इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में AC इनपुट लाइन पर आमतौर पर एक फ़िल्टर मौजूद होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि स्विचिंग पावर सप्लाई वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) का प्राथमिक स्रोत स्वयं पावर सप्लाई इकाई होती है। EMI के स्रोत विविध होते हैं, जिनमें बिजली और पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र जैसी प्राकृतिक घटनाएं शामिल हैं, साथ ही मोटर्स, रेडियो आवृत्ति (RF) तकनीक और डिजिटल/एनालॉग सिग्नल जैसे मानव निर्मित स्रोत भी शामिल हैं, जो सभी हस्तक्षेप उत्पन्न कर सकते हैं। इन हस्तक्षेप सिग्नलों को उपकरण से बाहर की ओर संचारित होने या अन्य निकटवर्ती इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को प्रभावित करने से रोकने के लिए फ़िल्टर अनिवार्य घटक हैं। इस लेख में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के कारणों और इसके निराकरण के उपायों पर चर्चा की जाएगी।
1- हस्तक्षेप संकेतों के प्रकार और उनकी उत्पत्ति
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में शोर से तात्पर्य उपकरण के भीतर अवांछित विद्युत संकेतों से है। ये संकेत अपरिहार्य वोल्टेज या धारा विक्षोभ होते हैं। यदि हस्तक्षेप अत्यधिक है, तो निम्नलिखित घटनाएँ हो सकती हैं:
① रेडियो या मल्टीमीडिया उपकरणों में ऐसा शोर सुनाई देना जो लक्षित ऑडियो से संबंधित नहीं है।
② टेलीविज़न स्क्रीन पर मूल सामग्री से परे विकृत या अस्पष्ट छवियाँ प्रदर्शित होना।
③ डिजिटल उपकरण गलत तरीके से चालू हो सकते हैं या सामान्य रूप से काम नहीं कर पाते हैं।
④ संचार उपकरण सामान्य संकेत प्रसारित करने में असमर्थ हो सकते हैं।
⑤ अन्य प्रभाव जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उचित कार्य को प्रभावित करते हैं।
इन कारणों से, देशों और क्षेत्रों ने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए संबंधित आवश्यकताओं और नियमों की स्थापना की है, जिसमें यह अनिवार्य किया गया है कि इन उपकरणों द्वारा उत्पन्न हस्तक्षेप संकेत एक निश्चित सीमा से अधिक नहीं होने चाहिए। निर्माताओं पर अपने उत्पादों द्वारा उत्पन्न ईएमआई को इन निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर नियंत्रित करने का दायित्व होता है।
हाल के वर्षों में, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों ने डिजिटल और स्विचिंग प्रौद्योगिकियों को व्यापक रूप से अपनाया है। जब तक कोई उत्पाद इन प्रौद्योगिकियों का उपयोग करता है, तो वह अपरिहार्य रूप से ईएमआई संकेत उत्पन्न करेगा। इस हस्तक्षेप को नियमित सीमाओं के भीतर रखने के लिए फ़िल्टर का उपयोग करना एक प्रभावी तरीका है। हस्तक्षेप की सीमाएं देशों या क्षेत्रों के बीच भिन्न हो सकती हैं, जिसका अर्थ है कि आवश्यक फ़िल्टर की विशेषताएं भी भिन्न होंगी। नीचे चित्रित उदाहरणों में औद्योगिक उपकरणों के लिए बाहरी रूप से उपयोग किए जाने वाले पावर लाइन फ़िल्टर और एक आंतरिक फ़िल्टर (सामान्य मोड चोक, अंतर मोड चोक) शामिल हैं जो एक पावर सप्लाई के भीतर स्थापित होता है।
चित्र 1 (बाएं): बाहरी औद्योगिक पावर लाइन फ़िल्टर
चित्र 2 (दाएं): आंतरिक स्विचिंग पावर सप्लाई फ़िल्टर (सामान्य मोड चोक)
स्विचिंग पावर सप्लाई में, स्विचिंग ट्रांजिस्टर, उच्च-आवृत्ति दिष्टकारी डायोड और स्विचिंग ट्रांसफार्मर अधिक स्तर की व्यवधान उत्पन्न करते हैं। एक स्विचिंग पावर सप्लाई के भीतर संचालन तरंग रूप आमतौर पर वर्ग तरंगें या त्रिकोण तरंगें (मूल तरंग रूप) होती हैं। इन तरंग रूपों में मूल आवृत्ति के पूर्णांक गुणज के रूप में उच्च-आवृत्ति घटक होते हैं। जब ये उच्च-आवृत्ति तरंग रूप बाहर की ओर फैलते हैं, तो वे व्यवधान संकेत बन जाते हैं।
इसके अलावा, ट्रांजिस्टर की स्विचिंग गति अत्यंत तेज होती है। उदाहरण के लिए, 12V पर 2A की धारा लगभग 300 kHz की आवृत्ति पर ON/_OFF की जा सकती है। नीचे दिए गए आरेख में दिखाए अनुसार, स्विचिंग संक्रमण अवस्था के दौरान, धारा में परिवर्तन की दर (di/dt) बहुत अधिक होती है। चूंकि प्रेरक कुंडली में न केवल प्रेरकत्व होता है बल्कि प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (PCB) पर अप्रत्याशित प्रेरकत्व (पैरासिटिक इंडक्टेंस) भी होता है, इसलिए धारा में तीव्र परिवर्तन हस्तक्षेप वोल्टेज संकेत उत्पन्न कर सकता है, जो परिवेश या अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों में हस्तक्षेप करते हैं। ये हस्तक्षेप संकेत केवल PCB ट्रेस के साथ संचालित नहीं होते हैं, बल्कि विद्युत चुंबकीय तरंगों और तारों के माध्यम से बाहर की ओर विकिरणित भी होते हैं। इस EMI की आवृत्ति निश्चित नहीं होती; एक ही स्विचिंग चक्र के भीतर कई di/dt घटक होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उत्पन्न हस्तक्षेप वोल्टेज का आवृत्ति स्पेक्ट्रम व्यापक होता है।
चित्र 3: तुल्य परिपथ मॉडल
चित्र 4: हस्तक्षेप वोल्टेज संकेत मॉडल
चित्र 5: हस्तक्षेप वोल्टेज संकेत
चित्र 6: व्यतिकरण धारा संकेत
चित्र 7: डायोड टर्न-ऑफ लघुपथ धारा मॉडल
केवल स्विचन पावर सप्लाई तक ही सीमित नहीं, हम वोल्टेज/धारा पथ के आधार पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में उत्पन्न व्यतिकरण के स्रोत को व्यापक रूप से वर्गीकृत कर सकते हैं। नीचे दिए गए आरेख के अनुसार, अंतराल मोड और सामान्य मोड में उत्पन्न व्यतिकरण को क्रमशः अंतराल मोड व्यतिकरण और सामान्य मोड व्यतिकरण कहा जाता है।
चित्र 8: व्यतिकरण संकेत मॉडल आरेख
एसी पावर कॉर्ड के लाइनों के बीच या डीसी आउटपुट के धनात्मक और ऋणात्मक टर्मिनलों के बीच दिखाई देने वाला व्यवधान अंतराल मोड व्यवधान कहलाता है। इसके विपरीत, सामान्य मोड व्यवधान से तात्पर्य परिपथ की किसी भी लाइन और ग्राउंड लाइन (अर्थात पृथ्वी के संबंध में) के बीच उत्पन्न होने वाले व्यवधान सिग्नल घटक से है। बिजली परिपथ द्वारा उत्पन्न व्यवधान लगभग हमेशा प्रारंभ में अंतराल मोड में होता है। हालाँकि, जैसे-जैसे यह अंतराल मोड सिग्नल अन्य परिपथों तक पहुँचता है, वैसे-वैसे विद्युत चुम्बकीय या विद्युत स्थैतिक प्रभावों के कारण इसका पृथ्वी के सापेक्ष प्रतिबाधा संतुलन बिगड़ सकता है, जिससे यह एक सामान्य मोड सिग्नल में परिवर्तित हो जाता है। अंततः, व्यवधान का एक महत्वपूर्ण हिस्सा सामान्य मोड में बदल जाता है।
इसके अतिरिक्त, प्राकृतिक वातावरण से उपकरणों में प्रवेश करने वाले बाहरी हस्तक्षेप संकेत आमतौर पर कॉमन मोड में होते हैं, क्योंकि उनकी उत्पत्ति लगभग हमेशा पृथ्वी (ग्राउंड) से संबंधित होती है। इसके अलावा, जब कॉमन मोड हस्तक्षेप किसी परिपथ में प्रवेश करता है, तो विभिन्न स्थितियों और उपकरणों के प्रभाव के तहत यह डिफरेंशियल मोड हस्तक्षेप में भी परिवर्तित हो सकता है, जिसका परिपथ के संचालन पर सीधा और प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों या बिजली परिपथों में, कॉमन मोड और डिफरेंशियल मोड हस्तक्षेप—जो प्रकृति में पूरी तरह से भिन्न होते हैं—दोनों के लिए उपायों पर विचार करना और उन्हें लागू करना आवश्यक है।
2- विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के लिए उपाय
व्यवधान संकेत प्रसारण के दृष्टिकोण से, व्यवधान को आगत व्यवधान और विकिरित व्यवधान में व्यापक रूप से वर्गीकृत किया जा सकता है। व्यवधान संकेत प्रकारों के दृष्टिकोण से, इसे सामान्य-मोड व्यवधान और अंतर-मोड व्यवधान में विभाजित किया जा सकता है। व्यवधान संकेतों को दबाने के दो मुख्य तरीके हैं:
① व्यवधान संकेतों के उत्पादन को रोकना।
② व्यवधान संकेतों के प्रसार को अवरुद्ध करना, अवशोषित करना या समाप्त करना।
आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्राथमिकतः स्विचन पावर सप्लाई और डिजिटल तकनीकों का उपयोग करते हैं। इन तकनीकों का उपयोग करने वाले उपकरण अपरिहार्य रूप से व्यवधान संकेत उत्पन्न करते हैं, जिन्हें केवल तकनीकी अपग्रेड के माध्यम से दबाना कठिन होता है। वर्तमान में, अधिकांश समाधान व्यवधान संकेतों के प्रसार को अवरुद्ध करने या कम करने पर केंद्रित हैं।
चालन व्यवधान संकेतों को अवरुद्ध (अवशोषित या निरस्त) करने के लिए निष्क्रिय घटकों का उपयोग करना, जैसे कि सामान्य-मोड प्रेरक, अंतर-मोड प्रेरक, X-संधारित्र और Y-संधारित्र को संयोजित करके चालित व्यवधान को दबाना।
फेराइट बीड्स या चुंबकीय कवच संरचनाओं के साथ शक्ति प्रेरकों का उपयोग करके विकिरणित व्यवधान संकेतों को बाहरी रूप से प्रसारित होने से रोकना।
चालित EMI के समाधान हेतु, Codaca सिग्नल लाइनों के लिए सामान्य-मोड प्रेरक (SPRHS श्रृंखला, CSTP श्रृंखला, VSTCB श्रृंखला, आदि), बिजली लाइनों के लिए सामान्य-मोड प्रेरक (TCB श्रृंखला, SQH श्रृंखला, TCMB श्रृंखला), और अंतर-मोड प्रेरक (SPRH श्रृंखला, PRD श्रृंखला, और अन्य शक्ति प्रेरक जो अंतर-मोड प्रेरक के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं) की एक श्रृंखला प्रदान करता है। ये सामान्य-मोड और अंतर-मोड प्रेरक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बाहरी विद्युत चुंबकीय व्यवधान के प्रति प्रतिरोधक क्षमता प्रदान करने में सहायता करते हैं और यह भी रोकते हैं कि उपकरण आंतरिक रूप से उत्पन्न EMI उत्सर्जित करें।
हस्तक्षेप दमन की प्रभावशीलता प्रेरक के प्रतिबाधा से निकटता से संबंधित होती है। विवरण के लिए कृपया निम्नलिखित विशिष्टता तालिकाओं और आवृत्ति विशेषता ग्राफ़ देखें।
तालिका नंबर एक: कोडाका सामान्य मोड चोक विशेषताएँ तालिका
नोट: यह तालिका केवल प्रेरक मॉडल के चयन को दर्शाती है, अधिक जानकारी के लिए कृपया कोडाका की आधिकारिक वेबसाइट पर जाएँ।
चित्र 9: सिग्नल लाइन सामान्य मोड चोक के लिए प्रतिबाधा-आवृत्ति विशेषता ग्राफ
चित्र 10: पावर लाइन सामान्य मोड चोक के लिए प्रतिबाधा-आवृत्ति विशेषता ग्राफ
विकिरित ईएमआई समाधानों के लिए, फेराइट बीड्स का उपयोग किया जा सकता है। कुछ उच्च-आवृत्ति सर्किट, जैसे आरएफ और ऑसिलेटर सर्किट में, बिजली के इनपुट खंड में एक फेराइट बीड जोड़ना आवश्यक होता है। कोडाका फेराइट बीड्स की एक श्रृंखला प्रदान करता है, जैसे कि आरएचडी, आरएचवी, एसएमबी, और यूयूएन श्रृंखला।
तालिका 2: फेराइट बीड विशेषता तालिका
नोट: यह तालिका केवल मॉडल के चयन को दर्शाती है, अधिक जानकारी के लिए कृपया कोडाका की आधिकारिक वेबसाइट पर जाएँ।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, चुंबकीय रूप से शील्ड किए गए पावर इंडक्टर विकिरण व्यवधान के प्रसार को भी रोक सकते हैं। विकिरणित EMI के लिए, कोडाका चुंबकीय रूप से शील्ड किए गए घटकों की एक श्रृंखला प्रदान करता है, जिसमें मोल्डेड इंडक्टर, उच्च-धारा इंडक्टर, डिजिटल एम्पलीफायर इंडक्टर और चिप इंडक्टर शामिल हैं। इन पावर इंडक्टर्स का उपयोग स्विचिंग पावर सप्लाई की पावर लाइनों में किया जा सकता है। चुंबकीय शील्डिंग संरचना इंडक्टर द्वारा उत्पन्न व्यवधान को बाहर की ओर विकिरित होने से प्रभावी ढंग से रोकती है और साथ ही इंडक्टर को बाहरी विकिरण व्यवधान से भी सुरक्षित रखती है। ऐसे शील्डेड इंडक्टर्स का उपयोग सिग्नल और पावर लाइनों के लिए अंतर मोड व्यवधान समाधानों में भी किया जाता है।
तालिका 3: चुंबकीय रूप से शील्ड किए गए इंडक्टर के गुण तालिका
नोट: यह तालिका केवल मॉडल के चयन को दर्शाती है, अधिक जानकारी के लिए कृपया कोडाका की आधिकारिक वेबसाइट पर जाएँ।
चित्र11: VSHB0421-4R7MC के लिए तापमान वृद्धि और संतृप्ति धारा वक्र, प्रेरकत्व-आवृत्ति और प्रतिबाधा-आवृत्ति विशेषताएँ
3- निष्कर्ष
इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के बढ़ते एकीकरण और जटिलता के साथ, जिस EMI/EMC वातावरण में वे काम करते हैं, उसे भी महत्वपूर्ण चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को EMI/EMC समस्याओं का समाधान करने में सहायता के लिए, कोडाका ने मानकीकृत विभिन्न श्रृंखला विकसित की हैं, सिग्नल लाइन सामान्य मोड चोक , पावर लाइन सामान्य मोड चोक एस , अंतर मोड चोक, फेराइट बीड्स और विभिन्न चुंबकीय रूप से शील्ड किए गए पावर इंडक्टर । इंजीनियर अपने पावर सर्किट डिज़ाइन की विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर कोडाका से उपयुक्त मानकीकृत कॉमन मोड चोक, डिफरेंशियल मोड चोक या पावर इंडक्टर्स का चयन कर सकते हैं।
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