अनुप्रयोग वर्गीकरण और सामान्य मोड इंडक्टर का चयन

चुंबकीय घटकों का सबसे सामान्य रूप प्रेरत्व (इंडक्टेंस) है, जिसका एक निश्चित प्रेरकत्व मान होता है और इसलिए आवृत्ति में वृद्धि के साथ इसकी प्रतिबाधा भी बढ़ जाती है। अकेले इसे एक प्रथम-क्रम उच्च-आवृत्ति फ़िल्टर माना जा सकता है; जब हम चर्चा कर रहे हैं कि फ़िल्टरिंग ऑब्जेक्ट एकल धारा पथ (लूप या परिपथ लूप) से दो या अधिक पथों में बदल गया है, तो प्रत्येक पथ पर कम से कम एक प्रेरकत्व डालना आवश्यक है ताकि उच्च-आवृत्ति फ़िल्टरिंग प्रभाव प्राप्त किया जा सके - यह व्यवस्था व्यावहारिक चुंबकीय घटकों में आसानी से और चतुराई से डिज़ाइन की जा सकती है, जिसे हम यहाँ पर सामान्य मोड चोक कहते हैं। क्यों? क्योंकि जब कई पथ होते हैं (जैसे कि सबसे सामान्य दो), तो समान दिशा में धारा द्वारा उत्पन्न चुंबकीय फ्लक्स "साझा" किया जा सकता है दूसरे धारा पथ के साथ, जिससे यह अतिरिक्त प्रतिबाधा प्राप्त करने के समकक्ष हो जाता है, जिसे (चुंबकीय) कपलिंग भी कहा जाता है। इस प्रकार, एक चुंबकीय कोर के चारों ओर दो पारस्परिक रूप से युग्मित कुंडल घुमाकर, दो अलग-अलग प्रेरकत्वों का उपयोग करने की तुलना में बेहतर फ़िल्टरिंग प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है।

ऊपर दिया गया वर्णन कॉमन मोड इंडक्टर की मूलभूत कार्यात्मक विशेषताओं, विशेष रूप से फ़िल्टरिंग का परिचय देता है। सबसे पहले, यह आवश्यक है कि कॉमन मोड इंडक्टर से भी युक्त ट्रांसफॉर्मर और उन इंडक्टर्स के बीच अंतर किया जाए जो कपलिंग ऑपरेशन की आवश्यकता रखते हैं, क्योंकि फ़िल्टरिंग लाइन पर शोर को दबाती (या अवशोषित) करती है। उत्तेजना की दिशा के संदर्भ में, यह कॉमन मोड होता है, लेकिन ट्रांसफॉर्मर वोल्टेज उत्तेजना धारा को स्थानांतरित करते हैं जो शक्ति का प्रतिनिधित्व करती है, जो डिफरेंशियल मोड होता है। इसलिए, सुरक्षा संधारित्रों के संयोजन के समान, कॉमन मोड इंडक्टर्स को Y-कनेक्शन (भू-परिपथ या संदर्भ भू-परिपथ के माध्यम से) में होना आवश्यक होता है, जबकि ट्रांसफॉर्मर को X-कनेक्शन (इनपुट और आउटपुट परिपथों के बीच) में होना चाहिए। दूसरे, इसके कॉमन मोड फ़िल्टरिंग प्रभाव के मूल्यांकन और मापन के लिए अतिरिक्त सहायक परिपथों का उपयोग करना आवश्यक होता है। हालाँकि, वास्तविक EMC (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक संगतता) परीक्षण में, अक्सर केवल डिफरेंशियल मोड और कॉमन मोड के संयोजन से उत्पन्न प्राप्तकर्ता (LISN - लाइन इम्पीडेंस स्थिरीकरण नेटवर्क) संकेत का परीक्षण किया जाता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि क्या यह संबंधित नियामक मानकों (जैसे CE प्रमाणन) के अनुपालन में है। इसलिए, कॉमन मोड इंडक्टेंस की भूमिका अक्सर विनिर्देश पुस्तिका में उत्तर खोजने में कठिनाई होती है, जो मॉडल चयन करते समय इंजीनियरों द्वारा अक्सर अनुभव के आधार पर सिमुलेशन भविष्यवाणियों पर निर्भर रहने का कारण भी है। अंत में, सावधान पाठक यह पाएंगे कि कॉमन मोड इंडक्टर्स को इंडक्टर कहा जाता है, लेकिन वे पावर इंडक्टर्स से भिन्न नहीं हैं। वे संतृप्ति धारा या ऊर्जा भंडारण पर विचार नहीं करते हैं, और उनके अंग्रेजी नाम choke से समाप्त होते हैं। इसलिए, उनका मूलभूत अर्थ अभी भी choke ही है। जैसा कि हम बाद में चर्चा करेंगे, ठीक उनके choke प्रभाव के कारण ही वे फ़िल्टरिंग प्राप्त कर सकते हैं, इसलिए उन्हें कॉमन मोड choke कॉइल्स कहना उनके सिद्धांत के अनुकूल अधिक उपयुक्त है।

निम्नलिखित अनुभाग में, हम सामान्य मोड इंडक्टर्स के मूल संरचनात्मक सिद्धांतों, अनुप्रयोग वर्गीकरण और संबंधित चयन के बारे में सीखेंगे, जो आपके लिए उपयोगी होगा क्योंकि आप एक इंजीनियर हैं। इसके अलावा, यदि आपके कोई प्रश्न हैं या संबंधित परिचय पर चर्चा करना चाहते हैं, तो हमसे संपर्क करें। हमारी इंजीनियरिंग टीम घटकों और अनुप्रयोगों के दृष्टिकोण से आपको जितना संभव हो सके, सहायता प्रदान करेगी।

एक। चुंबकीय क्षेत्र कपलिंग

चित्र 1 में दिखाए गए अनुसार, सक्रिय कॉइल A अपने वर्तमान परिपथ (यहां कॉइल) के पास के स्थान में एक चुंबकीय क्षेत्र का वितरण करेगी, जिसे चुंबकीय प्रवाह Фa (या →Ba) द्वारा दर्शाया गया है (चुंबकीय प्रवाह घनत्व सामान्य मोड इंडक्टेंस का अनुप्रयोग वर्गीकरण और चयन)। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत धारा के परिमाण, कॉइल के घुमावों की संख्या, प्रभावी अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और यह देखते हुए कि क्या कोई चुंबकीय कोर है या नहीं, पर निर्भर करती है। कॉइल के केंद्र में चुंबकीय प्रवाह लगभग इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

उनमें से, यदि कोई कॉइल के केंद्र में एक चुंबकीय कोर है, इसकी चुंबकीय पारगम्यता जितना बड़ा होगा, वैकल्पिक चुंबकीय सर्किट की लंबाई उतनी ही होगी जितना छोटा होगा, वैसा ही चुंबकीय प्रवाह भी बढ़ेगा। यह एक मानक प्रेरण संरचना और इसके अनुरूप स्थानिक चुंबकीय प्रवाह वितरण है। यह ध्यान देने योग्य है कि इसका चुंबकीय प्रवाह वितरण धारा में परिवर्तन पर निर्भर नहीं करता है और एक पहचान संबंध है। इसका सार मैक्सवेल के विद्युत चुम्बकीय समीकरणों में गॉस के चुंबकीय क्षेत्र के नियम से प्राप्त होता है।

चित्र 1 ऊर्जायुक्त कॉइल A और B का स्थानिक चुंबकीय क्षेत्र वितरण

जब स्थान पर एक अन्य कॉइल B, कॉइल A के साथ एक निश्चित स्थितीय संबंध में आती है (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है), तो कॉइल A द्वारा उत्पन्न चुंबकीय फ्लक्स का एक हिस्सा अवश्यंभावी रूप से कॉइल B से होकर गुजरेगा और एक साझा संबंध बनाएगा। एम्पीयर के नियम के अनुसार, जब कॉइल B द्वारा घिरे गए लूप में चुंबकीय फ्लक्स में परिवर्तन होता है, तो लूप में एक प्रेरित विद्युत वाहक बल, या प्रेरित वोल्टेज, उत्पन्न होगा। यह भविष्यवाणी की जा सकती है कि यदि कॉइल B एक खुली चालक कॉइल है, तो कोई लूप धारा नहीं बन सकती, लेकिन केवल कॉइल B के दोनों सिरों पर प्रेरित वोल्टेज उत्पन्न होगा। चूँकि इसके लूप पर कोई धारा नहीं होती, इसलिए स्वाभाविक रूप से कोई संगत स्थानिक चुंबकीय क्षेत्र भी उत्पन्न नहीं होगा; हालाँकि, यदि कॉइल B एक बंद लूप है, तो निश्चित रूप से एक लूप धारा उत्पन्न होगी, अर्थात् प्रेरित धारा। इसके साथ ही, चूँकि प्रेरित धारा मौजूद है, यह विपरीत दिशा में एक स्थानिक चुंबकीय क्षेत्र वितरण बनाएगी। कॉइल B और कॉइल A के बीच स्थानिक संबंध के अनुसार, कॉइल A अवश्यंभावी रूप से कॉइल B के वितरित चुंबकीय फ्लक्स को साझा करेगा। तो, ऐसे पारस्परिक प्रेरण का अंतिम परिणाम क्या होगा? स्पष्ट रूप से, यदि कॉइल A में केवल एक स्थिर धारा है, तो कॉइल B को एक निश्चित स्थिति पर साझा किए गए चुंबकीय फ्लक्स में कोई परिवर्तन अनुभव नहीं होगा। इसलिए, केवल तभी पारस्परिक प्रेरण हो सकता है जब कॉइल A में एक परिवर्तनशील धारा (जैसे प्रत्यावर्ती धारा) उत्पन्न हो। एक-से-एक स्थिति में (केवल एक कॉइल के दूसरी कॉइल के साथ जोड़े जाने की स्थिति को देखते हुए), प्रेरित धारा में हमेशा चुंबकीय फ्लक्स में परिवर्तन का प्रतिरोध करने का प्रभाव होता है। इसलिए, संगत रूप से कॉइल B का प्रभाव कॉइल A पर ठीक उसी तरह से होगा जैसे कॉइल A से कॉइल B तक साझा किए गए चुंबकीय फ्लक्स में परिवर्तन को रद्द कर दिया जाएगा। दोनों के द्वारा साझा किए गए चुंबकीय फ्लक्स का परिवर्तन एक-दूसरे को रद्द कर देगा।

एक निश्चित स्थिति में चुंबकीय क्षेत्र कपलिंग (इलेक्ट्रिक मोटर्स या जनरेटर्स से भिन्न) प्रत्यावर्ती धारा की स्थितियों में साझा चुंबकीय फ्लक्स के कारण विभिन्न कॉइल्स के बीच अंतःक्रिया का वर्णन करती है। शक्ति रूपांतरण या सिग्नल आइसोलेशन के लिए एक ट्रांसफॉर्मर के रूप में, या धारा क्षतिपूर्ति के लिए एक सामान्य मोड इंडक्टर के रूप में, यह चुंबकीय क्षेत्र कपलिंग का एक मामला है। जब किसी सामान्य मोड इंडक्टर के डिज़ाइन या उत्पादन करते हैं, तो एक प्रश्न को लेकर हमेशा अपरिहार्यता होती है: दोनों कॉइल्स को किन पैरामीटर्स को पूरा करना आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए आवश्यक है? या, धारा और एकतरफा प्रेरत्व के अलावा, दोनों के बीच संबंध पर विचार करते समय क्या आवश्यक आवश्यकताएं हैं? एक सामान्य पैरामीटर आवश्यकता यह है कि दोनों तरफ सेंसिंग त्रुटि पर्याप्त रूप से छोटी होनी चाहिए, या कभी-कभी कपलिंग गुणांक एक उच्च स्तर (जैसे 98%) तक पहुंचना चाहिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक धारा क्षतिपूर्ति प्रकार के सामान्य मोड इंडक्टर के रूप में, यदि लीकेज प्रेरकत्व बहुत अधिक है, तो यह डिफरेंशियल मोड सिग्नल पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालेगा, या तो अनावश्यक डिफरेंशियल मोड प्रतिबाधा का कारण होगा (परिणामस्वरूप सिग्नल क्षीणन या कम डिफरेंशियल मोड बैंडविड्थ), या चुंबकीय कोर की संतृप्ति का कारण होगा और सामान्य मोड शोर दमन को प्रभावित करेगा। इसलिए, चुंबकीय क्षेत्र कपलिंग के कपलिंग गुणांक को नियंत्रित करना आवश्यक है।

जब एक संयुग्मन माध्यम (चुंबकीय कोर) के माध्यम से दो कुंडलियों के बीच चुंबकीय क्षेत्र सहसंयोजन होता है जिसमें एकसमान चुंबकीय पारगम्यता होती है, तो कुंडली A द्वारा कुंडली B के साथ साझा किया गया निर्दिष्ट चुंबकीय फ्लक्स है इसके विपरीत, यह बराबर है । फिर, चूंकि साझा किया गया चुंबकीय फ्लक्स (चुंबकीय क्षेत्र सहसंयोजन) पारस्परिक प्रेरता से संबंधित है, इसे क्रमशः उभयनिष्ठ मोड प्रेरकता के अनुप्रयोग वर्गीकरण और चयन के अनुप्रयोग वर्गीकरण और चयन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है और  : 

प्रेरण कुंडली छोर पर कुल साझा चुंबकीय फ्लक्स को लिंकेज (लिंकेज, ), के रूप में भी जाना जाता है, जिसे संबंध द्वारा दर्शाया जा सकता है चुंबकीय फ्लक्स घनत्व के आधार पर और चुंबकीय सदिश स्थिति:

कुंडली A द्वारा कुंडली B पर प्रत्येक बिंदु पर वितरित चुंबकीय सदिश स्थिति (उभयनिष्ठ मोड प्रेरकता के केंद्र से केंद्र की दूरी के औसत मामले में अनुप्रयोग वर्गीकरण और चयन के साथ) है: उभयनिष्ठ मोड प्रेरकता):

कुण्डल A और कुण्डल B के बीच फ्लक्स संबद्धता निम्नानुसार प्राप्त की जाती है:

इसलिए, अन्योन्य प्रेरत्व कुण्डल B द्वारा कुण्डल A पर कार्य करने वाले निम्नानुसार हैं:

एक ही सिद्धांत का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है के लिए व्यंजक:

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, एक संयुग्मन माध्यम (चुंबकीय कोर) के माध्यम से दो कुण्डलियों के बीच चुंबकीय क्षेत्र संयोजन होता है जिसकी एकसमान चुंबकीय संबद्धता होती है। इसलिए , स्पष्टतः:

उपरोक्त व्याख्या बताती है कि एक ही चुंबकीय कोर पर लिपटी दो कुण्डलियों का एक ही अन्योन्य प्रेरकत्व होता है, जिसे M द्वारा दर्शाया जाता है। ऊपर दिए गए विस्तृत प्रमाण प्रक्रिया Neumann के सूत्र को संदर्भित कर सकती है। अब मान लीजिए कि कुल चुंबकीय फ्लक्स कुण्डल A का साझा भाग अनुपात , यह है . इसी प्रकार, कॉइल B का साझाकरण गुणांक है , होगा:

अतः, दो कॉइल्स के बीच पारस्परिक प्रेरा और उनकी स्वतंत्र प्रेरणा के बीच संबंध उपरोक्त समीकरण संबंध से प्राप्त किया जा सकता है:

उपरोक्त मैग्नेटिक फील्ड कपलिंग गुणांक k की उत्पत्ति का स्रोत है: वास्तविक कॉमन मोड इंडक्टर का निर्धारण दो कॉइल घुमावों के इंडक्टेंस मानों को अलग-अलग मापकर किया जा सकता है (दूसरी कॉइल खुली स्थिति में रहती है), साथ ही लीकेज इंडक्टेंस (दूसरी कॉइल बंद स्थिति में रहती है) ), और पारस्परिक प्रेरणा और कपलिंग गुणांक k के संबंधित मान। विशेष रूप से, एक उच्च पारगम्यता वाले एनुलर मैग्नेटिक कोर (जैसे MnZn फेराइट मैग्नेटिक रिंग) पर लपेटे गए एक बहुत सममित कॉमन मोड इंडक्टर के लिए, दोनों घुमावों के इंडक्टेंस मान बहुत निकट होते हैं, और लीकेज इंडक्टेंस का परिमाण के निकट होगा . यह देखा जा सकता है कि कपलिंग गुणांक जितना अधिक होगा, लीकेज इंडक्टेंस उतना ही कम होगा।

दो। कॉमन मोड इंडक्टर का अनुप्रयोग

जैसा कि इस लेख की शुरुआत में उल्लेख किया गया है, एक कॉमन मोड इंडक्टर वास्तव में एक ऐसा इंडक्टर है जो दो समानांतर परिपथों के बीच संबद्ध होता है। इसका कार्य दोनों परिपथों में मौजूद कॉमन मोड शोर को दबाना या कम करना है। हालाँकि, यह दो समानांतर परिपथ केवल डिफरेंशियल परिपथ बनाने वाले ही नहीं हो सकते हैं, जैसे कि विद्युत लाइनों के एक जोड़े में L और N लाइनें, या डेटा लाइन पोर्ट पर D+ और D- लाइनें। कॉमन मोड शोर के उत्पन्न होने के कारण, एक ही भू-तार (ग्राउंड) साझा करने वाली संचरण लाइनों के बीच शोर को दबाने की आवश्यकता हो सकती है।

सामान्य मोड इंडक्टेंस के अनुप्रयोग का निर्धारण करने के लिए, सबसे पहले यह समझना आवश्यक है कि सामान्य मोड शोर कैसे उत्पन्न होता है: चित्र 2 में दिखाए गए अनुसार (इन्फिनियन की 60 डब्ल्यू स्विचन बिजली की आपूर्ति के लिए संदर्भ डिज़ाइन: DEMO_5QSAG_60W1), इनपुट टर्मिनल 85~300VAC का मेन इनपुट है, और बिजली के पोर्ट पर L, N तारों का निर्माण संदर्भ भूमि के साथ एक सामान्य भूमि के रूप में किया जाता है। वास्तव में, इस संदर्भ भूमि से हरी रेखा के रूप में एक भूमि तार भी जुड़ा होता है और यह भौतिक भूमि से जुड़ा होता है। अब L लाइन और N लाइन बिजली के सर्किट का निर्माण करती हैं और इस Flyback ट्रांसफार्मर के प्राथमिक पक्ष पर जुड़ी होती हैं। Q11 के रूप में मुख्य बिजली स्विच ट्यूब के विनिर्देश में 800V सुपर जंक्शन MOS ट्रांजिस्टर IPA80R600P7 का उपयोग किया जाता है, जिसकी अधिकतम Rds (चालू) सीमा 600mΩ है। ऊष्मा अपघटन को सीमित करने के लिए, ऊष्मा अपघटन माध्यम (एल्यूमीनियम ऊष्मा अपघटन वाले पंखे) को आमतौर पर इसके शेल से जोड़ दिया जाता है, जो इसके उच्च वोल्टेज पिन की भूमि के साथ बिखरी हुई क्षमता को बढ़ा देता है, संधारित्र कपलिंग बनाता है, और उच्च वोल्टेज और उच्च आवृत्ति इनपुट टर्मिनल वोल्टेज को जोड़कर शोर गुणों की क्षमता बनाता है। इनपुट पोर्ट पर L लाइन और N लाइन भी संदर्भ भूमि के माध्यम से इस क्षमता को प्राप्त करेंगी, इस प्रकार एक सामान्य मोड शोर स्रोत का निर्माण करेंगी। यह ध्यान देने योग्य है कि संधारित्र कपलिंग, सामान्य मोड शोर स्रोत के रूप में, जिसका EMC परीक्षण में संचालन परीक्षण को सामना करना पड़ता है, AC-DC के मुख्य रूप के रूप में विभिन्न टोपोलॉजी संरचनाओं के साथ विभिन्न बिजली के स्रोतों में व्यापक रूप से मौजूद है। इसके अलावा, ट्रांसफार्मर के प्राथमिक और माध्यमिक पक्षों पर वास्तव में कई छोटे धारा सर्किट हैं, और प्रत्येक छोटा सर्किट भी प्रेरक कपलिंग के शोर धारा को बढ़ाता है, जो भविष्यानुमान लगाने में कठिन सामान्य मोड शोर या अंतर मोड शोर भी लाता है। इसलिए, यह EMC सुधार में बहुत अनिश्चितता लाता है, जो यह भी कारण है कि विद्युत चुम्बकीय संगतता सिमुलेशन के लिए अभी भी सिमुलेशन सॉफ्टवेयर पर निर्भर नहीं किया जा सकता है।

चित्र.2 ईएमआई संगत रणनीति घटकों का उदाहरण (इन्फिनियन डेमो_5क्यूएसएजी_60डब्ल्यू1)

उभयनिष्ठ मोड शोर के परिमाण का अनुमान लगाने के लिए, आमतौर पर उभयनिष्ठ मोड शोर परिपथ में विसरित समाई के मान को 10s के पिकोफैराड रेंज में मानना आवश्यक होता है। चित्र.2 में दिखाए गए उदाहरण में, 20pF की विसरित समाई मानकर, जब इनपुट बिजली की आपूर्ति 230Vac है और मुख्य बिजली स्विच ट्यूब की स्विचिंग आवृत्ति 200KHz है, तो चालू और बंद करने के लिए कुल पल्स चौड़ाई 1 µs है और बढ़ते और गिरते किनारों का समय क्रमशः 0.2 µs है। इनपुट टर्मिनल पर अधिकतम वोल्टेज है इनपुट एसी का स्विच के माध्यम से ड्यूटी चक्र है स्पेक्ट्रल घनत्व वितरण में पहली कोणीय आवृत्ति है:

स्पेक्ट्रल घनत्व वितरण में पहले शिखर (1 ला संनादी 1 ला संनादी) पर संगत वोल्टेज है:

सामान्य मोड शोर वाले सर्किट में, बिना किसी सामान्य मोड इंडक्टर को जोड़े, श्रृंखला समतुल्य प्रतिबाधा (जैसे तार प्रतिरोध, अवांछित प्रेरण, आदि) को अनदेखा करके अधिकतम सामान्य मोड धारा का अनुमान लगाया जा सकता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। जब LISN (लीनियर इम्पीडेंस स्टेबिलाइजेशन नेटवर्क) से जोड़ा जाता है, तो सामान्य मोड धारा का परिमाण होगा:

इसलिए, LISN पोर्ट पर कंडक्शन टेस्ट रिसीवर (स्पेक्ट्रम एनालाइज़र) द्वारा प्राप्त सामान्य मोड शोर वोल्टेज आयाम होगा:

हालाँकि, टेस्ट रिसीवर पर पता लगाया गया वास्तविक परिणाम है:

अर्थात, सामान्य मोड शोर और अंतर मोड शोर के आयाम अतिव्यापी होते हैं, लेकिन स्पष्ट रूप से जब तक सामान्य मोड को दबा दिया जाता है, तब तक अंतिम परीक्षण परिणामों में सुधार होगा। इसलिए, उदाहरण के लिए, सामान्य संचार और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए EMC मानक EN55022 में, आयाम QP का 150KHz से 500KHz की सीमा में मान होना चाहिए: 150KHz से 500KHz की सीमा में। इसलिए, अधिकतम यहां कॉमन मोड नॉइस के क्षीणन को किया जाना चाहिए। -20dB के क्षीणन लक्ष्य को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, सरल गणना के माध्यम से, कॉमन मोड सर्किट में मुख्य प्रतिबाधा विसरित संधारित्र की प्रतिबाधा है, जो लगभग 25K Ω है। चित्र 4 में दिखाया गया है, आवश्यक कॉमन मोड प्रतिबाधा लगभग 250K Ω है, जिसे 125mH कॉमन मोड इंडक्टर में परिवर्तित किया जा सकता है।

चित्र 3 EMC परीक्षण में चालन परीक्षण का आरेख (कॉमन मोड नॉइस और डिफरेंशियल मोड सिग्नल का परिपथ आरेख)

चित्र 4 फ़िल्टर इंसर्शन नुकसान के परिपथ (बाएं) और संबंधित क्षीणन आयाम और फ़िल्टर प्रतिबाधा (दाएं) के बीच संबंध

पावर लाइनों पर कॉमन मोड इंडक्टेंस के सामान्य उपयोग के अलावा, कॉमन मोड इंडक्टेंस को उच्च-गति वाली सिग्नल लाइनों, जैसे USB 3.0, HDMI, LAN, आदि पर भी आमतौर पर पाया जाता है, या कुछ LVDS सिग्नल लाइनों, जैसे CAN BUS, SPI या RS232, RS485, आदि पर भी। सिग्नल लाइनों पर कॉमन मोड इंडक्टरों का उपयोग कॉमन मोड शोर को दबाने का कार्य भी करता है, जैसे कि कुछ संचार विनिर्देशों को पूरा करने के लिए आवश्यक कॉमन मोड रिजेक्शन रेशियो। हालाँकि, इसके साथ आने वाला धारा क्षतिपूर्ति प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण होता है, जैसा कि शुरुआत में उल्लेख किया गया था, जो धारा क्षतिपूर्ति प्रकार कॉमन मोड इंडक्टर है।

चित्र 5 में दर्शाए गए अनुसार, उच्च-गति संकेत लाइनों में सामान्यतः संकेत स्थानांतरित करने के लिए अवकल स्थानांतरण का उपयोग किया जाता है। संकेत लाइनों पर प्रतिरोधक, विखरे हुए संधारित्र और वितरित प्रेरक होते हैं। ट्विस्टेड पेयर केबल विखरे हुए संधारित्र को कम करने में प्रभावी होते हैं, लेकिन वितरित प्रेरकों को हटा नहीं सकते। इसलिए, अभिग्राहक के अंत में अवकल इनपुट प्रेरकत्व होता है, और लाइन पर युग्मित धारा संकेत आरेख पर शोर उत्पन्न करती है। ये शोर संचारित लाइन की सममिति के आधार पर अभिग्राहक के दोनों सिरों पर लगभग समान रूप से वितरित होते हैं। अब चूंकि अभिग्राहक के इनपुट स्थिति पर एक सामान्य मोड प्रेरक स्थापित किया गया है, लगभग समान मात्रा में शोर सामान्य मोड प्रेरक के घाव युग्मन के माध्यम से रद्द हो जाएगा, जिससे युग्मित शोर में काफी कमी आएगी। यानी, धारा क्षतिपूर्ति प्रभाव अभिग्राहक पर इनपुट शोर को कम करता है।

चित्र.6 संचरण लाइन के साथ अवकल सिग्नलों का संचरण प्रक्रिया, प्रेषण सिरे से अभिग्रहण सिरे तक (बाएं) और अभिग्रहण सिरे पर सामान्य मोड इंडक्टरों का उपयोग करने से सुधार (दाएं)

सिग्नल के आंख आरेख पर, जैसा कि चित्र.6 में दिखाया गया है, लाइन स्ट्रे इंडक्टेंस के कारण होने वाले इंसर्शन लॉस को कम करके, सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात में सुधार होगा, जो लंबी ट्रांसमिशन लाइनों या उच्च-गति वाली सिग्नल लाइनों के लिए महत्वपूर्ण है। सामान्य तौर पर, ऊपर उल्लिखित सिग्नल पोर्ट्स के लिए उपयोग की जाने वाली ट्रांसमिशन लाइनें आमतौर पर 90~120 Ω प्रतिबाधा ट्रांसमिशन लाइनें होती हैं। विशिष्ट सिग्नल बैंडविड्थ आवश्यकताओं के आधार पर, 1 से 10 गुना तक की सामान्य मोड इंडक्टर्स का चयन किया जाता है ताकि -6dB से -20dB तक कमन मोड दमन प्रदान किया जा सके। यह पहले उल्लिखित बिजली आपूर्ति अनुप्रयोग के समान ही है, जो कमन मोड शोर सर्किट की प्रतिबाधा के आकार पर निर्भर करता है। निश्चित रूप से, जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है (उच्च गति वाले सिग्नल संचरण की आवश्यकताओं के कारण), सिस्टम की कमन मोड प्रतिबाधा कम हो जाएगी, और अत्यधिक इंडक्टेंस प्रदान करने से फ़िल्टर बैंडविड्थ संकरी हो जाएगी। इसलिए, यह सत्यापित करना आवश्यक है कि चुना गया इंडक्टेंस उच्च-गति वाले सिग्नल्स के संचरण आवश्यकताओं के साथ मेल खाता है या नहीं।

चित्र.6 डिफरेंशियल ट्रांसमिशन लाइनों पर लाइन इंसर्शन लॉस से प्रभावित सिग्नल गुणवत्ता का आरेखीय चित्र

तीन, कॉमन मोड शोर का नुकसान

तो, कॉमन मोड नॉइस की समस्या क्या है? EMC परीक्षण में सर्किट पर कॉमन मोड नॉइस को दबाने पर ध्यान केंद्रित करना प्रायः आवश्यक क्यों है? निश्चित रूप से, विभिन्न देशों के EMC प्रमाणन मानकों को पूरा करने के लिए, कॉमन मोड और डिफरेंशियल मोड सिग्नलों के आयाम को सीमित करना आवश्यक है, उत्पाद सुरक्षा सुनिश्चित करना और बिजली की खपत वाली ओर से विद्युत उपकरणों द्वारा उत्पन्न होने वाले बिजली ग्रिड या पड़ोसी उपकरणों को होने वाले संभावित नुकसान को कम करना। दूसरा, पावर इंटेग्रिटी और सिग्नल इंटेग्रिटी के दृष्टिकोण से, अधिकांश विद्युत उपकरणों और उपकरण नियंत्रकों में कम वोल्टेज पर संचालन होता है, और अतिरिक्त नॉइस वोल्टेज कारण से असामान्य नियंत्रण सिग्नल या संचारित डेटा, यहां तक कि त्रुटियों और बंद होने का कारण बन सकता है। ये असामान्य व्यतिकरण सर्किट बोर्ड या इसके RF नॉइस व्यवधानों से आ सकते हैं, जैसे मोबाइल डिवाइस का डिस्कनेक्ट होना या प्रसारण नॉइस का सीटी बजना। अंत में, अत्यधिक कॉमन मोड नॉइस के उच्च-आवृत्ति विकिरण के रूप में अंतरिक्ष में उत्सर्जित होने की संभावना होती है, जैसे बड़े कॉमन मोड सर्किट या ऐसे कंडक्टर्स पर जो एंटीना के समान होते हैं, जो मानव के लिए अदृश्य लंबे समय तक स्वास्थ्य संबंधी खतरे पैदा कर सकते हैं।

समस्या को सरल बनाने के लिए, हम संचरण लाइन को एक हर्ट्ज़ चुंबकीय युग्म में परिवर्तित करते हैं और चित्र 7 में दर्शाए गए सामान्य मोड शोर विकिरण मॉडल को प्राप्त करते हैं। परीक्षण बिंदु और सामान्य मोड संचरण लाइन की केंद्रीय स्थिति के बीच की दूरी d है, जो आमतौर पर परिपथ के आकार की तुलना में काफी अधिक होती है और इसलिए यह एक दूर क्षेत्र परीक्षण बिंदु है। इसलिए, एंटीना के दूरस्थ क्षेत्र विकिरण के लिए, इसकी क्षेत्र तीव्रता है:

उनमें से: विकिरण तरंग दैर्ध्य के संगत कला स्थिरांक है, परीक्षण स्थितियों के बीच की दूरी है, एंटीना विकिरण पैटर्न से θ डिग्री से विचलित समतल कोण है, और हर्ट्ज़ चुंबकीय युग्म के लिए , और एंटीना प्रकार पर निर्भर करता है। चूंकि दूर के बिंदु पर प्राप्त विकिरण कोण पर दो सामान्य मोड लाइनों की एक साथ क्रिया है, इसलिए:

सामान्य मोड शोर के लिए, चित्र 7 में दर्शाए गए अनुसार: और परीक्षण बिंदु पर अधिकतम विकिरण निम्नानुसार प्राप्त किया जाता है:

जब लाइन स्पेसिंग s पर्याप्त रूप से छोटी होती है इसलिए इसे इस प्रकार सरलीकृत किया जा सकता है:

इस प्रकार, कॉमन मोड विकिरण की तीव्रता कॉमन मोड संचरण लाइन की लंबाई के समानुपातिक होती है और दूरी के साथ-साथ घटती जाती है। इस आयाम के परिमाण का एक उदाहरण दें: मान लें कि कॉमन मोड संचरण लाइन की लंबाई 1 मीटर है और कॉमन मोड धारा का आयाम 7.96 µA है, जो 30MHz पर FCC क्लास B के 3 मीटर के क्षेत्र परीक्षण के अनुरूप है, विकिरण की तीव्रता है:

यह तीव्रता ठीक मानक सीमा के बराबर है। यदि 3 मीटर परीक्षण बिंदु पर 1 मीटर का चालक या व्यक्ति है, तो उसे 100 µV वोल्टेज का अनुभव होगा। ऐसे वातावरण में लंबे समय तक उजागर होने से मानव स्वास्थ्य पर गंभीर प्रभाव पड़ता है, और संचित विकिरण विभिन्न पुरातन बीमारियों या व्यक्तिगत घावों का कारण बन सकता है, जो EMC प्रमाणन के महत्वपूर्ण महत्व को भी दर्शाता है।

चित्र.7 कॉमन मोड शोर का विकिरण मॉडल और परीक्षण बिंदु आरेख

अधिकांश स्विच परिपथों पर तरंग रूप संरचना को समलंबाकार (ट्रैपीज़ॉइडल) तरंग के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, और इसकी आवृत्ति परास अवयवों के स्तर में वृद्धि के साथ दो चरणों में कमी दर्शाती है। से आवृत्ति में वृद्धि के साथ समान विकिरण तीव्रता की आम मोड उल्लिखित आवृत्ति परास स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। नोड्स पहली कोणीय आवृत्ति और उठते किनारे के समय की कोणीय आवृत्ति हैं। इसलिए, आम स्विचन पावर सप्लाई और वर्गाकार तरंग संकेत परिपथों के लिए, आम मोड विकिरण परास लगभग पहले बढ़ने और फिर घटने के वितरण लक्षण दर्शाएगा, जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है। इसलिए, मध्य भाग वह है जिसे विशेष नियंत्रण या दमन की आवश्यकता होती है।

चित्र 8: सामान्य समलंबाकार तरंगों के अनुरूप आम मोड शोर विकिरण तीव्रता का वितरण

4. कॉमन मोड इंडक्टर का चयन

पावर लाइनों के लिए, कॉमन मोड शोर का स्रोत अपेक्षाकृत स्पष्ट होता है, लेकिन बिखरी हुई घटनाओं को यंत्रों के माध्यम से मापना कठिन होता है। ज्यादातर मामलों में परीक्षण के बाद विश्लेषण के आधार पर परिणामों का सन्निकटन किया जाता है, इसलिए संचित अनुभव बहुत महत्वपूर्ण होता है। जब इस लेख के भाग 2 में कॉमन मोड इंडक्टर्स के अनुप्रयोग का परिचय दिया गया था, तो यह भी उल्लेख किया गया था कि कॉमन मोड शोर के आयाम और संबंधित कॉमन मोड इंडक्टर्स की आवश्यक इंडक्टेंस का सैद्धांतिक अनुमान प्रारंभिक प्रयोगों के लिए एक आरंभिक बिंदु के रूप में कार्य कर सकता है।

आम तौर पर, एसी-डीसी पावर इनपुट के फ़िल्टरिंग चरण में उपयोग किया जाने वाला सामान्य मोड इंडक्टर चुंबकीय कोर के रूप में एक बंद चुंबकीय परिपथ वाले चुंबकीय रिंग को अपनाता है। इसका लाभ यह है कि यह बहुत कम रिसाव प्रेर और बहुत अधिक कपलिंग गुणांक को प्राप्त करने में आसानी प्रदान करता है। उच्च इनपुट वोल्टेज और अपेक्षाकृत निम्न स्विचिंग आवृत्ति के लिए, यह उच्च आयाम सामान्य मोड शोर आयाम को दबाने के लिए अच्छी उच्च सामान्य मोड प्रतिबाधा प्रदान कर सकता है। चुंबकीय सामग्री की चुंबकीय संचर्म्यता के प्रेरक भागों में विभाजित होने के तथ्य के कारण और नुकसान का हिस्सा जब चुंबकीय कोर सबसे ऊंचे प्रतिबाधा विशेषता बिंदु के निकट पहुंचता है या उसे पार करता है, तो हानि भाग प्रतिबाधा के मुख्य भाग को ग्रहण कर लेता है। इस समय, शोर को दबाना प्रेरक प्रतिबाधा द्वारा शोर के आयाम को कम करके नहीं, बल्कि हानि ऊष्मन के माध्यम से शोर ऊर्जा को अवशोषित करके प्राप्त किया जाता है। इसलिए, उपयुक्त संतृप्ति डिग्री (अत्यधिक संतृप्ति से प्रतिबाधा में कमी होगी) शोर दमन प्रभाव को प्रभावित नहीं करेगी, इसलिए हमें शक्ति प्रेरकों में समान पैरामीटर की तलाश करने की आवश्यकता नहीं है।

सामान्य मोड इंडक्टर का चयन करते समय। वहीं, अगर लीकेज इंडक्टेंस भाग है, जैसे 99% कपलिंग कोएफिशिएंट के साथ 1mH इंडक्टेंस, तो डिफरेंशियल सर्किट पर 10uH लीकेज इंडक्टेंस मौजूद होगा। जब डिफरेंशियल मोड शोर दबाने (आमतौर पर LC फ़िल्टर सेतु) पर विचार कर रहे होते हैं, तो लीकेज इंडक्टेंस के इस भाग को भी ध्यान में रखना आवश्यक होता है। उच्च-आवृत्ति डिफरेंशियल मोड शोर को दबाने में मध्यम लीकेज इंडक्टेंस उपयोगी होता है, लेकिन चूंकि सामान्य मोड इंडक्टर मुख्य रूप से चुंबकीय बंद कोर का उपयोग करते हैं, इसलिए उच्च धारा पर कोर संतृप्ति होना आसान होता है, जिससे शक्ति परिवर्तन दक्षता और फ़िल्टर शोर बैंडविड्थ प्रभावित होता है। लीकेज इंडक्टेंस के अनुपात में सुधार आमतौर पर वर्गाकार या फ्रेम चुंबकीय कोर संरचनाओं (UU चुंबकीय कोर या PQ चुंबकीय कोर, आदि) का उपयोग करके, या असममित घुमावदार का उपयोग करके किया जा सकता है ). यह निर्धारित करने के लिए कि क्या आवश्यकता है, उपयोगकर्ता को अवश्य ही डिफरेंशियल कॉमन मोड सेपरेटर आइडेंटिफिकेशन परीक्षण के माध्यम से विशिष्ट चयन निर्धारित करना चाहिए।

सामान्य मोड इंडक्टेंस के पैरामीटर के लिए, उनमें मुख्य रूप से एकल पक्ष इंडक्टेंस मान, Rdc, अनुमत धारा, अनुमत वोल्टेज और वोल्टेज प्रतिरोध Hi pot शामिल हैं। एकल पक्ष इंडक्टेंस मान मुख्य रूप से सामान्य मोड प्रतिबाधा के आकार का निर्धारण करता है। Rdc तार का DC हानि है, और हानि के कारण उत्पन्न तापमान वृद्धि अनुमत धारा सीमा का कारण बनती है। अंत में, चूंकि इसका उपयोग उच्च वोल्टेज लाइनों पर किया जाता है, वोल्टेज सीमा और सुरक्षा आवश्यकताओं को अलग से चिह्नित किया जाता है। हालांकि, उपयोगकर्ता फ़िल्टर प्रभाव का मूल्यांकन करना पसंद करते हैं, इसलिए आम तौर पर, विनिर्देश पुस्तिका में प्रतिबाधा विशेषता वक्रों के दो रूप प्रदान किए जाएंगे। एक चित्र 9-ए में दिखाए गए सामान्य मोड/अंतर मोड प्रतिबाधा रूप है, और दूसरा चित्र 9-बी में दिखाए गए अनुसार डीबी रूप के सम्मिलन हानि है। दोनों समकक्ष हैं, और डीबी रूप वक्र के सम्मिलन हानि को 50 Ω+50 Ω के सिस्टम में सामान्य मोड/अंतर मोड प्रतिबाधा को परिवर्तित करके बनाया जाता है।

चित्र.9 (a) सामान्य मोड/अंतर मोड प्रतिबाधा रूप (b) अंतरण हानि dB रूप

एक ही सामान्य-मोड श्रृंखला के लिए, विभिन्न आकारों की पैकेजिंग संरचनाएं विभिन्न धारा आकारों और फ़िल्टरिंग बैंडविड्थ के लिए उपयुक्त होती हैं: आकार जितना बड़ा होगा, चुंबकीय कोर का चुंबकीय प्रतिरोध उतना ही कम होगा, जिससे कुंडली घुमावों की संख्या कम की जा सकती है, इस प्रकार तांबे के तार के व्यास को बढ़ाया जा सकता है और एक बड़े धारा लूप का उपयोग किया जा सकता है; प्रेरत्व मान जितना अधिक होगा या सामग्री की चुंबकीय स्थिरता की आवृत्ति जितनी कम होगी, लागू फ़िल्टरिंग बैंडविड्थ उतनी ही संकरी होगी, और ऐसे सामान्य-मोड इंडक्टर को लूप में रखने पर उच्च आवृत्ति सिरे पर कोई शोर दमन प्रभाव नहीं हो सकता।

Codaca इलेक्ट्रॉनिक्स के सामान्य मोड इंडक्टर्स वर्तमान में मुख्य रूप से दो भागों में विभाजित हैं: सिग्नल लाइन और पावर लाइन। इसमें 10 से अधिक श्रृंखलाएँ, 50 विभिन्न आकारों के पैकेज, लगभग 300 विभिन्न मानक भाग संख्याएँ शामिल हैं। इनका उपयोग व्यापक रूप से सिग्नल लाइनों जैसे कि CAN BUS, RS485 और कुछ वाट से लेकर कई किलोवाट तक की विभिन्न ऑफ़लाइन पावर सप्लाई डिवाइसों में किया जाता है। हमारी अनुसंधान एवं विकास प्रौद्योगिकी टीम परीक्षण से लेकर विश्लेषण तक, या अनुकूलित अनुकूलन विनिर्देशों में सहायता कर सकती है, ताकि अंततः संबंधित EMC प्रमाणन पूरा किया जा सके।

संदर्भ

[1] इंफिनियन टेक्नोलॉजीज एजी। Engineering_report_DEMO_5QSAG_60W1-AN-v01_00-EN.pdf। www.infineon.com

[2] CODACA इंडक्टर उत्पाद जानकारी: www.codaca.com

[3] क्ले्टन आर. पॉल। Electromagnetic Compatibility का परिचय। दूसरा संस्करण। वाइली-इंटरसाइंस।

[4] भाग सिंह गुरु और हुसैन आर. हिज़ीरोग्लू। Electromagnetic Field Theory Fundamentals। दूसरा संस्करण। कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस।

बौद्धिक संपदा संरक्षण की व्याख्या

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