عواملی که باید در سفارشی‌سازی سلف‌های حالت مشترک در نظر گرفته شوند کدامند؟

هنگام طراحی مدارها، اگر سیم‌پیچ‌های حالت عمومی استاندارد و آماده به کار، نیازها را برآورده نکنند، لزوم سفارشی‌سازی محصول پیش می‌آید. این امر تضمین می‌کند که خفه شدن حالت عادی توانایی برآوردن نیازهای مدار در مورد تحت فشار قرار دادن تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، چیدمان ساختاری و سایر مشخصات را داشته باشد. سفارشی‌سازی یک سیم‌پیچ حالت عمومی مستلزم انتخاب مواد مناسب و ساختار محصول بر اساس سناریوی کاربردی واقعی و پارامترهای عملکرد مورد نیاز است. برای یک مهندس طراحی، تعریف دقیق این نیازها گام اول و حیاتی است.

1.تعریف سیم‌پیچ حالت عمومی

ابتدا بیایید مشخص کنیم که سیم‌پیچ حالت عمومی چیست.

تعریف: سیم‌پیچ عمومی مده، که به عنوان سیم‌پیچ سرنشینی مده نیز شناخته می‌شود، از دو سیم‌پیچ با تعداد دورهای برابر تشکیل شده است که در جهت مخالف بر روی یک هسته مغناطیسی بسته پیچیده شده‌اند. این قطعه نسبت به نویز حالت عمومی امپدانس بسیار بالایی ارائه می‌دهد و بنابراین قادر به سرکوب تداخل حالت عمومی است. در مقابل، نسبت به سیگنال‌های حالت تفاضلی امپدانس بسیار پایینی دارد و تقریباً هیچ سرکوبی بر روی سیگنال مطلوب اعمال نمی‌کند.

اصل: بر اساس قاعده دست راست، هنگامی که جریان حالت عمومی از سیم‌پیچ‌ها عبور می‌کند، میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط دو سیم‌پیچ یکدیگر را تقویت می‌کنند (شکل ۱). این امر باعث می‌شود کل قطعه امپدانس بالایی از خود نشان دهد و سیگنال تداخل را تضعیف کند. هنگامی که جریان حالت تفاضلی عبور می‌کند، دو میدان مغناطیسی تولید شده برابر و متضاد یکدیگر را خنثی می‌کنند (شکل ۲). این امر اجازه می‌دهد تا سیگنال جریان مطلوب بدون تأثیر از قطعه عبور کند. به همین دلیل، سیم‌پیچ‌های حالت عمومی در مدارها برای سرکوب تداخل حالت عمومی استفاده می‌شوند.

شکل ۱: هنگامی که جریان حالت عمومی جاری می‌شود، میدان‌های مغناطیسی یکدیگر را تقویت می‌کنند

شکل ۲: هنگامی که جریان حالت دیفرانسیلی جاری می‌شود، میدان‌های مغناطیسی یکدیگر را خنثی می‌کنند

2.دسته‌های اصلی سلف‌های حالت عمومی

سلف‌های حالت عمومی را می‌توان بر اساس کاربردشان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: سلف حالت عمومی خط سیگنال و سلف حالت عمومی خط برق .

در زیر طبقه‌بندی استاندارد محصولات و مدل‌های مربوطه برای سلف‌های حالت عمومی در کدکا وب‌سایت رسمی آورده شده است. دسترسی به این صفحه از اینجا امکان‌پذیر است:
https://www.codaca.com/Productsctr_Common-Mode-Choke.html

شکل ۳: سلف حالت عمومی خط سیگنال

شکل 4: القایی خط توان حالت عمومی

تفسیر پارامترها:

با در نظر گرفتن القای سلف حالت مشترک کوداکا CPSQ1515L-203  به عنوان مثال:

جدول ۱: پارامترهای مشخصه سلف حالت مشترک CPSQ1515L-203

① اندوکتانس: در شرایط یکسان فرکانس و خازن متصل به صورت موازی، اندوکتانس بزرگ‌تر منجر به امپدانس بالاتری می‌شود.

② امپدانس: امپدانس بالاتر عملکرد بهتری در فیلتر کردن ایجاد می‌کند. مقدار امپدانس در فرکانس‌های مختلف متفاوت است.

شکل ۵: منحنی مشخصه امپدانس در برابر فرکانس برای سلف حالت مشترک CPSQ1515L-203

③ مقاومت مستقیم (DCR): مقاومتی که سلف در شرایط جریان مستقیم ایجاد می‌کند؛ به‌طور کلی، DCR پایین‌تر ترجیح داده می‌شود.

④ جریان نامی: بیشترین جریانی که سلف می‌تواند به‌صورت مداوم بدون اضافه گرم شدن تحمل کند.

⑤ ولتاژ نامی: ولتاژی که مدار برای کار عادی طراحی شده است.

⑥ تست ولتاژ بالا (ولتاژ تحمل): ولتاژی که سیم‌پیچ می‌تواند در یک دوره مشخص بین دورها یا بین سیم‌پیچ‌ها بدون شکست تحمل کند.

⑦ محدوده دمای عملیاتی: محدوده دمایی که در آن قطعه می‌تواند به‌صورت قابل اعتماد کار کند.

3. شش مرحله سفارشی‌سازی سلف حالت عمومی

هنگامی که محصولات استاندارد نمی‌توانند نیازهای مشتری را برآورده کنند، سفارشی‌سازی سلف حالت عمومی مورد نیاز است. پس از اینکه تعریف، اصل کار و پارامترهای سلف حالت عمومی را روشن کردیم، اکنون به بحث درباره نحوه سفارشی‌سازی مناسب آن برای یک مشتری می‌پردازیم.

مرحله ۱: مشخص کردن نیازهای مشتری

تحلیل سناریوی کاربرد: تحلیل جامعی از کاربرد سلف حالت عمومی انجام دهید. این شامل کاربرد خاص (که درجه مورد نیاز محصول — خودرویی یا صنعتی — را تعیین می‌کند)، ولتاژ کاری، جریان و فرکانس عملیاتی می‌شود. این عوامل مستقیماً بر طراحی و انتخاب سلف حالت عمومی تأثیر می‌گذارند.

مرحله ۲: تعیین پارامترهای مشخصه

اندامپذیری: اندوکتانس یکی از مهم‌ترین پارامترهای عملکردی سلف حالت مشترک است و به طور مستقیم بر کاربرد آن تأثیر می‌گذارد و باید مقدار آن بر اساس کاربرد خاص تعیین شود.
فرمول محاسبه حداقل اندوکتانس مورد نیاز برای یک سلف حالت مشترک در مدار فیلتر (بدون در نظر گرفتن خازن ناخواسته) به صورت زیر است:

کجا مقدار امپدانس مورد نیاز در فرکانس .

مقاومت: توانایی یک سلف حالت مشترک در مهار نویز حالت مشترک ارتباط نزدیکی با امپدانس آن دارد. مقدار مناسب امپدانس باید بر اساس اثر فیلترشده مطلوب تعیین شود.

مرحله 3: انتخاب مواد و ساختار مناسب محصول

مواد اصلی: هسته به منظور افزایش نفوذپذیری مغناطیسی سیم‌پیچ استفاده می‌شود که با افزایش شدت القای مغناطیسی درون سیم‌پیچ، مقدار اندوکتانس را بالا می‌برد. موادی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا مانند فریت با نفوذپذیری بالا، مواد بی‌شکل یا نانوبلورین معمولاً انتخاب می‌شوند. انتخاب جنس هسته مستقیماً بر عملکرد سلف تأثیر می‌گذارد و استفاده از ماده مناسب می‌تواند به کاهش ابعاد فیزیکی محصول نیز کمک کند.

جنس سیم‌پیچ: سیم‌پیچ معمولاً از سیم مسی پیچیده می‌شود. تعداد دورها و قطر سیم بر اساس اندوکتانس مورد نیاز و مقدار جریان مؤثر طراحی می‌شوند.

فرمول محاسبه اندوکتانس عبارت است از:

μ ₀= نفوذپذیری فضای آزاد

μ _ا = نفوذپذیری نسبی هسته

A _ا = سطح مقطع موثر هسته

لیتر _ا = طول مسیر مغناطیسی موثر هسته

ن = تعداد دورهای سیم‌پیچ

همان‌طور که از فرمول مشخص است، برای دستیابی به کوچک‌سازی محصول می‌توان از هسته‌ای با نفوذپذیری مغناطیسی بالاتر استفاده کرد تا حجم هسته کاهش یابد.

طراحی سازه‌ای: بر اساس چیدمان فضایی برد مدار مشتری، ساختار محصول عمودی یا افقی را به‌صورت منطقی طراحی کنید و نوع بسته‌بندی سوراخ عبوری یا نصب سطحی را انتخاب کنید تا اطمینان حاصل شود که سلف می‌تواند به‌درستی نصب شود.

مرحله 4: استناد به استانداردهای ایمنی

به استانداردهای ایمنی مانند IEC 60664-1 یا استانداردهای داخلی مشتری مراجعه کنید.

مرحله 5: در نظر گرفتن عوامل محیطی

محیط کارکرد نیز بر عملکرد الکتریکی القاگر تأثیر می‌گذارد. هنگام سفارشی‌سازی یک سلف حالت عمومی، عوامل محیطی مانند دما، رطوبت و روش خنک‌سازی را در نظر بگیرید تا اطمینان حاصل شود که در کاربرد واقعی به‌صورت پایدار عمل می‌کند.

مرحله 6: آزمون عملکرد و بهینه‌سازی

پس از سفارشی‌سازی، باید آزمون‌های عملکردی روی سلف حالت عمومی انجام شود، شامل آزمون‌هایی برای اندازه‌گیری اندوکتانس، امپدانس و سایر پارامترها. در صورتی که نتایج آزمون‌ها با الزامات مطابقت نداشته باشند، طراحی باید تا حدی بهینه‌سازی شود که نیازهای کاربرد مورد نظر را برآورده کند.

4.نتیجه‌گیری

به طور خلاصه، سفارشی‌سازی یک سلف حالت مشترک مناسب نیازمند بررسی جامع عوامل متعددی است، از جمله نیازهای کاربردی مشتری، مواد و ساختار، پارامترهای عملکردی، الزامات ایمنی، عوامل محیطی و همچنین آزمون و بهینه‌سازی عملکرد. تنها از طریق تحلیل علمی و طراحی منطقی می‌توان اطمینان حاصل کرد که سلف حالت مشترک سفارشی‌سازی شده، نیازهای کاربرد واقعی را برآورده می‌کند.

تیم تحقیق و توسعه کوداکا الکترونیکس دارای تجربه گسترده‌ای در توسعه سفارشی سلف‌های حالت مشترک است. ما می‌توانیم به سرعت راه‌حل‌های مناسب محصول را برای سناریوهای کاربردی مختلف مشتریان ارائه دهیم. از شما دعوت می‌کنیم تا برای مشاوره و کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.