Alkalmazási osztályozás és a közös módusú induktorok kiválasztása

Az egyik leggyakoribb mágneses alkatrész az induktivitás, amelynek meghatározott induktivitás értéke van, ezért impedanciája a frekvencia növekedésével nő. Ez önmagában tekinthető elsőrendű nagyfrekvenciás szűrőnek; amikor pedig a szűrendő objektumról szóló megbeszélésünk egyetlen áramkör (hurok vagy kör) helyett két vagy több pályára változik, akkor minden útra legalább egy induktort kell elhelyezni, hogy ugyanazt a nagyfrekvenciás szűrési hatást elérjük – ezt pedig könnyen és ügyesen meg lehet valósítani gyakorlati mágneses komponensekkel, amit itt közös módusú fojtóként említünk. Miért? Mert amikor több pálya van (például a leggyakoribb esetben kettő), akkor az azonos irányú áram által generált mágneses fluxus „megosztható” egy másik áramkörrel, így ekvivalensként további impedancia nyerhető, amit másképp mágneses csatolásnak nevezünk. Így két egymással csatolt tekercset egy mágneses mag köré tekerve jobb szűrési eredmény érhető el, mintha két különálló induktort használnánk.

A fentiek bemutatták az általános módú induktorok alapvető funkcionális jellemzőit, nevezetesen a szűrést. Először is meg kell különböztetni a transzformátorokat és az általános módú induktorokat, amelyek szintén csatolási műveletet igényelnek, mivel a szűrés a vonalon lévő zajt nyomja el (vagy elnyeli). Az gerjesztés irányából nézve ez közös módusú, míg a transzformátorok a teljesítményt képviselő feszültség-gerjesztési áramot továbbítják, ami differenciális módusú. Ezért, hasonlóan a biztonsági kondenzátor kapcsolásához, az általános módú induktoroknak Y-kapcsolásban (a földelési vagy referencia földelési áramkörön keresztül) kell lenniük, míg a transzformátoroknak X-kapcsolásban (a bemeneti és kimeneti áramkörök között) kell lenniük. Másodszor, magának az általános módú szűrő hatásának értékelése és mérése további segédáramkörök használatát igényli. A gyakorlati EMC (elektromágneses kompatibilitás) tesztelés során azonban gyakran csak a vevő (LISN - Lineáris impedancia stabilizáló hálózat) jeleit vizsgálják, amelyek a differenciális és közös módus kombinációjából adódnak, hogy megállapítsák, megfelel-e a vonatkozó előírásoknak (például CE tanúsítvány). Ezért az általános módusú induktor szerepe gyakran nem található meg a termékadatlapban, ez pedig az oka annak, hogy a mérnökök gyakran tapasztalatra támaszkodva választják ki a modellt. Végül az észrevétlen olvasók észre fogják venni, hogy az általános módusú induktorokat induktorként említik, de nem különböztetik meg a teljesítmény induktoroktól. Ezek nem veszik figyelembe a telítési áramot vagy az energiatárolást, és angol nevük choke (fojtó) szóra végződik. Ezért alapvető jelentésük még mindig fojtó. Ahogy később tárgyalni fogjuk, éppen a fojtó hatása miatt tudnak szűrést végezni, ezért helyesebb lenne őket általános módusú fojtótekercseknek nevezni, ami jobban tükrözi elvüket.

Az alábbi fejezetben megismerkedünk a közös módusú induktorok alapvető felépítési elveivel, alkalmazási besorolásával és kiválasztásával, remélve, hogy hasznos lesz számára mint mérnöknek. Ugyanakkor, ha bármilyen kérdése lenne vagy szeretné megvitatni a vonatkozó ismertetést, vegye fel velünk a kapcsolatot. Mérnöki csapatunk a komponensek és alkalmazások szempontjából a lehető legnagyobb mértékű segítséget nyújtja majd.

egy űrszemélyes elektromos áramkör

Ahogy az 1. ábrán látható, az árammal ellátott tekercs A egy mágneses teret hoz létre a környezetében (itt a tekercsen), amelyet a Фa mágneses fluxus (vagy →Ba) jelöl, utalva a közös módusú induktivitás mágneses fluxussűrűségére, alkalmazási besorolására és kiválasztására. A mágneses tér erőssége az áram nagyságától, a tekercs menetszámától, a hatékony keresztmetszeti területtől és attól függ, hogy van-e mágneses mag a tekercsben. A tekercs közepén található mágneses fluxus közelítőleg a következőképpen fejezhető ki:

Ezek között, ha van egy mágneses mag a szíja közepén, a mágneses átjárhatósága minél nagyobb, annál nagyobb a megfelelő egyenértékű mágneses áramkör hossza minél rövidebb, annál nagyobb a mágneses áramlás. Ez egy standard induktanciaszövet és a megfelelő térbeli mágneses áramlás eloszlását. Megjegyzendő, hogy a mágneses áramlás eloszlása nem függ a áramváltozástól, és egy identitási kapcsolat. Lényege a Maxwell elektromágneses egyenleteiben szereplő Gauss mágneses mező törvényéből származik.

Fig.1 Az A és B energizált tekercsek térbeli mágneses mező eloszlása

Amikor egy másik, a térben elhelyezett B tekercs egy meghatározott helyzetben közelít az áram alatt lévő A tekercshez (az 1. ábrán látható módon), akkor az A tekercs által kibocsátott mágneses fluxus egy része szükségszerűen áthalad a B tekercsen, ezzel létrehozva egy közös kapcsolódási viszonyt. Az Ampère-törvény szerint, amikor a B tekercs által körülvett hurokban a mágneses fluxus megváltozik, akkor a B tekercs hurokjában indukált elektromotoros erő, azaz indukált feszültség jön létre. Előre látható, hogy ha a B tekercs egy nyitott vezetőtekercs, akkor nem alakulhat ki hurokáramkör, csupán a tekercs két végpontja között keletkezik indukált feszültség. Mivel az áramkörben nincs áram, így természetesen nem jön létre ennek megfelelő térbeli mágneses mező sem; Ugyanakkor, ha a B tekercs zárt hurkot alkot, akkor biztosan létrejön egy hurokáram, azaz indukált áram. Ugyanakkor, mivel az indukált áram is létrejön, az fordított irányú térbeli mágneses mező-eloszlást hoz létre. A B és az A tekercs közötti térbeli kapcsolat függvényében az A tekercs szükségszerűen osztozik a B tekercs által kibocsátott mágneses fluxuson. Akkor tehát mi lesz az ilyen kölcsönös indukció végső eredménye? Nyilvánvaló, hogy ha az A tekercs csupán állandó áramot bocsát ki, akkor a B tekercs nem érezhet semmilyen változást a mágneses fluxusban, amellyel a rögzített pozícióban osztoznak. Ezért csupán akkor jöhet létre kölcsönös indukció, ha az A tekercsben változó áram (például váltóáram) keletkezik. Egy-egy arány esetén (csak arra az esetre koncentrálva, amikor egy tekercs párosítva van egy másik tekercssel), az indukált áram mindig ellentétes hatású a mágneses fluxusváltozással. Ennélfogva a megfelelő B tekercs befolyása az A tekercsre éppen megszünteti az A tekercs által a B tekercs felé megosztott mágneses fluxusváltozást. A két tekercs által megosztott mágneses fluxusok változásai egymást éppen semlegesítik.

Mágneses tér csatolás rögzített pozícióban (különböző az elektromos motoroktól vagy generátoroktól) a különböző tekercsek közötti kölcsönhatást írja le, amelyet a váltóáramú körülmények között megosztott mágneses fluxus okoz. Mint teljesítményátalakításhoz vagy jelválasztáshoz használt transzformátor, illetve mint közös módusú induktor áramkompensációhoz, ez is példa mágneses tér csatolásra. Közös módusú induktor tervezése vagy gyártása során mindig elkerülhetetlen egy kérdés: milyen paramétereknek kell a két tekercsnek megfelelnie a követelmények teljesülése érdekében? Vagy más szavakkal, az áramon és az egyoldali induktivitáson túl, milyen további követelmények vannak a kettő kapcsolatának figyelembevételére? Egy gyakori paraméterkövetelmény az, hogy mindkét oldalon a mérési hiba elegendően kicsi legyen, esetleg a csatolási tényezőnek nagy értékűnek kell lennie (például 98%). Ez annak oka, hogy mint áramkompensációs típusú közös módusú induktornál, ha a szórási induktivitás túl nagy, akkor jelentős hatással van a differenciális módusú jelre, ami felesleges differenciális módusú impedanciát okozhat (ez pedig jelcsillapodáshoz vagy a differenciális módusú sávszélesség csökkenéséhez vezethet), illetve a mágneses mag telítődését is kiválthatja, befolyásolva a közös módusú zajsuppressziót. Ezért szükséges a mágneses tér csatolási tényezőjének kontrollálása.

Amikor mágneses térkapcsolódás jön létre két tekercs között egy csatoló közegen (mágneses mag) keresztül, amelynek homogén a mágneses permeabilitása, akkor az A tekercstől a B tekercsig megosztott meghatározott mágneses fluxus , Ezzel szemben egyenlő . Ezután, mivel a megosztott mágneses fluxus (mágneses térkapcsolódás) megfelel a kölcsönös induktivitásnak, definiálhatók ennek alapján a közös módusú induktivitás alkalmazási osztályozása és kiválasztása, valamint az alkalmazási osztályozás és kiválasztás, rendre és  : 

A végződésnél lévő indukciós tekercsek teljes megosztott mágneses fluxusa ismert mint kapcsolódás (linkage, ), amelyet a következő összefüggéssel lehet kifejezni a mágneses fluxussűrűség alapján és mágneses vektor pozíció:

Az A tekercs által minden ponton lévő B tekercsen kialakított mágneses vektor pozíciója (alkalmazási osztályozás és kiválasztás átlagos esetében középponttól középpontig mért távolsággal közös módusú induktivitás esetén):

A tekercs A és tekercs B közötti fluxuskapcsolódás a következőképpen kapható meg:

Ezért a kölcsönös induktivitás amely tekercs B által tekercs A-ra hat, a következő:

Ugyanez az elv alkalmazható a következő meghatározására: kifejezés a következőre:

Az előbb említettek szerint a mágneses tér csatolása két tekercs között egy csatoló közegen (mágneses mag) keresztül történik, amelynek mágneses permeabilitása egyenletes. Ezért , nyilvánvalóan:

A fenti magyarázat szerint két tekercs, amely ugyanarra a mágneses magnak van felcsévélve, ugyanakkora kölcsönös induktivitással rendelkezik, amelyet M-mel jelölünk. A részletes bizonyítási folyamat a Neumann-féle képletre hivatkozva végezhető el. Tegyük fel most, hogy a teljes mágneses fluxus tekercs A-nál a megosztott rész az arány , azaz . Hasonlóképpen, a B tekercs osztályozási tényezője a , lesz:

Ezért az egymásra ható induktivitás és az önálló induktivitásuk közötti összefüggés a fenti egyenletkapcsolatból meghatározható:

A fentiekben ismertetett módon származik a mágneses térkapcsolódási tényező k: a tényleges közös módusú induktivitást úgy lehet meghatározni, hogy külön-küln mérjük a két tekercs tekercselésének induktivitását (a másik tekercs nyitott állapotban van), valamint a szórási induktivitást (a másik tekercs zárt állapotban van, ), és az egymásra ható induktivitás illetve a csatolási tényező k értékei. Konkrétan egy nagyon szimmetrikus közös módusú induktor esetén, amelyet magas permeabilitású gyűrű alakú mágneses magon (például MnZn ferrit gyűrű) tekercseltek fel, a két tekercselés induktivitása nagyon közel esik egymáshoz, és a szórási induktivitás nagysága közel lenne . Látható, hogy minél nagyobb a csatolási tényező, annál kisebb a szórási induktivitás.

iI. Közös módusú induktorok alkalmazása

Ahogy a cikk elején említettük, egy közös módusú induktor nem más, mint egy olyan induktor, amely egyszerre van két áramkörbe kötve. Funkciója az, hogy csökkentse vagy gyengítse a mindkét áramkörben előforduló közös módusú zajt. Ugyanakkor ez a két párhuzamos áramkör nem korlátozódik csupán differenciális áramkör esetére, például egy tápellátó vezetékpár L és N vezetékeire, vagy adatátviteli port D+ és D- vonalaira. A közös módusú zaj keletkezése miatt szükség lehet közös módusú zajcsökkentésre azon átviteli vonalak között is, amelyek közös földelést használnak.

A közös módusú induktivitás alkalmazásának meghatározásához először meg kell érteni, hogyan keletkezik a közös módusú zaj: az ábra 2-ben látható módon (Infineon 60 W-os kapcsolóüzemű tápegységének referenciaterve: DEMO_5QSAG_60W1), a bemeneti csatlakozó a 85~300 VAC hálózati bemenet, és a tápkapcsok L, N vezetékei közös földet képeznek a referenciafölddel. Valójában ezen referenciaföldhöz csatlakozik a zöld színű földelővezeték is, amely fizikai földeléshez csatlakozik. Az L és N vezetékek most teljesítik a fő tápfeszültségkört, és a Flyback transzformátor primer oldalára kerülnek kapcsolva. A Q11 fő tápkapcsoló tranzisztor 800 V-os szuperrácsos MOS tranzisztor, típusa IPA80R600P7, maximális Rds (be) határa pedig 600 mΩ. A hűtés korlátozása érdekében hűtőközeg (alumínium hűtőborda) van csatlakoztatva a házához, ami növeli annak magasfeszültségű csatlakozóinak talajjal szembeni szórt kapacitását, kapacitív csatolást hoz létre, és a magas frekvenciájú bemeneti feszültséget zajos potenciálként csatolja be. A bemeneti port L és N vezetékein ez a potenciál szintén megjelenik a referenciaföldön keresztül, így létrejön egy közös módusú zajforrás. Megjegyzendő, hogy a kapacitív csatolás mint fő közös módusú zajforrás, amellyel az EMC-tesztelés során végzett vezetett emissziós vizsgálatoknak szembe kell nézniük, széles körben jelen van mindenféle AC-DC alapú tápegységben, különböző topológiai struktúrákkal. Ugyanakkor valójában a transzformátor primer és szekunder oldalán is számos apró áramkör található, és mindegyik ilyen kis áramkör növeli az induktív csatolás zajáramát, ami szintén nehezen előrejelezhető közös módusú vagy differenciális módusú zajt eredményez. Ezért jelentős bizonytalanságot okoz az EMC rendszerbeállítás során, ami éppen az oka annak, hogy ma még mindig nem lehet szimulációs szoftverekre támaszkodni az elektromágneses kompatibilitás szimulálásához.

2. ábra: Az EMI megfelelő stratégia komponenseinek példája (Infineon DEMO_5QSAG_60W1)

A közös módusú zaj nagyságának becsléséhez általában szükséges a közös módusú zajkörben lévő szórt kapacitás feltételezése, amely jellemzően tízes pF tartományban van. A 2. ábrán bemutatott példában feltételezve egy 20 pF-es szórt kapacitást, amikor a bemeneti tápfeszültség 230 V váltakozó áramú, és a fő teljesítménykapcsoló tranzisztor kapcsolási frekvenciája 200 kHz, a teljes be- és kikapcsolási impulzusszélesség 1 µs, a növekedési és lecsengési idő pedig 0,2 µs. A bemeneti csatlakozón a maximális feszültség , az áramkörön keresztüli váltakozó áramú bemenet kitöltési tényezője . Az első sarokfrekvencia a spektrális sűrűségeloszlásban:

A spektrális sűrűségeloszlás első csúcsának (első harmonikus, első harmonikus) megfelelő feszültsége:

Egy közös módusú zajjal rendelkező áramkörben, ha nem kötünk be közös módusú induktort, a maximális közös módusú áram becsülhető a soros ekvivalens impedancia (például vezeték ellenállás, parazita induktivitás stb.) figyelmen kívül hagyásával, ahogy az a 3. ábrán látható. Amikor a LISN (linear impedance stabilization network) csatlakoztatva van, akkor a közös módusú áram nagysága:

Ezért a LISN porton a vezetékes mérésre alkalmas vevő (spektrumanalizátor) által észlelt közös módusú zajfeszültség amplitúdója:

Bár a mérővevőn ténylegesen mért eredmény:

Azaz a közös módusú és a differenciál módusú zaj amplitúdói összetevődnek, de nyilvánvalóan ha a közös módust elnyomjuk, akkor a végső mérési eredmények javulnak. Ezért például a hagyományos kommunikációs és ipari alkalmazásokra vonatkozó EMC szabványban, az EN55022-ben a QP amplitúdónak alacsonyabbnak kell lennie, mint: a 150 kHz és 500 kHz közötti tartományban. Ezért a maximális itt a közös módusú zaj csillapítását kell végrehajtani. A -20 dB-es csillapítási cél értékét véve példaként, egy egyszerű számítás révén megállapítható, hogy a közös módusú áramkör fő impedanciája az elszórt kapacitás impedanciája, amely körülbelül 25 KΩ. Ahogy azt a 4. ábra is mutatja, a szükséges közös módusú impedancia körülbelül 250 KΩ, amely átalakítható egy 125 mH-es közös módusú induktivitásra.

3. ábra: Az EMC tesztelés vezetett zavarvizsgálatának kapcsolási rajza (közös módusú zaj és differenciális módusú jel áramköre)

4. ábra Kapcsolási diagram a szűrő beillesztési veszteségéhez (bal oldal) és a megfelelő csillapítási amplitúdóhoz valamint a szűrő impedanciájához (jobb oldal)

A közös módusú induktivitásokat nemcsak az áramellátó vezetékekben, hanem nagy sebességű jelvezetékeken is gyakran alkalmazzák, például USB 3.0, HDMI, LAN stb., vagy egyes LVDS jelvezetékek, mint például CAN BUS, SPI vagy RS232, RS485 stb. A közös módusú induktorok használatának funkciója a jelvezetékeken a közös módusú zaj elnyomásában is megnyilvánul, például bizonyos kommunikációs szabványok által előírt közös módusú elutasítási arány teljesülése érdekében. Ugyanakkor fontosabb szempont a velük járó áramkompenszációs hatás, amint azt már említettük, tehát áramkompenszációs típusú közös módusú induktorok.

Ahogy az 5. ábrán látható, a nagy sebességű jelvezetékek általában differenciális átvitelt használnak a jelek továbbításához. A jelvezetékeken ellenállások, szórt kapacitások és elosztott induktivitások találhatók. A csavart érpár kábelek hatékonyan csökkenthetik a szórt kapacitásokat, de nem tudják eltávolítani az elosztott induktivitásokat. Ezért a vevő végén megjelenik egy differenciális bemeneti induktivitás, és a vezetéken folyó csatolódó áram zajt generál a jel diagramon. Ezek a zajok majdnem egyenlően oszlanak el a vevő mindkét végén a transzmissziós vonal szimmetriájának megfelelően. Mivel most a vevő bemeneti helyére egy közös módusú induktort helyeztünk, a majdnem egyenlő mennyiségű zaj ki fogja egymást oltani azáltal, hogy a közös módusú induktor tekercselési csatolásán haladnak keresztül, így lényegesen csökkentve a csatolódó zajt. Azaz az áram kompenzációs hatása csökkenti a vevőnél a bemeneti zajt.

6. ábra A differenciális jelek transzmissziós folyamata a transzmissziós vonalon keresztül a küldő végétől a vevő végéig (bal oldal) és a közös módú induktorok használatának javító hatása a vevő oldalon (jobb oldal)

A jel szemdiagramján, ahogy azt a 6. ábra is mutatja, a vezetéki összetett induktivitásból adódó beszúrási veszteség csökkentésével javul a jel-zaj viszony, ami különösen fontos hosszabb transzmissziós vonalak vagy nagysebességű jelvezetékek esetén. Általában az említett jelportokhoz használt transzmissziós vonalak impedanciája 90~120 Ω-os tartományba esik. A konkrét jel sávszélességi igényektől függően tipikusan 1 és 10 közötti impedanciájú közös módusú tekercsek kerülnek kiválasztásra, amelyek -6dB és -20dB közötti közös módusú elnyomást biztosítanak. Ez hasonló a korábban említett tápellátási alkalmazáshoz, és attól függ, mekkora az impedancia a közös módusú zajkörben. Természetesen a frekvencia növekedésével (a nagysebességű jelátvitel követelményeiből fakadóan) a rendszer közös módusú impedanciája csökken, és túl nagy induktivitás szűkíti a szűrő sávszélességét. Ezért szükséges ellenőrizni, hogy a kiválasztott induktivitás valóban megfelel-e a nagysebességű jelek átvitelének követelményeinek.

6. ábra: A jelminőségre a differenciális transzmissziós vonalakon bekövetkező veszteségek hatásának sémája

három, A közös módú zaj káros hatása

Tehát mi a probléma a közös módusú zajjal? Miért gyakran szükséges a közös módusú zaj csökkentésére koncentrálni az EMC-tesztelés során? Természetesen az egyes országok EMC tanúsítási szabványainak teljesülése érdekében szükséges korlátozni a közös módusú és differenciális módusú jelek amplitúdóját, biztosítani a termék biztonságát, valamint csökkenteni az elektromos berendezések által a fogyasztói oldalon a villamos hálózatra vagy a környezetben lévő más eszközökre potenciálisan káros hatásokat. Másodszor, a teljesítményintegritás és jelintegritás szempontjából a legtöbb elektromos készülék és háztartási vezérlő alacsony feszültségen működik, és a felesleges zajfeszültség rendellenes vezérlőjeleket vagy adatátviteli hibákat, sőt leállásokat is okozhat. Ezek a rendellenes interferzenciák származhatnak magáról a nyomtatott áramkörlapról és annak RF-zajkibocsátásából, például mobilberendezés leválasztása vagy rádióadás zúgása miatt. Végül, a túlzottan nagy közös módusú zaj nagy valószínűséggel kisugárzódhat térbe, mint magas frekvenciájú sugárzás, például nagyobb területen futó közös módusú áramkörökön vagy antenna-szerű vezetőkön keresztül, ami emberi számára nem érzékelhető, de hosszú távon egészségkárosító hatású lehet.

A probléma egyszerűsítése érdekében az átviteli vonalat egy Hertz-féle mágneses párral helyettesítjük, és így kapjuk a közös módusú zajkisugárzási modellt, amely az 7. ábrán látható. A vizsgálati pont és a közös módusú átviteli vonal középpontja közötti távolság d, ami általában jóval nagyobb, mint az áramkör mérete, ezért ez egy távoli mezőbeli mérési pont. Ennek megfelelően az antenna távoli mezőbeli kisugárzásának térerőssége:

Azok között, a kisugárzási hullámhosszhoz tartozó fázisállandó a mérési pozíciók közötti távolság a θ fokkal eltérülő síkszög az antenna sugárzási diagramjához képest, és Hertz-mágneses párok esetén , és , az antennatípustól függ. Mivel a távoli ponton vett kisugárzás a két közös módusú vonal egymással szembeni szögben való egyidejű hatásából adódik ezért:

Közös módusú zaj esetén, ahogy azt az 7. ábra is mutatja: és a maximális kisugárzás a mérési ponton a következő módon határozható meg:

Amennyiben a vezeték közti távolság (s) elegendően kicsi Ezért egyszerűsíthető úgy, hogy:

Ezért a közös módusú sugárzás intenzitása arányos a közös módusú transzmissziós vonal hosszával, és csökken a távolsággal. Példa ennek az amplitúdónak a nagyságára: tegyük fel, hogy a közös módusú transzmissziós vonal hossza 1 méter, és a közös módusú áram amplitúdója 7,96 µA, ami megfelel egy 3 méteres mezővizsgálatnak FCC Class B szabvány szerint 30 MHz-en, akkor a sugárzási intenzitás:

Ez az intenzitás pontosan a szabvány határértéke. Ha van egy 1 méter hosszú vezető vagy személy a 3 méteres vizsgálati pontban, 100 µV feszültséget érez. A hosszú távú kitérés ilyen környezetben komoly hatással van az emberi egészségre, és a felhalmozódott sugárzás különféle krónikus betegségeket vagy egyéni elváltozásokat okozhat, ami az EMC tanúsítványozás fontos jelentőségét is mutatja.

7. ábra: Közös módusú zaj sugárzási modellje és vizsgálati pontjainak ábrája

A legtöbb kapcsoló áramkörökön lévő hullámforma szerkezete trapéz alakú hullámnak minősíthető, és frekvenciaspektruma két lassulási szakaszt mutat ahhoz a harmonikus szintek növekedésével. A csomópontok az első szögfrekvencia és a növekvő élidő szögfrekvenciája. A fent említett közös módú sugárzási intenzitás frekvenciatartománya egyértelműen növekszik a frekvenciával . Ezért a közös kapcsolóüzemű tápegységek és négyszögjel-kapcsolatok esetén a közös módú sugárzási spektrum általában az ábrán látható módon először növekvő, majd csökkenő eloszlási jellemzőket mutat. 8. Ezért a középső szakasz az, amelynek különleges vezérlését vagy elfojtását végre kell hajtani.

8. ábra A közös trapéz alakú hullámokhoz tartozó közös módusú zajintenzitás eloszlása

4. Közös módusú induktorok kiválasztása

A villamos vezetékek esetén a közös módusú zavarok forrása viszonylag egyértelmű, azonban az elszórt tényezőket nehéz mérőműszerekkel meghatározni. A legtöbb esetben a végeredményt tesztelés után végzett elemzések alapján közelítik meg fokozatosan, így a gyűjtött tapasztalat nagyon fontos. Amikor e cikk 2. szakaszában szó volt a közös módusú tekercsek alkalmazásáról, már említésre került, hogy a közös módusú zavarok amplitúdójának elméleti becslése és a hozzá tartozó közös módusú tekercsek induktivitás igénye kiindulópontot jelenthet a korai kísérletekhez.

Általában a közös módusú induktor, amelyet az AC-DC tápegység bemeneti szűrő fokozatában használnak, zárt mágneses körű gyűrűt alkalmaz mágneses magként. Ennek előnye, hogy könnyen elérhető nagyon alacsony szórási induktivitás és nagyon magas csatolási tényező. Magas bemeneti feszültség és viszonylag alacsony kapcsolási frekvencia esetén képes jó, magas közös módusú impedanciát biztosítani a nagy amplitúdójú közös módusú zaj amplitúdójának csökkentésére. Ennek oka, hogy a mágneses anyagok mágneses permeabilitása felosztható induktív részekre és veszteség részekre Amikor a mágneses mag közeledik vagy eléri a legmagasabb impedancia-jellemző pontot, a veszteségkomponens fogja alkotni az impedancia fő részét. Ebben a pillanatban a zajsuppressziót már nem az induktív impedancia által csökkentett zajamplitúdóval érjük el, hanem a zajenergia elnyelésével, veszteségi hőtermelés útján. Ezért egy megfelelő telítettségi fok (a túltelítettség impedancs-csökkenést okoz) nem befolyásolja a zajsupressziós hatást, így nincs szükség olyan telítési áramparaméterek keresésére, mint amilyeneket teljesítmény-induktorknél használnak.

A közös módusú fojtótekercsek kiválasztásakor. Ugyanakkor, ha a szórási induktivitás rész, például 1 mH induktivitás és 99%-os csatolási tényező, akkor a differenciális áramkörön 10 μH szórási induktivitás jelenik meg. Amikor a differenciális módusú zajcsökkentést vesszük figyelembe (általában LC-szűrő híd), ezen szórási induktivitás részt is figyelembe kell venni. A mérsékelt szórási induktivitás hasznos a magas frekvenciájú differenciális módusú zaj elnyomásában, azonban mivel a közös módusú fojtótekercsek főként zárt mágneses magokat használnak, ezért nagy áramoknál könnyen mágneses telítődést okozhatnak, ami hatással van a teljesítményátalakítási hatásfokra és a szűrő zajsáv-szélességére. A szórási induktivitás arányának növelése általában elérhető négyzetes vagy keretes mágnesmag szerkezetek (UU mágnesmag vagy PQ mágnesmag stb.) alkalmazásával, illetve aszimmetrikus tekercselések használatával ( ). A konkrét kiválasztást a felhasználónak kell meghatároznia a differenciális közös módú szeparátor azonosító tesztek segítségével annak megállapítására, hogy szükséges-e.

A közös módusú induktivitás paramétereinél főként a következő értékek szerepelnek: egyoldalú induktivitás, Rdc, névleges áram, névleges feszültség és szigetelési feszültség (Hi pot). Az egyoldalú induktivitás értéke elsősorban a közös módusú impedancia nagyságát határozza meg. Az Rdc a vezeték DC vesztesége, és ennek a veszteségnek a melegedése határozza meg a névleges áram korlátját. Végül, mivel magas feszültségű vezetéken alkalmazzák, a feszültségkorlát és biztonsági előírások külön meg vannak jelölve. Ugyanakkor a felhasználók inkább a szűrési hatást értékelik, ezért általában a specifikációs könyv két formájú impedancia-jellemző görbét tartalmaz. Az egyik a 9-a ábrán látható közös módusú/differenciális módusú impedancia formája, a másik pedig a 9-b ábrán bemutatott beillesztési csillapítás (dB) formája. A kettő egymással egyenértékű, a beillesztési csillapítás dB formájú görbéje úgy jön létre, hogy a közös módusú/differenciális módusú impedanciát átalakítják egy 50 Ω+50 Ω rendszerbe.

9. ábra (a) Közös mód/differenciális mód impedanciaforma (b) Beillesztési veszteség dB forma

Ugyanazon közös módú sorozat esetén a különböző méretű tokok különböző áramméretekhez és szűrési sávszélességekhez alkalmazhatók: minél nagyobb a méret, annál kisebb a mágnesmag mágneses ellenállása, ezáltal csökkenthető a menetszám, így a rézvezeték vastagsága növelhető és nagyobb áramkör használható; minél magasabb az induktivitás értéke, vagy minél alacsonyabb a mágneses anyag permeabilitásának stabil frekvenciája, annál keskenyebb a használható szűrési sávszélesség, és egy ilyen közös módú tekercs valószínűleg nem fog zajcsökkentő hatást gyakorolni a magas frekvenciatartományban.

Codaca Az elektronikai közös módú induktorok jelenleg főként két csoportra oszthatók: jelvezetékek és tápellátási vezetékek. Több mint 10 sorozat és 50 különböző méretű tokból állnak, valamint majdnem 300 különböző szabványos alkatrészszámmal rendelkeznek. Ezeket széles körben használják jelvezetékeken, mint például CAN BUSZ, RS485, illetve offline tápegységek esetén, néhány watttól több kilowattig. R&D technológiai csapatunk szintén segíthet a felhasználóknak a teszteléstől az elemzésig, vagy testre szabott alkalmazási specifikációk létrehozásában, egészen addig, hogy végül elvégezzék a vonatkozó EMC tanúsítványok megszerzését.

Referencia

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

[2] CODACA induktork termékinformáció: www.codaca.com

[3] Clayton R.Paul. Bevezetés az elektromágneses kompatibilitásba. 2. kiadás. Wiley-interscience.

[4] Bhag Singh Guru és Huseyin R. Hiziroglu. Elektromágneses térelmélet alapjai. 2. kiadás. Cambridge University Press.

Az intellektuális tulajdonvédelem magyarázata

CODACA "vagy" Codaca "a Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. bejegyzett védjegye. A Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. által közzétett vagy terjesztett szöveges, adat- és egyéb nyilvános információkban található szellemi tulajdonra vonatkozó tartalom felhasználása vagy említése a Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. szellemi tulajdonvédelmi körébe tartozik. A Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. fenntartja a vonatkozó szellemi tulajdonnyilatkozat, jogok védelme és egyéb oltalmazási jogok érvényesítésének jogát. Amennyiben szükséges, kérjük, lépjen kapcsolatba a Shenzhen Kedajia Electronics Co., Ltd.-del annak tisztázásához, hogy az ügyekkel kapcsolatban semmilyen potenciális szellemi tulajdonjogi konfliktus nem áll fenn.