Selección de filtros de ruido de red.

Los requisitos para los filtros de supresión de ruido están regulados por normas desarrolladas por organizaciones internacionales, regionales y nacionales:

• Normas rusas: GOST 13661-92, RD 11 0956-96;
• normas utilizado en Europa: VDE, CISPP, VG;
• Estándares estadounidenses: MIL-F-15733, MIL-T-28861, MIL-STD-4610, FCC 79-555.

Los diseñadores de filtros de ruido o equipos que incluyan filtros de ruido deben cumplir con los estándares de la región en la que se pretende utilizar. Todos estos estándares y recomendaciones cubren una amplia gama de cuestiones relacionadas con la limitación de la interferencia en los circuitos de suministro de energía generados por dispositivos electrónicos.

Los filtros de ruido de línea (SNF) son parte de la clase general de filtros de ruido, por lo que se aplican los requisitos para estos productos y el SPF.

Estos requisitos se pueden dividir en los siguientes grupos:

• requisitos de rango de frecuencia;
• requisitos de carga;
• fuga de requisitos actuales;
• requisitos para la atenuación del ruido impulsivo;
• requisitos de resistencia a influencias externas;
• requisitos para el diseño de filtros.

Formulación correcta de los requisitos para SPF, es la base de los criterios de selección de estos filtros.

Dado que el objetivo principal del SPF es limitar el paso de la parte de alta frecuencia de las oscilaciones electromagnéticas, solo se consideran filtros de paso bajo de 0,01 kHz a 10 GHz. El rango de frecuencia está determinado por el equipo en el que funcionará el filtro y el espectro de interferencia que genera.

Por supuesto, la cantidad de atenuación que debe proporcionar el filtro debe ser consistente con los requisitos del equipo, teniendo en cuenta la atenuación real de las señales que muestran en qué medida la interferencia que viaja a lo largo de los cables se atenúa en su camino desde la fuente de interferencia hasta el dispositivo receptor y a través del espacio libre.

Otro criterio principal para elegir un filtro es la corriente y la naturaleza de la carga.

Las fuentes de interferencias y los dispositivos receptores tienen características diferentes. La impedancia entre los dos cables simétricos es baja y la impedancia asimétrica entre el cable de alimentación y el potencial de tierra es alta. La impedancia simétrica está determinada principalmente por la impedancia de la carga: la fuente de interferencia y el dispositivo receptor. Por otro lado, la impedancia asimétrica está determinada por las capacidades de acoplamiento con respecto a tierra (la estructura metálica) dentro de los dispositivos. Por lo tanto, lo más adecuado es un filtro LC asimétrico, complementado con condensadores grandes conectados simétricamente (varios microfaradios) en el lado de la fuente de interferencia o del dispositivo receptor.

Los filtros de supresión de ruido proporcionan la mayor atenuación cuando están combinados. a la impedancia de la fuente de interferencia, dispositivo receptor o línea. Teniendo en cuenta este aspecto, la Fig. 1 muestra circuitos de filtro para varias impedancias de línea y la fuente de interferencia (dispositivo sensor).

El método de «baja frecuencia&#187 más simple. El filtro de alta impedancia es el condensador de supresión de ruido y el filtro de baja impedancia es el inductor de supresión de ruido.

En los sistemas de suministro de energía, la impedancia de la línea depende de la longitud de la línea, el número y el tipo de cargas involucradas. y las características resonantes de la línea.

Por tanto, se puede decir que los sistemas de suministro de energía tienen una impedancia relativamente baja. Lo mismo ocurre con la impedancia de los pares de cables y entre los pares de cables y el bus de tierra (ya que el neutro generalmente está conectado a tierra), se deduce que es recomendable iniciar el SPF con inductancia (L).

Fig. 1. Circuitos de filtrado y su impedancia

Para algunos tipos de equipos, un parámetro importante a la hora de elegir un filtro es la corriente de fuga: esta es la corriente de conducción entre los electrodos del condensador, que caracteriza, entre otras cosas, la calidad del aislamiento entre electrodos (dieléctrico). Por supuesto, la corriente de fuga requerida está determinada por los requisitos de seguridad. Sólo hay que recordar que la cantidad de corriente de fuga es inversamente proporcional al tamaño del filtro. Este parámetro está determinado por la fórmula:

Iyт=2pf*U1*C1*10-3,

donde U1, B – red de alimentación de tensión;
f, Hz – frecuencia de la red de alimentación;
C1, µF – capacitancia del filtro entre el cable y tierra.

De esta fórmula se deduce que, por ejemplo, en una red de 50 Hz y 220 V, si configura la corriente de fuga en 0,5 mA, entonces no se pueden colocar condensadores con una capacitancia total de más de 0,007 μF en el circuito de filtro entre el cable y tierra, y con Iut = 10 mA, C<0,25 µF. Si no se especifica la corriente de fuga, entonces este valor está claramente especificado en la norma VDE 0875. Según esta norma, para dispositivos no estacionarios la corriente de fuga no debe exceder los 0,75 mA, mientras que para suprimir las interferencias asimétricas se utilizan condensadores con una capacidad de. Se instalan 2×0,0025 μF en el SPF. Para dispositivos estacionarios con conexiones enchufables, la corriente de fuga no debe exceder los 3,5 mA, mientras que en SPF se pueden usar condensadores con una capacidad máxima de 2×0,0035 μF.

Por otra parte, conviene detenerse en los criterios para elegir un filtro para atenuar el ruido impulsivo. Dado que la capacitancia intrínseca de la bobina del filtro y la inductancia en serie de los cables del capacitor convierten el filtro de paso bajo en un filtro de eliminación de banda, la pérdida de inserción cae a altas frecuencias. Por lo tanto, es necesario seleccionar un filtro cuya banda de parada cubra al menos frecuencias hasta I/Dt o I/tA (Dt es la duración del pulso para pulsos cortos, tA es el tiempo de subida para pulsos largos).

Por ejemplo, con Dt = 1 µs, la banda de parada debería ser de hasta 10 MHz. Un filtro de paso bajo reduce la amplitud de los pulsos cortos y estira el frente de los pulsos más largos. En cualquier caso, la parte de alta frecuencia del espectro de interferencias cae a un valor no crítico.

Sin embargo, el producto de la amplitud y la duración del pulso no debe exceder un cierto valor aceptable para un filtro dado, porque de lo contrario, se producirá la saturación del núcleo del estrangulador del filtro, lo que provocará una fuerte disminución en el efecto de supresión de ruido.

En condiciones de funcionamiento, las especificaciones técnicas de cada tipo de filtro suelen indicar la cantidad de ruido impulsivo permitido. Así, para el filtro FPBM en TU 6346-007-11496205-96 está escrito: Está permitido utilizar filtros cuando se exponen a ruido pulsado con una duración de no más de 10 μs. Y el voltaje nominal de CA es de hasta 1000 V. En este caso, la atenuación disminuye en 10 dB”.

En la Fig. 2 muestra gráficos de la dependencia de la atenuación del ruido impulsivo de la duración del pulso y la frecuencia de corte del filtro de paso bajo, y en la Fig. 3 – dependencia de la amplitud máxima permitida del pulso de la duración del pulso y del producto amplitud-duración. Estos gráficos ayudan en la selección óptima del filtro que el cliente necesita.

Es necesario tener en cuenta que aquí se entiende por atenuación de la amplitud del ruido del pulso el logaritmo de la relación entre la amplitud del pulso en la entrada del filtro y la amplitud máxima del proceso transitorio medido en la salida del filtro.

Desde el punto de vista del consumidor, la cuestión de conectar el filtro a la carga también es importante: ¿todas las fuentes de interferencia y los dispositivos de detección deben conectarse a través de un filtro (Fig. 4) o no?

El requisito previo para el primero es el apantallamiento de todos los cables de conexión. Esto parece más económico, pero en este caso el filtro debe estar diseñado para todo el consumo de corriente del sistema y, por lo tanto, el inductor (para no ser demasiado voluminoso) debe tener una inductancia pequeña. Pero entonces se necesita un condensador más alto, lo que generará corrientes más altas a través de las líneas blindadas. Por lo tanto, es aconsejable proteger cada carga con un filtro separado o un conjunto de filtros si la corriente de carga excede la corriente del filtro (Fig. 5). Normalmente, cada TD prevé el funcionamiento paralelo de filtros.

Al elegir los filtros por parte del consumidor, además de los parámetros básicos (frecuencia, atenuación, rango de operación, corriente de carga, corriente de fuga, dimensiones, peso, características de diseño, etc.), es necesario guiarse por las condiciones de operación en las que el filtro funcionará porque De esto dependen no sólo su rendimiento, sino también sus características específicas de volumen y peso. Los requisitos de resistencia a factores de influencia externos se establecen en los GOST para los equipos electrónicos de la serie RV 20.39.414.1(2)-97, que básicamente cumplen con los requisitos de los documentos reglamentarios internacionales en términos de «clima, mecánica, confiabilidad, capacidad de almacenamiento». , etc.»

. 2. Dependencia de la atenuación del ruido impulsivo de la duración del pulso y la frecuencia de corte del filtro

Arroz. 3. Dependencia de la amplitud máxima permitida del pulso de la duración del pulso y del producto amplitud-duración

Fig. 4. El principio de supresión colectiva de interferencias

A, B, C, D – fuentes de interferencias;
E – carga;
F – ruido filtro de supresión para la corriente total. 

Arroz. 5. El principio de supresión de interferencias individual

A, B, C, D – fuentes de interferencias;
E – carga;
1 – conexión bloque;
2, 3, 4, 5 – filtros de supresión de ruido.

El método para medir el parámetro principal del filtro, el valor de atenuación, se establece en GOST 13661-92, y la publicación IEC-540 (1988) proporciona orientación sobre el uso de condensadores, resistencias, inductancias y filtros para suprimir las interferencias de radio.

Dado que las mediciones de los parámetros del filtro se llevan a cabo no solo en bajas, sino también en altas frecuencias, esto requiere instrumentos especiales previstos por GOST 11001-80 (Instrumentos para medir interferencias industriales, requisitos técnicos y métodos de prueba de radio).

En cuanto a la certificación SPF, en opinión del autor, el filtro debe pasarla como parte del producto, porque en primer lugar, es en sí mismo un elemento que no contiene elementos activos, no mejora ni puede leer información, sino que es un elemento pasivo en el esquema (sistema) de protección de la información.

Dado que la protección de la información para un filtro de supresión de ruido es una función adicional no prevista en las especificaciones técnicas, el Reglamento sobre la certificación de equipos de seguridad de la información según los requisitos de seguridad de la información, que proporciona una lista de elementos sujetos a certificación obligatoria, no contiene red Elementos de supresión de ruido. Sin embargo, esto no excluye la certificación voluntaria, sino, por supuesto, el cumplimiento de los requisitos de TU y de STR-97 en términos de influencias acústicas y electromagnéticas.

Desde el punto de vista de la calidad de fabricación control y control de entrada al consumidor, el filtro debe ser probado estrictamente para cumplir con los requisitos de las especificaciones técnicas correspondientes.

Conclusiones