EN
Gyorslinkek
A új energiával működő járművek iparágának gyors fejlődésével az On-Board Charger (OBC) a hálózat és az akkumulátor közötti kulcsfontosságú kapcsolódási elemként funkcionál, így elektromágneses kompatibilitásának (EMC) tervezése egyre fontosabbá válik. A kapcsolóüzemű tápegységek teljesítményeszközeinek nagysebességű kapcsolása magasfrekvenciás EMI-zavarokat generál, amelyek mind közös módusú, mind differenciális módusú vezetett zajt tartalmaznak a tápellátó vezetékeken keresztül, valamint térbeli sugárzott zavarokat is. Az on-board töltőknek erős EMC-szűrőtervezéssel kell rendelkezniük, hogy alkalmazkodjanak a bonyolult autós elektromágneses környezethez, saját stabil működésüket biztosítsák, és megakadályozzák más járművelektronikai berendezések zavarását. Ezek közül a közös módusú fojtótekercs és a π-típusú szűrőkör az EMC-szűrés kulcskomponensei, és az induktorok kiválasztása közvetlenül meghatározza a szűrési teljesítményt, az egész rendszer méretét és hőmérsékleti megbízhatóságát.
1-EMI-zavarforrások és szűrőarchitektúra
Amikor egy OBC működik, az elején lévő PFC áramkör magasfrekvenciás kapcsolótranzisztorai (IGBT-k vagy SiC MOSFET-ek) és a hátsó végén lévő DC-DC konverter rezonáns áramkörei jelentős mennyiségű harmonikus összetevőt generálnak. A vezetéken keresztül terjedő EMI-zaj két típusra osztható :differenciális üzemmódú zaj és közös üzemmódú zaj. A differenciális üzemmódú zavar a két tápellátási vezeték között (például az L és az N vezeték között) lép fel, ellentétes áramirányokkal, főként a kapcsolótranzisztorok nagy sebességű be- és kikapcsolása miatt keletkező áramhullámzásokból eredő teljesítményhurokban; a közös üzemmódú zavar a tápellátási vezetékek és a földelővezeték (PE) között lép fel, azonos áramiránnyal, főként a kapcsolási folyamat során keletkező nagyfeszültségű tranziens csomópontok parazitikus kapacitáson keresztüli földelési csatolása, valamint külső elektromágneses mező csatolása miatt .
Egy OBC bemeneti végét általában π-alakú EMI-szűrőkörrel konfigurálják, amely induktorok és kondenzátorok kombinációját használja az elektromágneses zavarok különböző frekvenciatartományokban történő csökkentésére. A szűrőhálózat általános architektúrája sorrendben a hálózati oldalról indulva egy X kondenzátort (differenciális módú szűrés), egy közös módú tekercset, egy Y kondenzátort (közös módú szűrés) és egy differenciális módú induktort tartalmaz, így kétszintes vagy többszintes szűrőstruktúrát alkotva. Az első szint főként a hálózati oldalról érkező vezetett zavarokkal és harmonikusokkal foglalkozik, míg a második szint felelős a kapcsolási műveletek által generált magasfrekvenciás zaj további csökkentéséért. 。
1. ábra. OBC kapcsolási rajza
2 – A közös módú tekercsek működési elve és a fő anyagválasztás
2.1 Működési elv
A közös módusú fojtótekercs zárt mágneses körre van tekerve, ellentétes irányban és azonos menetszámmal tekerve a tekercsek, hogy magas impedanciájú elnyomást érjen el a közös módusú zaj ellen. Amikor közös módusú áram folyik át rajta, a tekercsek mágneses fluxusának iránya megegyezik és összeadódik, így a közös módusú fojtótekercs magas impedanciát mutat, és hatékonyan csökkenti a közös módusú jeleket. Amikor differenciális módusú áram (például a normál üzemelési áram) folyik át a két tekercsen, a magban létrejövő mágneses fluxus iránya ellentétes, és egymást kiegyenlíti, így a differenciális módusú jelek majdnem elhanyagolható csillapítással jutnak át.
2. ábra. A mágneses mezők összeadódnak, amikor közös módusú áram folyik át
3. ábra. A mágneses mezők kiegyenlítik egymást, amikor differenciális módusú áram folyik át
A közös módusú fojtótekercs impedancia-képletéből:
És az induktivitás-képletből:
A hatékony mágneses permeabilitás (μe) közvetlenül meghatározza az adott méret és menetszám mellett elérhető induktivitást. Minél magasabb a permeabilitás, annál nagyobb az impedancia azonos méret mellett, ami erősebb szűrőhatást eredményez .
2.2 Mágneses kermag anyagok kiválasztása
A közös módusú fojtókhoz gyakran használt kermag anyagok közé tartozik a mangán-cink ferrit, a nikkel-cink ferrit, az amorf ötvözetek és a nanokristályos ötvözetek. Jellemzőik közötti különbségek határozzák meg az egyes alkalmazási területeket ：
◾ Ferrit: Költséghatékony választás közepes és magas frekvenciákhoz Alkalmazások
A ferrit (pl. Mn-Zn, Ni-Zn) a magasfrekvenciás közös módusú fojtók számára preferált anyaggá vált, mivel nagy ellenállása és alacsony örvényáram-vesztesége miatt. Az Mn-Zn ferrit kiválóan teljesít a 100 kHz–1 MHz frekvenciatartományban, de Curie-hőmérséklete viszonylag alacsony (kb. 120 °C) ，a permeabilitás éles csökkenését okozza magas hőmérsékleten; a Ni-Zn ferrit alkalmas a magasabb frekvenciás sávokra. Bár kezdeti permeabilitása alacsony (μ<1000) ，de magasfrekvenciás stabilitása kiváló .
◾ Amorf és nanokristályos ötvözetek : A legjobb megoldás nagyfrekvenciás, alacsony veszteségű alkalmazásokhoz
Az amorf ötvözetek (pl. vasalapú és kobaltalapú) gyors hűtési folyamattal rendelkező rendezetlen atomstruktúrát képeznek, és rendkívül magas telítési mágneses fluxussűrűséget (Bs: 1,2 T) és rendkívül alacsony magasfrekvenciás veszteséget mutatnak. A nanokristályos ötvözetek hőkezeléssel nanokristályos szerkezetet alakítanak ki, amely a ferrithez képest több mint 50 %-kal csökkenti a veszteséget a 100 kHz–500 kHz frekvenciatartományban, és jelentősen javítja a hőmérséklet-stabilitást. Ezek az anyagok ideálisak olyan forgatókönyvekhez, ahol szigorú hatékonysági követelmények vannak, például elektromos járművek töltőmoduljaihoz.
2.3 Gyakori módosított impedanciás tekercsek kiválasztásának kulcsfontosságú szempontjai
（1）Induktivitás: Válassza ki a megfelelő induktivitást az üzemelési frekvencia és az autóba épített töltő interferenciajellemzői alapján. Általában egy magasabb induktivitás jobb alacsonyfrekvenciás csökkentést biztosít, de növeli a kör átvezetési veszteségét. Tipikusan a közös módusú fojtók induktivitása néhány száz mikrohenry és néhány millihenry között mozog （μH ）és néhány millihenry （mH ）.
（2) Névleges áramerősség: A közös módusú fojtó névleges áramerőssége nagyobb legyen, mint az autóba épített töltő maximális üzemi áramerőssége, hogy megakadályozza az induktor túlmelegedése miatti teljes rendszer hatásfok-csökkenését, valamint biztosítsa az induktor kiváló stabilitását a névleges áramerősség mellett.
（3) Frekvenciajellemzők: Válasszon olyan közös módusú fojtót, amelynek kiváló magasfrekvenciás csökkentési tulajdonságai vannak, hogy megfeleljen az autóba épített töltő széles sávú interferencia-csökkentési követelményeinek. Ellenőrizze a közös módusú fojtó impedancia–frekvencia görbéjét annak biztosítására, hogy elegendő impedanciát nyújt a célfrekvencia-tartományban.
A nagy teljesítményű OBC-alkalmazási forgatókönyvek esetében az autóipari minőségű közös módusú tekercsek elsősorban egyedi igények alapján kerülnek alkalmazásra. A CODACA Electronics kutatási és fejlesztési csapata széles körű tapasztalattal rendelkezik a közös módusú tekercsek egyedi fejlesztésében, és gyorsan képes megfelelő termék-megoldásokat biztosítani az ügyfél jellemző igényei alapján.
3 – Az elv π-alakú szűrőkör és a differenciális módusú tekercsek kulcsfontosságú kiválasztási szempontjai
A π szűrőkör két kondenzátorból és egy differenciális módusú tekercsből áll, amely a betű alakját idézi π a kondenzátorok átvezető hatását és az induktivitások szűrőhatását használja fel, hogy hatékonyan csökkentse a differenciális módú zavarokat. Az autóba épített töltőkben (OBC) a π-típusú szűrők tovább csökkenthetik a tápellátási vonalakon fellépő zavarjeleket, és javíthatják az EMC-teljesítményt. Az OBC tipikus kapcsolási frekvenciája 40 kHz és 150 kHz között van, és a vezetéken keresztüli sugárzás vizsgálatát 150 kHz-től kezdik. Ezért a differenciális módú szűrés elsősorban a 150 kHz–1 MHz frekvenciatartományban lévő differenciális módú zajra irányul.
A π-típusú szűrő vágási frekvenciájának képlete:
Ahol Cx a π-típusú szűrő két fokozatú X-kondenzátorainak ekvivalens kapacitása. (A gyakorlatban gyakran használnak két fokozatú, azonos kapacitású X-kondenzátort, így a kombinált ekvivalens szűrőkapacitást általában konzervatívan, egyetlen fokozatú X-kondenzátor értéke alapján becsülik.) A tervezésnek biztosítania kell, hogy a vágási frekvencia jelentősen alacsonyabb legyen, mint a kapcsolási alapfrekvencia, általában a kapcsolási frekvencia 1/5-e és 1/10-e között választják, hogy biztosítsák: a célzott zavarfrekvenciás sáv a szűrő tiltási sávjába essen.
3.1 Differenciális módusú tekercsek működési elve
Egy differenciális módusú tekercs főként egyetlen, a tápellátási vonalba sorba kapcsolt tekercsből áll. A tekercs magasfrekvenciás áramokkal szembeni impedanciajellemzőit kihasználva magas impedanciájú utat hoz létre a differenciális módusú zavarok számára az L és az N vezeték között, így zajcsökkentést ér el. Tekercs kiválasztásakor a párnázott tekercsek előnyösek a külső sugárzás és a külső zavarok csökkentése érdekében.
(1) Induktivitás: Az induktivitás a differenciális módusú tekercs legalapvetőbb paramétere, amely meghatározza a zajcsendesítési képességét adott frekvenciák esetén. A kiválasztás során figyelembe kell venni a célzott szűrési frekvenciatartományt; általában nagyobb induktivitás jelentősebb csökkentő hatást eredményez az alacsonyfrekvenciás zajok esetén.
(2) Névleges áramerősség: Ez a tekercs maximális árama, amelynél hosszú távon biztonságosan működhet a megadott hőmérséklet-emelkedési feltételek mellett. A kiválasztásnál biztosítani kell, hogy a maximális üzemi áram kisebb legyen a névleges áramnál, és elegendő tartalék maradjon (általában ＞ 30%).
(3) Egyenáramú ellenállás (DCR): Az egyenáramú ellenállás a tekercs tekercselésének belső ellenállása egyenáramú körülmények között. Minél alacsonyabb a DCR, annál kisebb az egyenáram átfolyásakor keletkező teljesítményfogyasztás, így javul az általános hatásfok.
Mivel az OBC-k a autóipari alkalmazásokhoz tartoznak, a tekercseknek meg kell felelniük az AEC-Q200 autóipari elektronikai megbízhatósági szabványnak. A vizsgálati pontok közé tartozik: elektromos teljesítményvizsgálat, mechanikai ütésvizsgálat, rezgésvizsgálat, csatlakozóerő-vizsgálat, forraszthatósági vizsgálat, terhelt páratartalom-vizsgálat, hőmérséklet-ciklusos vizsgálat, magas hőmérsékleten történő tárolási vizsgálat stb. A CODACA különféle típusú szabványos, autóipari minőségű teljesítménytermékeket kínál.
Az alábbiakban néhány autóipari osztályú induktorok .Részletekért látogasson el a CODACA Electronics hivatalos weboldalára https://www.codaca.com.cn/, vagy lépjen kapcsolatba a CODACA értékesítési személyzetével. A kérdéseket szívesen válaszoljuk.
Ábrafelirat: 4. ábra. CODACA autóipari minőségű tekercs