtracji takich zakłóceń, szczególnie jeśli ścieżka zasilania jest dość długa, wykorzystać można dołączony szeregowo rezystor o niewielkiej wartości (od 1 do 5 Ω) oraz dodatkowy kondensator odsprzęgający o większej pojemności (np. 100 μF).
Rys. 6. Odsprzęganie linii zasilania na przykładzie płytki ewaluacyjnej układu ISOW7841
Ponadto tłumik ferrytowy zapobiegnie dalszej propagacji zakłóceń o wysokiej częstotliwości. Wszystkie te zabiegi pozwolą ograniczyć obszar pętli masy, przez co zmniejszy się poziom niepożądanej emisji elektromagnetycznej urządzenia.
Na rysunku 6 pokazano mozaikę płytki drukowanej, na której umieszczono zestawy kondensatorów odsprzęgających na wejściu oraz wyjściu izolatora cyfrowego. W przedstawionym projekcie zastosowano dodatkowo przelotki rozmieszczone wzdłuż całego obwodu płaszczyzny masy, które łącząc płaszczyzny masy po obu stronach płytki, tworzą klatkę Faradaya. Rozwiązanie takie praktycznie eliminuje emisję elektromagnetyczną z elementów i ścieżek znajdujących się wewnątrz chronionego obszaru.
