تصنيف التطبيق واختيار محولات الوضع المشترك

واحدة من أكثر أشكال المكونات المغناطيسية شيوعاً هي الحث، والتي لها قيمة حث معينة، وبالتالي تزداد مقاومتها بازدياد التردد. يمكن اعتبار هذا بمفرده كمرشح تردد عالي من الدرجة الأولى؛ عندما يتغير موضوع الترشيح الذي نناقشه من مسار تيار واحد (حلقة أو حلقة دوائر) إلى مسارين أو أكثر، يصبح من الضروري وضع ملف حث واحد على الأقل على كل مسار لتحقيق نفس تأثير الترشيح عالي التردد - ويمكن بسهولة وذكاء تصميم ذلك في المكونات المغناطيسية العملية، وهو ما يُعرف باسم ملف تصفية التيار المشترك (common mode choke) الذي نشير إليه هنا. لماذا؟ لأنه عندما يكون هناك مساران (أو أكثر)، يمكن "مشاركة" تدفق المجال المغناطيسي الناتج عن التيارات ذات الاتجاه نفسه مع مسار تيار آخر، مما يجعله يعادل الحصول على مقاومة إضافية، وتُعرف أيضاً بالاقتران (المغناطيسي). وهكذا، عن طريق لف لفتين متصلتين مغناطيسياً حول قلب مغناطيسي، يمكن تحقيق تأثير ترشيح أفضل من استخدام ملفين منفصلين.

أعلاه يقدم الخصائص الوظيفية الأساسية لمُحَثَّات الوضع المشترك، والتي تتمثل في التصفية. إذًا، أولًا من الضروري التمييز بين المحولات والمُحَثَّات ذات الوضع المشترك التي تتطلب أيضًا عملية ترابط، لأن الفلترة تعمل على كتم (أو امتصاص) الضوضاء الموجودة على الخط. من حيث اتجاه الإثارة، فإنها تكون ذات وضع مشترك، لكن المحولات تقوم بنقل تيار الإثارة الجهد الكهربائي الذي يمثل الطاقة، وهو ما يُعرف بـ "الوضع التفاضلي". لذلك، وبشكل مشابه لتوصيل المكثفات الأمنية، يجب أن يكون مُحَثَّ الوضع المشترك متصلًا بالطريقة Y (عبر دائرة الأرض أو الدائرة المرجعية للأرض)، بينما يجب أن تكون المحولات متصلة بالطريقة X (عبر دوائر الإدخال والإخراج). ثانيًا، يتطلب تقييم وقياس تأثير التصفية الخاص بها استخدام دوائر مساعدة إضافية. ولكن في اختبار EMC (التوافق الكهرومغناطيسي) الفعلي، غالبًا ما يتم فقط اختبار إشارة المستقبل (LISN - شبكة تثبيت المعاوقة الخطية) الناتجة عن مزيج من الوضعين التفاضلي والمشترك لتحديد ما إذا كانت تتوافق مع المعايير التنظيمية المقابلة (مثل شهادة CE). وبالتالي، فإن دور الحث في الوضع المشترك غالبًا ما يكون من الصعب العثور على إجابة له في كتاب المواصفات، وهي أيضًا السبب في اعتماد المهندسين كثيرًا على الخبرة عند إجراء التنبؤات عبر المحاكاة أثناء اختيار النماذج. وأخيرًا، سيلاحظ القراء الملاحظون أن مُحَثَّات الوضع المشترك تُسمى محثات، لكنها لا تختلف عن المحاثات الكهربائية. فهي لا تأخذ في الاعتبار تيار الاشباع أو تخزين الطاقة، وتنتهي أسماؤها الإنجليزية بعبارة choke. ولذلك، فإن معناها الأساسي لا يزال هو choke. كما سنناقش لاحقًا، تمامًا بسبب تأثير choke هذا، يمكن تحقيق التصفية، لذا فإن تسميتها بملفات choke ذات الوضع المشترك أكثر تلاؤمًا مع مبدأ عملها.

في القسم التالي، سنتحدث عن المبادئ الأساسية لبنية الحث المشترك، وتصنيف التطبيقات، واختياره، آملين أن يكون ذلك مفيدًا لك كمهندس. وفي الوقت نفسه، إذا كانت لديك أي أسئلة أو رغبت مناقشة المعلومات ذات الصلة، يرجى التواصل معنا. سيقدم لك فريق المهندسين لدينا المساعدة اللازمة قدر الإمكان من منظور المكونات والتطبيقات.

أولاً: الاقتران المغناطيسي

كما هو موضح في الشكل 1، فإن الملف المشحون (A) سيوزع مجالاً مغناطيسياً في الفضاء المجاور لدائرته الكهربائية (هنا الملف)، ويُعبّر عنه بالتدفق المغناطيسي Φa (أو →Ba) (كثافة التدفق المغناطيسي للحث المشترك). تعتمد قوة المجال المغناطيسي على مقدار التيار، وعدد لفات الملف، والمساحة المقطعية الفعالة، وما إذا كان هناك قلب مغناطيسي أم لا. يمكن التعبير تقريباً عن التدفق المغناطيسي في مركز الملف بالعلاقة التالية:

من بينها، إذا كان هناك قلب مغناطيسي في مركز الملف، فإن نفاذيته المغناطيسية كلما كانت أكبر، زاد طول الدائرة المغناطيسية ما يؤدي إلى تقليل الطول كلما كان أقصر، زاد التدفق المغناطيسي حتمًا. هذا هو هيكل المحاثة القياسي وتوزيع التدفق المغناطيسي المكاني المقابل له. تجدر الإشارة إلى أن توزيع التدفق المغناطيسي لا يعتمد على تغيرات التيار، بل هو علاقة متطابقة. جوهره مستمد من قانون المجال المغناطيسي الغاوسي في معادلات ماكسويل الكهرومغناطيسية.

الشكل 1 توزيع المجال المغناطيسي المكاني للملفين المشحونين A و B

عندما تقترب لفافة أخرى B في الفضاء من اللفافة المشبعة A بعلاقة موضعية معينة (كما هو موضح في الشكل 1)، فإن تدفق المجال المغناطيسي الذي تتوزع به اللفافة A جزئيًا سيمضي حتمًا عبر اللفافة B، مشكلة علاقة مشتركة. وفقًا لقانون أمبير، عندما يتغير التدفق المغناطيسي داخل الحلقة التي تحيط بها اللفافة B، سيُولد قوة دافعة كهربائية مُحَرِّضة، أو جهدًا مُحَرِّضًا، داخل حلقة اللفافة B. يمكن توقع أنه إذا كانت اللفافة B عبارة عن لفافة موصلة مفتوحة، فلن يتم تشكيل تيار حلقي، بل فقط جهد مُحَرِّض يتشكل عند طرفي اللفافة B. وبما أنه لا يوجد تيار على حلقتها، فلن يتم بالطبع إنشاء مجال مغناطيسي مكاني متناظر؛ ولكن إذا كانت اللفافة B حلقة مغلقة، فسيتم بالتأكيد توليد تيار حلقي، أي تيارًا مُحَرِّضًا. وفي الوقت نفسه، وبما أن هناك تيارًا مُحَرِّضًا، فإنه سيشكل توزيعًا للمجال المغناطيسي المكاني في الاتجاه العكسي. وفقًا للعلاقة المكانية بين اللفافة B واللفافة A، ستشارك اللفافة A حتمًا في تدفق المجال المغناطيسي الموزع من اللفافة B. إذن، ما هو الناتج النهائي لهذه العلاقة الحثية المتبادلة؟ من الواضح أنه إذا كان لدى اللفافة A تيار ثابت فقط، فلن تشعر اللفافة B بأي تغيير في تدفق المجال المغناطيسي الذي تشاركه في موقع ثابت. ولذلك، فقط عندما يتم إنتاج تيار متغير (مثل التيار المتردد) في اللفافة A يمكن أن يحدث الحث المتبادل. في حالة اتصال واحد لواحد (انظر فقط الحالة التي تكون فيها لفافة واحدة مرتبطة بلفافة أخرى)، فإن التيار المُحَرِّض له دائمًا تأثير في مقاومة تغيير تدفق المجال المغناطيسي. وبالتالي، فإن تأثير اللفافة B المقابلة على اللفافة A سيعمل فقط على إلغاء تغيير تدفق المجال المغناطيسي الذي تشاركه اللفافة A مع اللفافة B. سيقوم التدفق المغناطيسي المشترك بين الاثنين بإلغاء بعضهما البعض من حيث التغيير.

الاقتران المجال المغناطيسي في وضع ثابت (بخلاف المحركات أو المولدات الكهربائية) يصف التفاعل بين لفات مختلفة بسبب تدفق المجال المغناطيسي المشترك تحت ظروف التيار المتردد. سواء كان ذلك كمحول لتحويل الطاقة أو عزل الإشارة، أو كملف تشويش مشترك لن compensation التيار، فهو مثال على الاقتران المجال المغناطيسي. عند تصميم أو إنتاج ملف تشويش مشترك، فإن سؤالاً ما يُفلت من الاعتبار أبداً: ما هي المعايير التي يجب أن تضمنها اللفتين لتلبية المتطلبات؟ أو بجانب التيار والمحاثة من جانب واحد، ما هي المتطلبات الضرورية لمراعاة العلاقة بين الاثنين؟ متطلب شائع للمعايير هو أن يكون الخطأ الحسي على الجانبين صغيراً بما فيه الكفاية، أو في بعض الأحيان يجب أن يصل معامل الاقتران إلى مستوى مرتفع (مثل 98%). وذلك لأنه في حالة ملف التشويش المشترك من نوع compensation التيار، إذا كانت المحاثة المسربة كبيرة جداً، فسوف يكون لها تأثير كبير على إشارة الوضع التفاضلي، إما عن طريق إحداث مقاومة تفاضلية غير ضرورية (مما يؤدي إلى توهين الإشارة أو تقليل نطاق التردد الوضع التفاضلي)، أو عن طريق إحداث اشباع في القلب المغناطيسي ويؤثر على قمع الضوضاء في الوضع المشترك. ولذلك، من الضروري التحكم في معامل اقتران المجال المغناطيسي.

عندما يحدث اقتران المجال المغناطيسي بين لفافتين من خلال وسط اقتراني (نواة مغناطيسية) ذات نفوذية مغناطيسية موحدة، فإن التدفق المغناطيسي المشترك المحدد الذي تنقله اللفافة A إلى اللفافة B يكون ، على العكس، يساوي . ثم، بما أن التدفق المغناطيسي المشترك (الاقتران المغناطيسي) يتوافق مع الحث المتبادل، فيمكن تعريفه على أنه تصنيف واستخدام الحث المشترك وتحديد تصنيف واستخدام الحث المشترك، على التوالي و  : 

يُعرف التدفق المغناطيسي المشترك الكلي عند طرف اللفافة المستقبلة أيضًا باسم الارتباط (الربط، )، ويمكن تمثيله بالعلاقة بين قائم على كثافة التدفق المغناطيسي والمتجه المغناطيسي الموقع :

الموضع المتجه المغناطيسي الموزع بواسطة اللفافة A في كل نقطة على اللفافة B هو (في الحالة المتوسطة لتصنيف الاستخدام والاختيار مع المسافة من المركز إلى المركز للحث المشترك):

يتم الحصول على ربط التدفق بين اللفافة A واللفافة B كما يلي:

وبالتالي، فإن الحث المتبادل الذي تؤثر به الملف B على الملف A تكون كما يلي:

يمكن تطبيق نفس المبدأ للحصول على المعادلة الخاصة بـ:

كما ذكر سابقاً، يحدث اقتران المجال المغناطيسي بين ملفين من خلال وسط اقتران (نواة مغناطيسية) ذات نفوذية مغناطيسية موحدة. لذلك ، من الواضح أن:

توضح التفسيرات السابقة أن الملفين اللذين يُلَّفان على النواة المغناطيسية نفسها لهما نفس الحث المتبادل، ويُشار إليه بالرمز M. ويمكن الرجوع في الإثبات المفصل إلى صيغة نيومان. الآن، نفترض أن التدفق المغناطيسي الكلي للملف A هو الجزء المشترك نسبة ، أي أن . وبالمثل، فإن معامل الاقتسام للملف B هو ، سيكون هناك:

وبالتالي، يمكن الحصول على العلاقة بين الحث المتبادل بين لفائفين وحث كل منهما بشكل مستقل من العلاقة المعادلية أعلاه:

أعلاه هو منشأ معامل اقتران المجال المغناطيسي k: يمكن تحديد قيمة الحث المشترك الفعلي عن طريق قياس قيم الحث لكل من اللفائفين بشكل منفصل (مع بقاء اللفة الأخرى في حالة دارة مفتوحة)، وكذلك قياس الحث التسرب (مع بقاء اللفة الأخرى في حالة دارة مغلقة، )، والقيم المقابلة للحث المتبادل ومعامل الاقتران k. وبشكل خاص، بالنسبة لمحث تيار مشترك يتم لفه بدقة عالية على نواة مغناطيسية حلزونية ذات نفاذية عالية (مثل حلقة فريت MnZn)، تكون قيم الحث لللفائفين قريبة جداً من بعضها، كما أن مقدار الحث التسربي سيكون قريباً من . يتضح من ذلك أنه كلما زاد معامل الاقتران، قل الحث التسربي.

الجزء الثاني: تطبيقات محاثات التيار المشترك

كما ذكر في بداية هذه المقالة، فإن ملف الحث المشترك (Common Mode Inductor) لا يعد أكثر من مكون حثي متصل عبر دائرتين كهربائيتين في نفس الوقت. ووظيفته هي قمع أو تقليل الضوضاء المشتركة (Common Mode Noise) التي قد تكون موجودة في كلتا الدائرتين الكهربائيتين. ومع ذلك، لا يقتصر هذان الدائران الكهربائيتان المتوازيتان على حالة تشكيل دائرة تفاضلية، مثل الخطين L وN في زوج من خطوط الطاقة، أو الخطين D+ وD- في منفذ خط البيانات. وبسبب توليد الضوضاء المشتركة، قد تتطلب قمع هذه الضوضاء بين خطوط النقل التي تشترك في نفس الأرضي.

لتحديد تطبيق محاثة الوضع المشترك، من الضروري أولاً فهم كيفية حدوث ضوضاء الوضع المشترك: كما هو موضح في الشكل 2 (التصميم المرجعي لمصدر طاقة التبديل 60 واط من إنفينيون: DEMO_5QSAG_60W1)، يكون طرف الإدخال هو دخل التيار الرئيسي بجهد 85-300 فولت تيار متردد، ويشكل السلكان L وN على منفذ الطاقة أرضية مشتركة مع الأرضية المرجعية. في الواقع، يوجد أيضًا سلك أرضي (الخط الأخضر) متصل بهذه الأرضية المرجعية ومتصل بالأرضية المادية. الآن، يشكل الخطان L وN دائرة الطاقة ويتصلان عبر الجانب الأساسي لمحول الارتداد هذا. تستخدم مواصفات Q11، كأنبوب مفتاح الطاقة الرئيسي، ترانزستور MOS فائق الوصلة IPA80R600P7 بجهد 800 فولت، بحد أقصى لمقاومة Rds (تشغيل) يبلغ 600 ملي أوم. للحد من تبديد الحرارة، عادةً ما يُثبّت وسيط تبديد الحرارة (زعانف تبديد الحرارة المصنوعة من الألومنيوم) بغلافه، مما يزيد من السعة الشاردة لطرف الجهد العالي المتصل بالأرض، ويشكل اقترانًا سعويًا، ويربط جهد طرفي الإدخال عالي الجهد وعالي التردد لتشكيل جهد ذي خصائص ضوضاء. يستقبل الخطان L وN عند منفذ الإدخال هذا الجهد أيضًا عبر الأرض المرجعية، مما يُشكّل مصدر ضوضاء الوضع المشترك. تجدر الإشارة إلى أن الاقتران السعوي، باعتباره المصدر الرئيسي لضوضاء الوضع المشترك الذي يجب أن يواجهه اختبار التوصيل في اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي، موجود على نطاق واسع في مصادر طاقة مختلفة ذات تيار متردد-مستمر كشكل رئيسي وهياكل طوبولوجية مختلفة. في الوقت نفسه، توجد في الواقع العديد من دوائر التيار الصغيرة على الجانبين الابتدائي والثانوي للمحولات، وكل دائرة تيار صغيرة تزيد أيضًا من تيار ضوضاء الاقتران الحثي، مما يُصعّب التنبؤ بضوضاء الوضع المشترك أو ضوضاء الوضع التفاضلي. لذلك، فإنه يجلب الكثير من عدم اليقين فيما يتعلق بتصحيح التوافق الكهرومغناطيسي، وهو السبب أيضًا في أنه لا يزال من المستحيل الاعتماد على برامج المحاكاة لمحاكاة التوافق الكهرومغناطيسي.

الشكل 2 مثال على مكونات استراتيجية EMI المقابلة (Infineon DEMO_5QSAG_60W1)

لتقدير مدى ضوضاء الوضع المشترك، من الضروري عادةً افتراض وجود سعة تشتتية في دائرة ضوضاء الوضع المشترك، والتي تكون عادةً في نطاق عشرات البكوفاراد. في المثال المعروض في الشكل 2، بافتراض سعة تشتتية قدرها 20pF، عندما يكون مصدر الطاقة المدخل 230Vac وتبلغ تردد التبديل لأنبوب التبديل الرئيسي 200KHz، يكون العرض الكلي للنبضة عند التشغيل والإيقاف 1 µs بينما يكون حافة الصعود والهبوط 0.2 µs على التوالي. أقصى جهد عند الطرف المدخل هو ، ودورة العمل للمصدر المتردد الداخل عبر المفتاح هي . التردد الزاوي الأول في توزيع كثافة الطيف هو:

الجهد المقابل للقمة الأولى (التوافق الأول، التوافيق الأولى) في توزيع كثافة الطيف هو:

على دائرة تحتوي على ضوضاء الوضع المشترك، بدون توصيل محث الوضع المشترك، يمكن تقدير أقصى تيار للوضع المشترك من خلال تجاهل المعاوقة المكافئة على التوالي (مثل مقاومة السلك، الحث المغناطيسي المتسلل، إلخ)، كما هو موضح في الشكل 3. وعند توصيله بشبكة استقرار المعاوقة الخطية (LISN)، فإن مقدار تيار الوضع المشترك سيكون:

وبالتالي، فإن سعة جهد الضوضاء للوضع المشترك التي تستقبلها أداة اختبار التوصيل (محلل الطيف) على منفذ LISN ستكون:

على الرغم من أن النتيجة الفعلية التي يتم اكتشافها على جهاز الاستقبال أثناء الاختبار هي:

أي أن سعات كل من ضوضاء الوضع المشترك وضوضاء الوضع التفاضلي تتراكب، ولكن من الواضح أنه طالما تم تقليل الوضع المشترك، فسوف تتحسن نتائج الاختبار النهائية. ولذلك، على سبيل المثال، في معيار EMC EN55022 الخاص بالتطبيقات التقليدية في مجال الاتصالات والصناعات، يجب أن تكون السعة الذروية أقل من في نطاق 150 كيلوهرتز إلى 500 كيلوهرتز. وبالتالي، فإن القيمة القصوى يجب تنفيذ تقليل ضوضاء الوضع المشترك هنا. باتخاذ هدف التضعيف مقداره -20 ديسيبل كمثال، من خلال حساب بسيط، فإن المعاوقة الرئيسية في دائرة الوضع المشترك هي معاوقة السعة العشوائية، والتي تبلغ حوالي 25 كيلو أوم. كما هو موضح في الشكل 4، فإن معاوقة الوضع المشترك المطلوبة تبلغ حوالي 250 كيلو أوم، ويمكن تحويلها إلى ملف حثي للوضع المشترك ذي 125 ملي هنري.

الشكل 3: الرسم التخطيطي لاختبار التوصيل في اختبار EMC (مخطط دائرة ضوضاء الوضع المشترك وإشارة الوضع التفاضلي)

الشكل 4: العلاقة بين دائرة خسارة الإدخال للمرشح (يسار) والMagnitude التضعيف المقابل ومقاومة المرشح (يمين)

بالإضافة إلى استخدام الحث المشترك في تطبيقات خطوط الطاقة، يُستخدم الحث المشترك أيضًا بشكل شائع في خطوط الإشارات عالية السرعة مثل USB 3.0 وHDMI وLAN، أو بعض خطوط إشارات LVDS مثل CAN BUS وSPI وRS232 وRS485 وما إلى ذلك. ويؤدي استخدام ملفات الحث ذات الوضع المشترك على خطوط الإشارة أيضًا وظيفة في كبح ضوضاء الوضع المشترك، مثل نسبة رفض الوضع المشترك المطلوبة للوفاء بمواصفات الاتصالات المعينة. ومع ذلك، فإن النقطة الأهم تنبع من تأثير التعويض الكهربائي المرافق لها، كما ذكر في البداية، وهو ما يُعرف بملف الحث المشترك من نوع تعويض التيار.

كما هو موضح في الشكل 5، فإن خطوط الإشارة عالية السرعة تستخدم عمومًا نقلًا تفاضليًا لنقل الإشارات. هناك مقاومات ومحاثات متناثرة ومحثات موزعة على خطوط الإشارة. يمكن لكابلات الزوج الملتوي أن تقلل بشكل فعال من المحاثات المتناثرة ولكنها لا تستطيع إزالة المحثات الموزعة. وبالتالي، يوجد محاثة دخول تفاضلية في الطرف المستقبل، وسوف تشكل تيارات الاقتران على الخط ضوضاءً على رسم الإشارة. هذه الضوضاء توزع تقريبًا بالتساوي على كلا طرفي المستقبل بناءً على تماثل خط النقل. والآن بعد أن تم وضع محث وضع مشترك عند موقع إدخال المستقبل، سيتم إلغاء كمية الضوضاء المتقاربة تقريبًا عبر اقتران اللفائف لمحث الوضع المشترك، مما يقلل بشكل كبير من ضوضاء الاقتران. أي أن تأثير التحابط الحالي يقلل من الضوضاء الداخلة إلى المستقبل.

الشكل 6. عملية نقل الإشارات التفاضلية على طول خط النقل من الطرف المرسل إلى الطرف المستقبل (يسار) والتحسين الناتج عن استخدام محثات وضعية مشتركة في الطرف المستقبل (يمين)

على مخطط العين للإشارة، كما هو موضح في الشكل 6، من خلال تقليل خسارة الإدخال الناتجة عن الحث المتناثر في الخط، سيتحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وهو أمر مهم بالنسبة لخطوط النقل الأطول أو خطوط الإشارة عالية السرعة. بشكل عام، تكون خطوط النقل المستخدمة للمخارج (المنافذ) الإشارية المذكورة أعلاه عادةً خطوط نقل ذات مقاومة تتراوح بين 90~120 Ω. بناءً على متطلبات نطاق التردد الإشاري المحدد، يتم عمومًا اختيار حث مقاومة الوضع المشترك بقيم تتراوح بين 1 إلى 10 مرات لتوفير كبت لمقاومة الوضع المشترك يتراوح بين -6 ديسيبل إلى -20 ديسيبل. هذا يشبه تطبيق مصدر الطاقة المذكور سابقًا، حيث يعتمد ذلك على حجم مقاومة الدائرة الضوضائية في الوضع المشترك. بالطبع، مع زيادة التردد (بسبب متطلبات نقل الإشارة عالية السرعة)، فإن مقاومة الوضع المشترك للنظام ستنخفض، وتقديم حث كبير جدًا سيؤدي إلى تضييق نطاق التردد المرشح. لذلك، من الضروري التحقق مما إذا كان الحث المختار ملائمًا لمتطلبات نقل الإشارة عالية السرعة.

شکل 6: الرسم التخطيطي لرسم تأثير خسارة الإدخال على خطوط النقل التفاضلي في جودة الإشارة

ثالثاً: ضرر الضوضاء الشائعة

إذن، ما هي المشكلة في الضوضاء الشائعة النمط (Common Mode Noise)؟ ولماذا من الضروري في كثير من الأحيان التركيز على كتم هذه الضوضاء في الدوائر أثناء اختبارات EMC؟ بالطبع، من أجل الامتثال لمعايير شهادات EMC في مختلف الدول، يجب الحد من سعة الإشارات ذات النمط المشترك والنمط التفاضلي، وتحقيق السلامة في المنتجات وتقليل الأضرار المحتملة التي قد تسببها المعدات الكهربائية من جانب استهلاك الطاقة على شبكة الطاقة أو الأجهزة المجاورة. ثانياً، ومن وجهة نظر سلامة الطاقة وسلامة الإشارة، فإن معظم المعدات والأجهزة الكهربائية وأجهزة التحكم الخاصة بها تعمل بجهد منخفض، ويمكن أن يتسبب الجهد الضوضائي الإضافي في حدوث إشارات تحكم غير طبيعية أو بيانات منقولة بشكل خاطئ، بل حتى أخطاء وتوقفات. يمكن أن تكون هذه التدخلات غير الطبيعية ناتجة عن كلٍ من لوحة الدائرة نفسها والتداخلات اللاسلكية الناتجة عنها، مثل انقطاع الجهاز المحمول أو صوت الصفير الناتج عن تشويش البث. وأخيرًا، من المرجح أن تُشع ضوضاء النمط المشترك المفرطة على شكل إشعاع ذي تردد عالٍ في الفضاء، كما هو الحال في الدوائر ذات النمط المشترك الأكبر أو الموصلات المشابهة للهوائيات، مما يشكل مخاطر صحية طويلة الأمد لا يمكن للبشر إدراكها.

ولتبسيط المشكلة، نكافئ خط النقل إلى زوج مغناطيسي هيرتز ونحصل على نموذج إشعاع الضوضاء المشترك كما هو موضح في الشكل 7. المسافة بين نقطة الاختبار وموقع المركز لخط النقل المشترك هي d، وهي عمومًا أكبر بكثير من حجم الدائرة وبالتالي تعتبر نقطة اختبار في المنطقة البعيدة. لذلك، لإشعاع الهوائي في المنطقة البعيدة، تكون شدة المجال:

من بينها، هو ثابت الطور المقابل لموجة الإشعاع هي المسافة بين مواضع الاختبار هي الزاوية المستوية المنحرفة بمقدار θ درجة عن نمط إشعاع الهوائي، ولأزواج هيرتز المغناطيسية , و تعتمد على نوع الهوائي. وبما أن الإشعاع المستلم في النقطة البعيدة هو نتيجة تأثير الخطين المشتركين في زاوية مقدارها لذلك:

للضوضاء المشتركة، كما هو موضح في الشكل 7: و يتم الحصول على أقصى إشعاع عند نقطة الاختبار على النحو التالي:

عندما تكون المسافة بين الخطوط s صغيرة بدرجة كافية لذلك يمكن تبسيطها كما يلي:

وبالتالي، فإن شدة الإشعاع بالنمط المشترك تتناسب طرديًا مع طول خط نقل النمط المشترك وتقل مع زيادة المسافة. إليك مثالاً على مقدار هذه السعة: نفترض أن طول خط نقل النمط المشترك هو 1 متر، وسعة التيار بالنمط المشترك هي 7.96 مايكرو أمبير، وهو ما يتوافق مع اختبار المجال على بعد 3 أمتار كفئة B حسب معايير لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) عند 30 ميغاهرتز، تكون شدة الإشعاع كما يلي:

هذه الشدة هي بالضبط الحد القياسي. إذا كان هناك موصل بطول 1 متر أو شخص في نقطة اختبار على بعد 3 أمتار، فسيشعر بجهد كهربائي يبلغ 100 ميكرو فولت. التعرض لفترة طويلة لمثل هذا البيئة له تأثير جاد على صحة الإنسان، وقد تؤدي الإشعاعات المتراكمة إلى مختلف الأمراض المزمنة أو إصابات فردية، وهو ما يمثل أيضًا أهمية كبيرة لشهادة EMC.

الشكل 7: نموذج الإشعاع ورسم نقاط الاختبار للضوضاء بالنمط المشترك

يمكن تصنيف بنية الموجة على معظم الدوائر المفتاحية على أنها موجة شبه منحرفة، ويُظهر طيف ترددها مرحلتين من التباطؤ إلى مع زيادة مستويات التوافيق. تكون العقد هي التردد الزاوي الأول وتردد الحافة الصاعدة. إن طيف تردد شدة الإشعاع للمode المشترك المذكور أعلاه يزداد بوضوح مع التردد حسب . لذلك، بالنسبة لمصادر الطاقة التبديلية الشائعة ودوائر إشارات الموجة المربعة، فإن طيف إشعاع الوضع المشترك سيُظهر تقريبًا خصائص توزيع تتمثل في الزيادة أولاً ثم الانخفاض كما هو موضح في الشكل 8. وبالتالي، فإن القسم الأوسط هو الجزء الذي يحتاج إلى تحكم أو كبت خاص.

الشكل 8 توزيع شدة ضوضاء الإشعاع للوضع المشترك المقابل للموجات شبه المنحرفة الشائعة

٤. اختيار ملفات الحث الخاصة بالوضع المشترك

بالنسبة لخطوط الطاقة، يكون مصدر الضوضاء ذات الوضع المشترك نسبيًا واضحًا، ولكن يصعب قياس العوامل المتفرقة باستخدام الأدوات. في معظم الحالات، يتم تحليل النتائج بعد الاختبار للوصول إليها بشكل تدريجي، وبالتالي فإن الخبرة المتراكمة مهمة للغاية. عند تقديم تطبيق الحثيات ذات الوضع المشترك في القسم 2 من هذه المقالة، تم بالفعل ذكر أن التقدير النظري لسعة الضوضاء ذات الوضع المشترك والمتطلبات المقابلة للحثية يمكن أن يخدم كنقطة بداية للتجارب الأولية.

عادةً ما يستخدم مُحَدِّد النمط المشترك في مرحلة التصفية لدخل الطاقة التيار المتردد-التيار المستمر حلقة مغناطيسية ذات دائرة مغناطيسية مغلقة كقلب مغناطيسي. преимущество هذا هو أنه يمكنه بسهولة تحقيق قدرة تسرب منخفضة للغاية ومعامل ترابط عالي جداً. وللجهود العالية ودرجات التبديل المنخفضة نسبياً، فإنه يستطيع توفير مقاومة مشتركة عالية لمنع تأثيرات الضوضاء الكهربائية ذات السعة العالية. وذلك بسبب حقيقة أن النفاذية المغناطيسية للمواد المغناطيسية يمكن تقسيمها إلى أجزاء استقرائية وجزء الفقد عندما تقترب أو تتجاوز القلبة المغناطيسية نقطة الخواص ذات أعلى مقاومة، فإن جزء الفقد يصبح الجزء الرئيسي من المقاومة. في هذه الحالة، لم يعد يتم قمع الضوضاء عن طريق تقليل سعة الضوضاء باستخدام المقاومة التفاعلية، بل يتم ذلك عن طريق امتصاص طاقة الضوضاء عبر الحرارة الناتجة عن الفقد. لذلك، لن يؤثر درجة التشبع المناسبة (التشبع الزائد سيؤدي إلى تقليل المقاومة) على تأثير قمع الضوضاء، وبالتالي لا حاجة للبحث عن معلمات التشبع المشابهة لتلك الموجودة في المحثات الكهربائية.

عند اختيار محاثات الوضع المشترك، في المقابل، إذا كان هناك جزء من التسرب الحثي، مثل حث مقداره 1 ملي هنري ومعامل ترابط 99%، فسيكون هناك تسرب حثي مقداره 10 ميكرو هنري موجود في الدائرة التفاضلية. وعند النظر في كبت الضوضاء في الوضع التفاضلي (عادةً ما يتم ذلك باستخدام مرشح LC على شكل جسر)، يجب أيضًا أخذ هذا الجزء من الحث التسربي بعين الاعتبار. إن وجود تسرب حثي معتدل يساعد في كبت الضوضاء التفاضلية ذات التردد العالي، ولكن بما أن محاثات الوضع المشترك تستخدم بشكل رئيسي قلوب مغناطيسية مغلقة، فمن السهل أن تصل هذه القلوب إلى حالة الاشباع المغناطيسي عند التيارات العالية، مما يؤثر على كفاءة تحويل الطاقة وعلى نطاق ترددات كبت الضوضاء. يمكن عادةً تحسين نسبة التسرب الحثي باستخدام هياكل قلب مغناطيسي مربعة أو على شكل إطار (مثل قلب مغناطيسي من النوع UU أو PQ)، أو من خلال استخدام لفات غير متماثلة. ). يجب على المستخدم تحديد الاختيار المحدد من خلال اختبار تحديد فاصل الوضع المشترك التفاضلي لتحديد ما إذا كان ذلك ضروريًا أم لا.

إن معايير الحث المشترك تشمل بشكل رئيسي قيمة الحث من جانب واحد (Rdc)، والتيار المقنن، والجهد المقنن، ومقاومة الجهد العالي (Hi pot). إن قيمة الحث من جانب واحد تحدد بشكل رئيسي حجم مقاومة الوضع المشترك. Rdc هو الخسارة المستمرة للتيار في السلك، والارتفاع الحراري الناتج عن هذه الخسارة يولد حد التيار المقنن. وأخيرًا، وبما أنه يتم استخدامه على خطوط ذات جهد عالٍ، فإن متطلبات الجهد والسلامة تُحدد بشكل منفصل. ومع ذلك، يفضل المستخدمون تقييم تأثير الترشيح، ولذلك بشكل عام توفر كتب المواصفات نوعين من منحنيات الخصائص المقاومة. النوع الأول هو شكل مقاومة الوضع المشترك/المقاومة التفاضلية كما في الشكل 9-أ، والنوع الآخر هو شكل خسارة الإدخال بوحدة الديسيبل (dB) كما في الشكل 9-ب. وكلا الشكلين مكافئان، ويتم تشكيل منحنى شكل خسارة الإدخال بوحدة الديسيبل عبر تحويل مقاومة الوضع المشترك/الوضع التفاضلي إلى نظام بـ 50 أوم + 50 أوم.

الشكل 9 (أ) شكل مقاومة الوضع المشترك/الوضع التفاضلي (ب) شكل خسارة الإدخال بالديسيبل

لسلسلة الوضع المشترك ذاتها، تكون هياكل التغليف ذات الأحجام المختلفة مناسبة لمقادير تيار وعرض نطاق ترشيح مختلفين: فكلما زاد الحجم، قل مقاومة المغناطيسية في القلب المغناطيسي، مما يسمح بخفض عدد لفات اللف، وبالتالي يمكن استخدام قطر سلك نحاسي أكبر واستخدام حلقة تيار أكبر؛ كلما زادت قيمة الحث أو انخفضت التردد الثابت لنفاذية المادة، ضاق نطاق الترشيح القابل للتطبيق، وفي هذه الحالة قد لا يكون لملف الوضع المشترك المُثبت في الحلقة تأثير كافٍ في كتم الضوضاء على الجانب ذي التردد العالي.

كوداكا يتم حاليًا تقسيم ملفات الحث الشائعة المستخدمة في الإلكترونيات إلى جزأين رئيسيين: خطوط الإشارة وخطوط الطاقة. توجد أكثر من 10 سلسلة وأكثر من 50 حزمة بمقاسات مختلفة، بالإضافة إلى ما يقرب من 300 رقم قطعة قياسي مختلف. وتستخدم على نطاق واسع في خطوط الإشارة مثل CAN BUS وRS485، وأجهزة إمداد الطاقة الخارجية المختلفة التي تتراوح قوتها من عدة واط إلى عدة كيلوواط. يمكن لفريقنا التقني البحث والتطوير أيضًا مساعدة المستخدمين بدءًا من الاختبار وحتى التحليل، أو تخصيص مواصفات مُعدَّلة، وذلك لإكمال شهادات EMC ذات الصلة.

مرجع

[1] شركة Infineon Technologies AG. Engineering_report_DEMO_5QSAG_60W1-AN-v01_00-EN.pdf. www.infineon.com

[2] معلومات منتج الملف اللولبي CODACA: "www.codaca.com"

[3] Clayton R.Paul. مقدمة في توافق المجال الكهرومغناطيسي. الطبعة الثانية. Wiley-interscience.

[4] Bhag Singh Guru وHuseyin R. Hiziroglu. المبادئ الأساسية لنظرية المجال الكهرومغناطيسي. الطبعة الثانية. دار نشر جامعة كامبريدج.

شرح حماية الملكية الفكرية

CODACA "أو" كوداكا "هو علامة تجارية مسجلة لشركة شenzhen كوداكا شركة Codaca الإلكترونية المحدودة، أي استخدام أو إشارة إلى نصوص أو بيانات أو معلومات عامة أخرى تحتوي على محتوى الملكية الفكرية التي تم نشرها أو توزيعها بواسطة شركة شenzhen Codaca الإلكترونية المحدودة، تقع ضمن نطاق حماية الملكية الفكرية لشركة Shenzhen Codaca الإلكترونية المحدودة. تحتفظ شركة Shenzhen Codaca الإلكترونية المحدودة بالإعلانات ذات الصلة بالملكية الفكرية وحقوق الحماية وغيرها من الحقوق الوقائية. وللإشارة إلى أنه لا توجد لديك أي نزاعات محتملة بشأن الملكية الفكرية في المسائل ذات الصلة، يرجى التواصل مع شركة Shenzhen Kedajia للإلكترونيات المحدودة عند الحاجة.