طريقة اختبار فلتر EMI لتبديل مصدر الطاقة

طريقة تصميم فلتر EMI لمصدر الطاقة:

1طريقة عامة لتحديد fcn:

يجب أن يتم تحديد تردد قطع الاختناق وفقًا لمتطلبات تصميم التوافق الكهرومغناطيسي.من الضروري خفض مستوى الاضطراب إلى النطاق المحددبالنسبة للمستقبل ، تنعكس نوعية استقباله في متطلبات تحمل الضوضاء. يمكن تحديد تردد قطع فلتر المرور المنخفض من الدرجة الأولى بالمعادلة التالية:

مصدر الاضطرابات: fcn=kT× ((وتردد الاضطرابات المنخفض في النظام) ؛ المستقبل: fcn=kRX ((وتردد الاضطرابات المنخفض في البيئة الكهرومغناطيسية).

في الصيغة ، يتم تحديد kT و kR وفقًا لمتطلبات التوافق الكهرومغناطيسي ، وعادة ما تأخذ 1/3 أو 1/5. على سبيل المثال:تردد قطع ضوضاء إمدادات الطاقة أو فلتر مخرج إمدادات الطاقة هو fen = 20 ~ 30kHz (عندما يكون تردد إمدادات الطاقة التبديلية f هو 100kHz)فالتردد القصير لخنق ضوضاء الإشارة هو fcn = 10 ~ 30MHz (لجهاز تكنولوجيا المعلومات مع معدل نقل 100Mbps).

وبالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للأجهزة ذات أشكال موجة خاصة للتيار المدخل، such as power input circuits connected to direct rectification and capacitor filtering (this is usually the case for switching power supplies and electronic ballasts without power factor correction (PFC))، يمكن أن تكون تردد قطع الضجيج fcn أقل لتصفية تداخلات التوصيل الهارمونية من 2 ~ 40th من التيار.لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) في الولايات المتحدة تنص على أن تردد البداية للتداخل الكهرومغناطيسي هو 300kHz؛ اللجنة الدولية الخاصة بتداخلات الراديو (CISPR) تنص على أنها 150kHz ؛ والمعيار العسكري الأمريكي ينص على أنها 10kHz.

2دائرة تصفية الضوضاء

عندما يتم إدخال الاختناق في الدائرة ، فإن تأثير قمع الضوضاء الذي يوفره لا يعتمد فقط على حجم عائق الاختناق ZF ،ولكن أيضا على العائق قبل وبعد الدائرة حيث يقع الاختناق (iتحليل الشبكة يشير إلى أنه في نطاق تردد التشغيل ، يتم مطابقة معوقات المدخلات والمخرجات لخط النقل ،والتي يمكن أن تعظيم نقل قوة الإشارةبالنسبة للضوضاء، فمن الطبيعي أن نفكر في إدخال مرشح الضوضاء لجعل عائق المدخل والخروج غير متطابق داخل نطاق تردد الضوضاء لتقليل قمع الضوضاء.

وبالتالي فإن اختيار هيكل مرشح الضوضاء ومكوناته يعتمد على عائق المصدر وعائق الحمل في الدائرة التي يقع فيها مرشح الضوضاء.المرشح المضاد للإي إم آي هو في الواقع مرشح عدم تطابق الضوضاءهنا، نقترح على وجه التحديد مفهوم عدم تطابق الضوضاء لتسهيل تحليل التفاعل بين الضوضاء ومرشحات الضوضاء (انظر قسم مبادئ التطبيق أدناه).

الشكل 1 الدائرة الأساسية لفلتر الضوضاء

عادة ما تستخدم دوائر فلتر الضوضاء هياكل دائرة على شكل X ، على شكل T ، على شكل L ومجموعاتها لصنع مرشحات مرور منخفضة. يتم عرض هيكل الدائرة الأساسي في الشكل 1. بشكل عام,بالنسبة للضوضاء عالية التردد ، يمكن أن يوفر الهيكل على شكل n عائق مدخل ومخرج منخفض ، وهو مناسب في الحالات التي يكون فيها عائق المصدر وعائق الحمل في الدائرة مرتفعين.يمكن أن توفر الهيكل على شكل T عائق مدخل ومخرج عالي، وهو مناسب لحالات تكون فيها عائق المصدر وعائق الحمل للدارة منخفضة.يمكن أن يوفر الهيكل على شكل حرف L عائقًا مدخلًا مرتفعًا وعائقًا خارجيًا منخفضًا (أو العكس)، وهو مناسب في الحالات التي تكون فيها عائق المصدر وعائق الحمل للدارة منخفضة (أو العكس).يجب أن يلبي تحديد قيم L و C لمكونات المرشح متطلبات الدوائر لخسارة الإدراج في تردد الضوضاء، ويمكن حسابها تقريبًا على النحو التالي:

L=Z/(2I×fc) ، C=1/(2n×fe×Z)

Z هو عائق خنق الضوضاء أو عائق مدخل المرشح أو مخرج. يجب الإشارة إلى أن حساب قيم L و C يمكن أن يكون تقريبياً فقط.لأن للترددات عالية مثل 100kHz وهارمونيكاتها، لا يمكن تجاهل المعايير الموزعة للدائرة ، وغالبا ما يتم تحديد تأثير قمع الضوضاء لفلتر الضوضاء عن طريق التجارب. لتسهيل حسابات التصميم ،خصائص تردد المعوقة للمكثف الفعلي وطريقة حساب الحثية الرصاصية هي ما يلي:مع الأخذ بعين الاعتبار تأثير خسارة المكثف وتأثير الرصاص ، يتم عرض الدائرة المعادلة للمكثف الفعلية وخصائص تردد المعوقة في الشكل 2.

يتم حساب الحثية الرصاصية بواسطة الصيغة التالية:

L=0.002/[ln(4l/d) -1]

حيث d هو قطر السلك (cm) ، 1 هو طول السلك (cm) ، و L هو الحثية (uH).

على سبيل المثال، سلك 0.31 ملم بطول 1 = 1 سم، L = 0.0077uH، عندما يكون التردد 1MHz، Z = 0.0499عندما يكون التردد 100MHz، Z=4.99عندما يكون 1=2cm، L=0.0182uH، عندما يكون التردد 100MHz، Z=11.44 أوم.

3مبدأ تطبيق مرشح الضوضاء

الطريقة أو الإجراء لاختيار واستخدام مرشحات الضوضاء وفقا لمتطلبات التوافق الكهرومغناطيسي ليست فريدة من نوعها.يجب حل هذا كجزء من عملية تصميم التوافق الكهرومغناطيسي في التصميم الكهربائيومع ذلك، قبل تصميم واستخدام مرشحات الضوضاء، فمن المفيد أن نفهم طريقة انتشار الاضطرابات الكهرومغناطيسية،والبيئة الكهرومغناطيسية للدائرة المُدخلة.

هناك طريقتان تقريبًا لنشر الاضطرابات الكهرومغناطيسية:

أحدهما تدخلات موجهة والآخر تدخلات مشعة. The board-mounted noise filter used to improve the circuit noise tolerance can be designed to work in a certain frequency band within the frequency range of 9kHz~1780MHz (according to the relevant electromagnetic compatibility standards)بشكل عام، يمكن اعتبار أن: شريحة الضوضاء ذات الترددات المنخفضة تظهر على أنها تداخلات موجهة (مضايقة) ،ومرشح الضوضاء يعتمد بشكل رئيسي على التفاعل التحفيزي للخنق لتوفير قمع الضوضاءفي الطرف العلوي من تردد الضوضاء ، يتم امتصاص قوة الضوضاء الموجهة من قبل المقاومة المكافئة للخنق وتتجاوزها السعة الموزعة.الاضطرابات المشعة تصبح الشكل الرئيسي للتداخل.

الاضطرابات المشعة تسبب تدفق الضوضاء على المكونات القريبة والموصلات، وفي الحالات الشديدة يمكن أن يسبب إثارة الدائرة الذاتية،الذي يصبح أكثر بروزًا في حالة تجميع مكونات الدوائر الصغيرة والعالية الكثافةيتم إدخال معظم أجهزة مكافحة EMI في الدائرة كمرشحات مرور منخفضة لقمع أو امتصاص تداخلات الضوضاء.يمكن تصميم وتحديد تردد قطع المرشح fcnكما ذكر أعلاه، يتم إدخال مرشح الضوضاء في الدائرة كاختلاف في الضوضاء. وظيفته هي اختلاف الضوضاء بشكل حاد أعلى من تردد الإشارة.استخدام مفهوم عدم تطابق الضوضاءيمكن فهم وظيفة المرشح على النحو التالي: من خلال مرشح الضوضاء ، يمكن للضوضاء أن تقلل من مستوى الصوت الخارجي بسبب تقسيم الجهد (التضييق) ؛أو تمتص قوة الضوضاء بسبب الانعكاسات المتعددةأو تدمير ظروف التذبذب الطفيلي بسبب تغيرات مراحل القناة ، وبالتالي تحسين تحمل الضوضاء للدائرة.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب ملاحظة المسائل التالية عند تصميم واستخدام الأجهزة المضادة لEMI:

(1) فهم البيئة الكهرومغناطيسية واختيار نطاق التردد بشكل معقول

(2) ما إذا كان هناك تيار متزامن أو تيار متردد قوي في الدائرة التي يقع فيها مرشح الضوضاء لمنع فشل تشبع نواة الجهاز.

(3) فهم حجم المعوقة وخصائصها قبل وبعد دائرة الإدراج لتحقيق عدم تطابق الضوضاء. معوقة الاختناق عادة ما تكون 30 ~ 5009.وهي مناسبة للاستخدام تحت عائق مصدر منخفض وعائق حمولة;

(4) انتبه للتداخل الحثي x الناتج عن السعة الموزعة والمكونات والأسلاك المجاورة.

(5) التحكم في ارتفاع درجة حرارة الجهاز، عموما لا يتجاوز 60 درجة مئوية.