پارامترها و عوامل زیادی در نحوه انتخاب فیلتر EMI مناسب نقش داشته و می بایست مشخصات فنی و کاربردی زیادی را درنظر گرفت . در اینجا به معرفی و بررسی این پارامترها از نقطه نظر مشخصات الکتریکی و هم کاربردی پرداخته خواهد شد. در این خصوص مقالاتی با عنوان "نویز فیلتر چیست؟" و " منبع ایجاد نویز EMI " نیز می تواند مفید باشد.
اولین قدم در نحوه انتخاب فیلتر EMI مناسب برای یک پروژه و یا تجهیز بررسی الزامات و مشخصات سیستم است.این موارد شامل الزامات الکتریکی و عملیاتی سیستم شما می باشد که در اینجا به آنها پرداخته خواهد شد .
- ولتاژ نامی (Rated Voltage): این پارامتر اشاره به حداکثر ولتاژ خطی دارد که فیلتر برای کنترل آن انتخاب می شود. اغلب نویز فیلترهای تک فاز در رنج ولتاژ 250VAC می باشند و در این ولتاژ یا پایین تر کار می کنند. فیلترهای سه فاز نیز در رنج ولتاژ 480VAC درجه بندی شده اند. به همین ترتیب فیلترهای سه فاز تا رنج ولتاژ 600 ولت برای کاربردهای با ولتاژ بالاتر و فیلترهای DC تا 1200 ولت نیز قابل طراحی و ساخت هستند. فیلترها معمولا می توانند سرج های گذرا و اضافه ولتاژ های کوتاه مدت را تحمل کنند اما اضافه ولتاژ دائمی به خازن های داخلی فیلتر آسیب شدیدی وارد می نماید. ولتاژ نامی فیلتر حتما می بایست بیشتر و یا برابر با حداکثر ولتاژ خط تامین کننده تجهیز مورد حفاظتی باشد.
- جریان نامی (Rated current) : جریان نامی حداکثر جریانی است که فیلتر قادر به عبور آن خواهد بود به شرط آنکه دمای عملکردی فیلتر از حدود مجاز تجاوز ننماید. جریان نامی فیلتر می بایست بیشتر و یا برابر با حداکثر جریان ورودی حالت پایدار باشد. فیلترها می توانند جریان های هجومی گذرا را نیز تحمل نمایند اما اضافه جریان دائمی قطعا منجر به آسیب زدن و از بین رفتن فیلتر خواهد شد.
- دمای داخلی (Ambient Temperature) : این پارامتر اشاره به بالاترین دمای داخلی فیلتر برای انتقال جریان نامی دارد . اغلب فیلترها قادر به تحمل دمای داخلی 40 تا 50 درجه سانتیگراد هستند و اگر دمای محیط بالاتر از این اعداد باشد بعنوان مثال 60 ، 70 و یا 75 درجه سانتیگراد باشد می بایست به تناسب افزایش دما جریان عبوری از فیلتر را کاهش دهید.
- دمای عملکردی (Operating Temperature) : این محدوده دمایی هست که می توان در آن با خیال راحت از فیلتر استفاده نمود . بیشتر فیلترهای تجاری دارای رنج دمایی 25- تا 85+ درجه سانتیگراد یا 25- تا 100+ درجه سانتیگراد هستند.
- جریان نشتی (Leakage Current) : جریان نشتی به جریانی اشاره دارد که هنگام اعمال ولتاژ خط به فیلتر از طریق خط و نول به زمین انتقال می یابد. این امر بدلیل وجود خازن Y بکار رفته در فیلتر میان خط و زمین می باشد. در بسیاری از کاربردها ، استانداردهایی از قبیل IEC 60950-1 برای تجهیزات مخابراتی و ارتباطاتی ، IEC 60601 برای تجهیزات پزشکی و IEC 55014 برای لوازم خانگی ، جریان نشتی را محدود می نمایند و باید آنها را در نظر گرفت. بسیاری از کشورها دارای توپولوژی سیتم قدرت خاص مانند دلتا زمین گوشه ای (Corner Grounded Delta) هستند که جریان نشتی را حتی در فیلترهای با جریان نشتی کم ، افزایش می دهد. عدم رعایت محدودیت های جریان نشتی پس از انجام آزمایشات انتشار EMI و ایمنی ، به آزمایش مجدد و صرف هزینه های اقتصادی و زمان می انجامد.
- سیستم قدرت (توپولوژی شبکه) : پیکربندی سیستم قدرت می تواند از کشوری به کشور دیگر متفاوت باشد. به غیر از توپولوژی های استاندارد مانند سیستم تک فاز ، دلتا سه فاز و سه فاز WYE ، سیستم های ویژه دیگری مانند تقسیم فاز ، سه فاز دلتا با گراند گوشه ای ، دلتای پایه و ... وجود دارد که باید در نظر گرفت. اما بطور کلی فیلترها برای توپولوژی های استاندارد و مدارات DC طراحی می شوند که با تغییراتی در فیلتر می توان به توپولوژی های خاص نیز دسترسی یافت. در این مشخصه فنی قید شده ، نوع توان و مقدار توان ورودی به فیلتر بسیار مهم می باشد.
- تعداد طبقات (Number of Stage) : تعداد طبقات به تعداد تکرار مدارهای حذف نویز در فیلتر اشاره دارد. فیلتر تک طبقه دارای یک مدار است و اگر آن مدار تکرار شود تبدیل به فیلتر دو طبقه و اگر سه بار تکرار شود تبدیل به فیلتر سه طبقه خواهد شد. افزایش تعداد طبقات به بهینه سازی اندازه و عملکرد فیلتر کمک نموده و همچنین موجب کاهش فرکانس قطع می گردد.
- ولتاژ های -پات یا مقاومت دی الکتریک (Hi-pot voltage / Dielectric Resistance) : ولتاژ DC بالایی بین خط و زمین اعمال می شود تا مقاومت عایق را بررسی نماید که می تواند به تعیین نقاط ضعف و نقص تولید کمک نموده و از بوجود آمدن ولتاژ تماس بر روی شاسی و ترمینال های فیلتر و ایجاد شرایط ناامن جلوگیری کند. ولتاژ DC اعمال شده تابع ولتاژ نامی فیلتر می باشد و توسط استانداردها تعیین می گردد.
این پارامترها به عنوان اولین مرحله در نحوه انتخاب فیلتر EMI مناسب معرفی شده اند که به محدود شدن دامنه انتخاب فیلتر برای پروژه های مختلف کمک می نماید. مرحله بعد مربوط به پارامترهای کاربرد فیلتر و نیازمندی های سیستم تحت حفاظت می باشد که در اینجا به بررسی آن می پردازیم.
در ادامه ، انتخاب فیلتر را می توان بر اساس کاربرد ها و نیازمندی های سیستم انجام داد. این پارامترهای خاص کمک می کنند کدام فیلتر EMI می تواند انتخاب بهتری باشد و به شرح ذیل می باشد :
- نوع تجهیز (Equipment type) : نوع تجهیز و اجزای آن می تواند تاثیر قابل توجهی درانتخاب نویز فیلتر مناسب داشته باشد. تجهیزاتی که بالقوه به فیلتر EMI نیاز دارند عبارتند از مبدل های AC/DC ، درایوهای سرعت متغیر (VFD) ، لوازم خانگی ، تجهیزات صنعتی ، تجهیزات پزشکی ، کابل ها و ... . فیلتری که برای یک کاربرد طراحی شده است ممکن است برای کاربردهای دیگر و بعضا خاص تر کارایی نداشته باشد. ویژگی های الکترونیکی تجهیزات مانند فرکانس های سوئیچینگ ، فرکانس های کلاک (ساعت زنی) ، طیف های تولید هارمونیک ، زمان افزایش رایز و داون سیگنال ها به میزان قابل توجهی بر پروفیل انتشار EMI دستگاه تاثیر گذار بوده و به همین دلیل نوع تجهیز تحت حفاظت می تواند به انتخاب نویز فیلتر استاندارد کمک نماید.
- الزامات صنعت (Industry Requirements) : هر صنعت خاص استانداردهای ایمنی و انتشار EMI خود را دارد و باید تجهیزات از آن تبعیت کنند. بطور مثال استاندارد MIL-STD الزامات مربوط به تجهیزات نظامی را تبیین می کند و یا استانداردهای UL/CSA و FCC قوانین مربوط به انتشار و ایمنی در آمریکای شمالی را وضع نموده است. بنابراین با در نظر گرفتن نیازهای صنعت نویز فیلتر استاندارد را انتخاب نموده و به استاندارد انتخاب نویز فیلتر دقت نمایید.
- نوع فیلتر (Filter type) : برخی از انواع فیلترها ممکن است برای یک پروژه کاربردی تر باشد . بعنوان مثال فیلتر PCB برای بردهای الکترونیکی بهتر از فیلترهای ریلی می باشد. فیلترهای مجهز به شاسی خاموش و روشن برای کامپیوترها و یا فیلترهای ورودی IEC . هر تیپ فیلتر جهت کاربردی خاص مد نظر قرار گیرد.
- محدودیت ابعاد فیلتر (Size Restrictions) : اگر محدودیت های مکانی (اندازه ،فضا یا فاکتور شکل فیلتر) برای پروژه وجود دارد ، این ویژگی را باید در مراحل ابتدایی در انتخاب فیلتر لحاظ نمود. نویز فیلترهای استاندارد در انواع مختلف شکل ظاهری ، اندازه ها ، نوع اتصالات و نوع نصب وجود دارد که تصمیم گیری با توجه به نیازهای پروژه بر عهده بهره بردار و طراح سیستم است.
- اتصال زمین (Grounding) : سیستم اتصال به زمین برای ایمنی و عملکرد فرکانس بالا ضروری می باشد. اگر ترمینال اتصال به زمین در فیلتر وجود نداشت آن را کنارگذاشته و به دنبال فیلتر دیگری بروید.
فرآیند انتخاب فوق در ذیل انتخاب فیلترهایی که پارامترهای الکتریکی و عملیاتی را پاس می کنند مفید خواهد بود. مهمترین نقش فیلتر کمک به تجهیز جهت برآورده کردن الزامات و استانداردهای انتشار و ایمنی در زمینه تداخل الکترومغناطیسی است.
چند پارامتر دیگر که شاید مانند پارامترهای بالا در پروژه ها مهم و حیاتی نباشند اما بصورت موردی ممکن است در انتخاب فیلتر تاثیر گذار باشد.
- تلفات DCR : اجزای فیلتر دارای مقاومت هستند که در مجموع با مقاومت DC یا DCR نشان داده می شود. هنگامی که جریان از فیلتر عبور می کند ، این مقاومت باعث تلفات IR2 و تلفات حرارتی شود.
- پدیده تشدید و اعوجاج هارمونیکی : اگر فرکانس رزونانس فیلتر نزدیک به پهنای باند لوپ کنترلی باشد ، باعث ایجاد اغتشاشات هارمونیکی و سوء کارکرد تجهیزات گردد. یک فیلتر همچنین می تواند مدار تشدید (رزونانس) را با اجزای تجهیز مورد حفاظت ایجاد نماید که این امر باعث افت شدید عملکرد فیلتر و ایجاد صدای ناهنجار شود و در نهایت فیلتر از بین برود.
- افزایش دما : آزمایش افزایش دما نشان می دهد که یک فیلتر با وجود افزایش دمای آن در حین کار ، در دمای ثابتی که برای کارکرد اجزای فیلتر ایمن می باشد ثابت مانده و طول عمر فیلتر را تضمین می نماید. شاید این دما برای فیلتر مناسب باشد اما ممکن است دمای بدنه فیلتر برای لمس انسان ایمن نباشد. بنابراین مکان نصب فیلتر مهم می باشد.
