مع التطور السريع لصناعة المركبات ذات الطاقة الجديدة، يُعَدُّ شاحن اللوحة الإلكترونية (OBC) المكوِّن الأساسي الذي يربط بين شبكة الكهرباء وبطارية الطاقة، ما يجعل تصميمه من حيث التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) أكثر أهميةً بشكلٍ متزايد. ويُولِّد التشغيل عالي السرعة للأجهزة الكهربائية في مصادر الطاقة ذات الوضع التبديلي تداخلات كهرومغناطيسية عالية التردد (EMI)، تشمل ضوضاء موصلة من النوع المشترك والضوضاء الموصلة من النوع التفاضلي التي تنتقل عبر خطوط التغذية، فضلاً عن التداخل الإشعاعي في الفضاء. ويجب أن يحتوي شاحن اللوحة الإلكترونية على تصميم قوي لمرشح التوافق الكهرومغناطيسي ليتكيف مع البيئة الكهرومغناطيسية المعقدة في المركبة، ويضمن استقرار تشغيله الخاص، ويمنع حدوث تداخل مع المعدات الإلكترونية الأخرى داخل المركبة. ومن بين هذه العناصر، المقاوم المشترك ودائرة المرشح ذات الشكل باي (π) هما المكونان الأساسيان في عملية ترشيح التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، ويحدد اختيار الملفات أداء الترشيح وحجم النظام الكلي ومدى موثوقيته الحرارية.
1-مصادر ضوضاء التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وهندسة المرشح
عند تشغيل وحدة الشحن على متن المركبة (OBC)، تُولِّد أنابيب التبديل ذات التردد العالي في دائرة التصحيح الأمامية للقدرة (PFC) — مثل أنابيب IGBT أو أنابيب SiC MOSFET — ودوائر الرنين في محول التيار المستمر-المستمر (DC-DC) في الطرف الخلفي مكوّنات توافقية كبيرة جدًّا. ويُصنَّف ضجيج التداخل الكهرومغناطيسي الموصل (EMI) إلى نوعين: :الضجيج الطردي (Differential-mode noise) والضجيج المشترك (Common-mode noise). فالضجيج الطردي يوجد بين خطي إدخال الطاقة (مثل الخط L والخط N) وتكون اتجاهات التيارات فيه معاكسة، وينشأ أساسًا عن تقلبات التيار في حلقة الطاقة الناتجة عن التشغيل والإيقاف عالي السرعة لأنابيب التبديل؛ أما الضجيج المشترك فيوجد بين خطوط الطاقة وخط الأرض (PE) وتكون اتجاهات التيارات فيه متطابقة، وينشأ أساسًا عن اقتران العُقد عالية الجهد الناتجة عن عمليات التبديل مع خط الأرض عبر السعة التشتتية، وكذلك عن اقتران الحقول الكهرومغناطيسية الخارجية. .
يتم عادةً تكوين الطرف المدخل لجهاز الشحن على متن المركبة (OBC) بدائرة تصفية تداخل كهرومغناطيسي من النوع باي (π)، باستخدام تركيبة من المحاثات والمكثفات للحد من التداخل الكهرومغناطيسي عبر نطاقات التردد المختلفة. وتتكون البنية العامة لشبكة التصفية من مكثف إكس (لتصفية الوضع التفاضلي)، وملف تشويش مشترك (common-mode choke)، ومكثف واي (لتصفية الوضع المشترك)، ومحث تفاضلي، مرتبة تسلسليًّا ابتداءً من جانب الشبكة، مشكِّلةً بنية تصفية ذات مرحلتين أو متعددة المراحل. وتتعامل المرحلة الأمامية أساسًا مع التداخل الموصل والتوافقيات القادمة من جانب الشبكة، بينما تتولى المرحلة الخلفية خفض الضوضاء عالية التردد الناتجة عن عمليات التبديل بشكل إضافي. 。
الشكل ١. مخطط تخطيطي لجهاز الشحن على متن المركبة (OBC)
٢- مبدأ العمل واختيار المواد الأساسية لملفات التشويش المشتركة
2.1 مبدأ العمل
يُلَفّ مانع التداخل المشترك على قلب مغناطيسي مغلق، وتكون لفاتُه في اتجاهين متعاكسين وعدد اللفات متساوٍ لتحقيق كبح عالٍ للمقاومة للضوضاء المشتركة. وعند مرور تيار مشترك عبر الملف، يتطابق اتجاه التدفق المغناطيسي الناتج عن اللفات ويتحدّ، ما يجعل مقاومة المانع عاليةً جداً، وبالتالي يخفّض الإشارات المشتركة بكفاءة. أما عند مرور تيار تمييزي (مثل التيار التشغيلي العادي) عبر اللفتين، فإن اتجاهي التدفق المغناطيسي المتولِّدين في القلب يكونان متعاكسين فيلغي أحدهما الآخر، مما يسمح للإشارات التمييزية بالمرور دون خفض ملحوظ.
الشكل ٢. يتراكب المجالان المغناطيسيان عند مرور تيار مشترك
الشكل ٣. يلغي المجالان المغناطيسيان أحدهما الآخر عند مرور تيار تمييزي
وفقاً لمعادلة المقاومة لمانع التداخل المشترك:
ومعادلة الحث:
تؤثر النفاذية المغناطيسية الفعالة (μe) للقلب مباشرةً على الحث الناتج عند حجمٍ وعدد لفاتٍ محدَّدين. وكلما زادت النفاذية، ارتفعت المقاومة عند نفس الحجم، ما يؤدي إلى تأثير ترشيح أقوى. .
2.2 اختيار مادة القلب المغناطيسي
تشمل المواد الشائعة المستخدمة في صناعة مقاومات التداخل المشترك الفريت المنغنيزي-الزنكي، والفريت النيكل-الزنكي، والسبائك غير المتبلورة، والسبائك النانوبلورية. وتُحدِّد الاختلافات في خصائص هذه المواد حدود استخدام كلٍّ منها. ：
◾ الفرتيت: خيار اقتصادي فعّال للمدى المتوسط إلى العالي من الترددات التطبيقات
أصبح الفريت (مثل Mn-Zn وNi-Zn) المادة المفضَّلة لمقاومات التداخل المشترك عالية التردد نظراً لمقاومته العالية وفقدانه الضئيل للتيارات الدوامية. ويتميَّز فريت Mn-Zn بأداءٍ ممتاز في نطاق الترددات من ١٠٠ كيلوهرتز إلى ١ ميجاهرتز، لكن درجة حرارة كوري الخاصة به منخفضة نسبياً (حوالي ١٢٠°م). ，مما يؤدي إلى انخفاض حاد في النفاذية عند درجات الحرارة العالية؛ ويُعد فريت النيكل-الزنك مناسبًا للنطاقات الترددية الأعلى. ，لكن استقراره عند الترددات العالية متفوق. .
◾ السبائك غير المتبلورة والنانوية البلورية : الحل الأمثل للتطبيقات عالية التردد ومنخفضة الفقد
تشكل السبائك غير المتبلورة (مثل تلك المستندة إلى الحديد أو الكوبالت) بنية ذرية غير منظمة عبر عملية تبريد سريع جدًّا، وتتميَّز بكثافة تدفق مغناطيسي اشباعي مرتفعة جدًّا (Bs = ١,٢ تيسلا) وفقدان منخفض جدًّا عند الترددات العالية. أما السبائك النانوية البلورية فتكتسب بنيتها النانوية البلورية عبر معالجة حرارية، مما يقلل الفقد بنسبة تزيد على ٥٠٪ مقارنةً بالفريت في نطاق الترددات من ١٠٠ كيلوهرتز إلى ٥٠٠ كيلوهرتز، ويحسِّن استقرارها الحراري بشكل ملحوظ. وهي مناسبة للسياقات التي تتطلب كفاءة عالية جدًّا، مثل وحدات شحن المركبات الكهربائية (EV).
2.3 أبرز النقاط الواجب أخذها في الاعتبار عند اختيار مقاومات التشويش المشتركة
（1）الإندكタンس: اختر الحث المناسب استنادًا إلى تردد التشغيل وخصائص التداخل لمُشحِّن الطاقة المركب. وبشكل عام، يوفّر الحث الأعلى قمعًا أفضل للتداخلات ذات التردد المنخفض، لكنه يزيد من خسارة الإدخال في الدائرة. وعادةً ما يتراوح حث مقاومات التيار المشترك بين بضعة مئات من الميكروهنري （μH ）وبضعة مليهنري （ميه هـ ）.
（٢) التيار المُصنَّف: يجب أن يكون التيار المُصنَّف لمقاومة التيار المشترك أكبر من أقصى تيار تشغيلي لمُشحِّن الطاقة المركب لمنع انخفاض كفاءة النظام بأكمله الناجم عن ارتفاع درجة حرارة الملف، مع ضمان استقرار ممتاز للملف عند التيار المُصنَّف.
（٣) الخصائص الترددية: اختر مقاومة تيار مشترك تمتلك خصائص قمع ممتازة للتداخلات ذات التردد العالي لتلبية متطلبات قمع التداخل العريض النطاق لمُشحِّن الطاقة المركب. وتحقق من منحنى المعاوقة مقابل التردد لمقاومة التيار المشترك للتأكد من توفر معاوقة كافية ضمن نطاق التردد المستهدف.
في سيناريوهات تطبيق وحدة الشحن الخارجية (OBC) ذات القدرة العالية، تُدار مثبطات الوضع المشترك من الدرجة السياراتية بشكل رئيسي وفقاً لمتطلبات التخصيص. ويتمتع فريق البحث والتطوير في شركة كوداكا للإلكترونيات بخبرة واسعة في تطوير مثبطات الوضع المشترك المخصصة، ويمكنه توفير حلول منتجات مُناسبة بسرعة استناداً إلى المتطلبات الخاصة بالعميل.
٣ - مبدأ دائرة الترشيح من النوع باي ونقاط الاختيار الأساسية لمثبطات الوضع التفاضلي
أ π تتكوّن دائرة الترشيح من مكثفين ومثبط للوضع التفاضلي، وشكلها يشبه الحرف π يستخدم تأثير التفريغ للملفات الكهربائية وتأثير الترشيح للمحاثات لقمع التداخل الطردي بفعالية. وفي شواحن السيارات المدمجة، يمكن لدوائر الترشيح من النوع «باي» أن تقلل أكثر من الإشارات المتداخلة على خطوط الطاقة وتحسّن أداء التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). وتتراوح الترددات النموذجية للتبديل في شواحن السيارات المدمجة بين ٤٠ كيلوهرتز و١٥٠ كيلوهرتز، بينما تبدأ اختبارات الانبعاثات الموصلة من ١٥٠ كيلوهرتز. ولذلك، يركّز الترشيح الطردي أساسًا على الضوضاء الطرفية في نطاق الترددات من ١٥٠ كيلوهرتز إلى ١ ميجاهرتز.
صيغة تردد القطع لمرشح من النوع «باي» هي:
حيث إن Cx هو السعة المكافئة لمكثفات X ذات المرحلتين في مرشح النمط π. (وفي التصاميم الفعلية، تُستخدم عادةً مكثفات X ذات المرحلتين بنفس السعة، لذا فإن السعة المكافئة للترشيح المجمعة تُقدَّر غالبًا بشكل محافظ استنادًا إلى قيمة مكثف X ذي المرحلة الواحدة). ويجب أن يضمن التصميم أن تردد القطع أقل بكثير من تردد التبديل الأساسي، وعادةً ما يُؤخذ على أنه من ١/٥ إلى ١/١٠ من تردد التبديل، لضمان وقوع نطاق تردد التداخل المستهدف داخل نطاق الحجب الخاص بالمرشح.
3.1 مبدأ عمل محاثات الوضع التفاضلي
المقاوم التفاضلي يتكون أساسًا من لفة واحدة متصلة على التوالي في خط إدخال الطاقة. وباستخدام خصائص المقاومة التي يُظهرها المقاوم تجاه التيارات ذات التردد العالي، فإنه يشكّل مسارًا عالي المقاومة للتداخل التفاضلي بين خط الفاز (L) وخط الحيادي (N)، مما يحقِّق تخفيف الضوضاء. وعند اختيار مقاوم، يُفضَّل استخدام المقاومات المدرعة لتقليل الإشعاع الخارجي والتداخل الخارجي.
(١) المحاثة: تُعد المحاثة أهم معامل أساسي للمقاوم التفاضلي، وهي التي تحدِّد قدرته على كبح الضوضاء عند ترددات معيَّنة. ويجب أخذ نطاق التردد المستهدف للتصفية في الاعتبار أثناء الاختيار؛ فكلما زادت قيمة المحاثة عمومًا، زادت فعالية الكبح بالنسبة للضوضاء ذات التردد المنخفض.
(٢) التيار المُصنَّف: هذا يشير إلى أقصى تيار يمكن للمحث أن يعمل به بأمان على المدى الطويل في ظل شروط ارتفاع درجة الحرارة المحددة. ويجب أن يضمن الاختيار أن يكون أقصى تيار تشغيلي أقل من التيار المُصنَّف، مع ترك هامش وافٍ (عادةً ＞ 30%).
(٣) المقاومة المستمرة (DCR): تشير المقاومة المستمرة إلى المقاومة الداخلية لملف لف المحث في ظروف التيار المستمر. وكلما انخفضت قيمة المقاومة المستمرة، قل استهلاك الطاقة الناتج عن مرور التيار المستمر، مما يحسّن الكفاءة العامة.
وبما أن وحدات الشحن الخارجية (OBC) تُستخدَم تنتمي إلى تطبيقات السيارات، فيجب أن تستوفي المحاثات معايير الموثوقية الإلكترونية للسيارات AEC-Q200. وتشمل بنود الاختبار: اختبار الأداء الكهربائي، واختبار الصدمة الميكانيكية، واختبار الاهتزاز، واختبار متانة الوصلات، واختبار القابلية للذوبان باللحام، واختبار الرطوبة تحت جهد كهربائي، واختبار التناوب الحراري، واختبار التخزين عند درجات حرارة مرتفعة، وغيرها. وتوفّر شركة CODACA مجموعة متنوعة من منتجات الطاقة القياسية المخصصة للسيارات.
فيما يلي عرضٌ لبعض مرحلات من نوع السيارات .للمزيد من التفاصيل، يُرجى زيارة الموقع الرسمي لشركة كوداكا للإلكترونيات على https://www.codaca.com.cn/أو الاتصال بموظفي مبيعات كوداكا. ونرحب بالاستفسارات بكل سرور.
وصف الشكل: الشكل ٤. محثّ كوداكا المخصص للسيارات
EN