עם ההתפתחות המהירה של תעשיית כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה, מטען הלוח (OBC) משמש כרכיב חיבור מרכזי בין רשת החשמל לסוללת הכוח, מה שגורם לעיצוב התאימות האלקטרומגנטית (EMC) שלו להיות חשוב יותר מתמיד. החלפת מהירה של מכשירי הספק במקורות ספק כוח בדמוי מפסק יוצרת הפרעות EMI בתדר גבוה, הכוללות גם רעש מוליך מסוג מצב-משותף ומצב-דיפרנציאלי שמועבר לאורך קווי החשמל, וגם הפרעות קרינה מרחבית. למטעני לוח חייב להיות עיצוב מסנן EMC חזק כדי להתאים את עצמם לסביבה האלקטרומגנטית המורכבת של הרכב, להבטיח את פעולתם היציבה והמניעה של הפרעות בציוד אלקטרוני אחר בתוך הרכב. מבין אלו, ספירת מצב-משותף והמעגל המסנן מסוג π הם רכיבי המפתח של מסנן EMC, ובחרו באינדוקטור קובע ישירות את ביצועי המסנן, את נפח המערכת הכוללת ואת האמינות החום.
1-מקורות רעש EMI ומבנה המסנן
בעת פעילות של OBC, צינורות המפסקים בתדר גבוה במעגל PFC הקדמי שלו (IGBT או SiC MOSFET) והמעגלים הרזוננטיים של הממיר DC-DC האחורי יוצרים כמות משמעותית של רכיבי הרמוניה. רעש EMI מוליך מסווג לשני סוגי רעש :רעש של מצב דיפרנציאלי ורעש של מצב משותף. רעש דיפרנציאלי קיים בין שתי תקעים של ההזנה החשמלית (למשל בין קווית L ו-N), עם כיווני זרם הפוכים, ומקורו בעיקר בגלי זרם הנוצרים בלולאת ההספק עקב הדלקה וכיבוי מהירים של צינורות המפסק; רעש משותף קיים בין קווי ההספק וקו האדמה (PE), עם כיוון זרם זהה, ומקורו בעיקר בצמתים טרנסיאנטיים בעלי מתח גבוה בעת פעולות המפסק שמתמזגים לאדמה דרך קיבול פרזיטי, וכן דרך מיזוג שדה אלקטרומגנטי חיצוני .
הכניסה של מִשְׁתַּנֶּה בָּרִיא (OBC) מְכוֹנֶנֶת לְעָתִים קְרוֹבִים בְּמִסְפָּר אֶלֶקְטְרוֹמַגְנֵטִי (EMI) מִסְגָּר טִיפּוּס-π, הַמִּשְׁתַּמֵּשׁ בְּצֵירֻף שֶׁל סְלִילוֹת וְקַפָּצִיטוֹרִים כְּדֵי לְהַפְחִית פְּרִיעוֹת אֶלֶקְטְרוֹמַגְנֵטִיּוֹת בְּמִגוּדֵי תְּדוּרִים שׁוֹנִים. הָאַרְכִּיטֶקְטוּר הַכְּלָלִית שֶׁל רֶשֶׁת הַמִּסְגָּר מְהַלֶּכֶת מִצַּד הָרֶשֶׁת וּמְרֻכֶּבֶת מִקַּפָּצִיטוֹר X (לְמִסְגּוּר מוֹדִים דִּיפֶרֶנְצִיאֲלִיִּים), מִסְגֵּר מוֹדִים נוֹרְמָלִיִּים (common-mode choke), קַפָּצִיטוֹר Y (לְמִסְגּוּר מוֹדִים נוֹרְמָלִיִּים), וּסְלִילַת מוֹדִים דִּיפֶרֶנְצִיאֲלִיִּים, וְיוֹצֶרֶת מִסְגֵּר שְׁנַיִם אוֹ רַב־מַדְרִיגוֹת. הַמַּדְרִיגָה הַקְּדֻמִית מְעַסֶּקֶת עִקָּרִית בִּפְרִיעוֹת מְעוּבָּרוֹת וּבְהַרְמוֹנִיּוֹת מִצַּד הָרֶשֶׁת, בְּעוֹד שֶׁהַמַּדְרִיגָה הָאַחֲרוֹנָה אַחֲרַיִת לְהַפְחִית עוֹד יוֹתֵר רַעַשׁ בְּתַדְמוּרִים גְּבוֹהִים שֶׁנִּבְרָאִים מִפְּעֻלּוֹת הַהַשְׁתָּנָה. 。
תְּמוּנָה 1. תְּאוּרָה סְכֶמָטִית שֶׁל מִשְׁתַּנֶּה בָּרִיא (OBC)
2 – עִקַּר הַעֲשִׂיָּה וּבְחִירַת הַחֹמֶר הָעִקָּרִי לְמִסְגְּרֵי מוֹדִים נוֹרְמָלִיִּים
2.1 עקרון פעולה
ספירת מוד משותף נלופת על ליבה מגנטית סגורה עם כריכות שכוונים הפוכים ומספר זהה של הכריכות כדי להשיג דיכוי עמידותי גבוה של רעש מוד משותף. כאשר זורם זרם מוד משותף, כיוון השדה המגנטית של הכריכות זהה ומשתלב, מה שגורם לספירת המוד המשותף להציג עמידות גבוהה, ובכך לדכא ביעילות אותות מוד משותפים. כאשר זורם זרם מוד דיפרנציאלי (למשל זרם הפעלה רגיל) דרך שתי הכריכות, כיווני השדות המגנטים שנוצרים בליבה הם הפוכים ומבטלים זה את זה, מה שמאפשר לאותות מוד דיפרנציאלי לעבור כמעט ללא דämpון.
איור 2. השדות המגנטים משתלבים כאשר זורם זרם מוד משותף
איור 3. השדות המגנטים מבטלים זה את זה כאשר זורם זרם מוד דיפרנציאלי
לפי נוסחת העמידות של ספירת מוד משותף:
ולפי נוסחת ההשראות:
החדות המגנטית האפקטיבית (μe) של הליבה קובעת ישירות את ההשראות שמתקבלת בגודל נתון ומספר ליפופים נתון. ככל שהחדות גבוהה יותר, כך גם התנגדות הזרם החילופי (אימפדנס) גדולה יותר באותו גודל, מה שמביא להשפעת סינון חזקה יותר .
2.2 בחירת חומר הליבה המגנטית
חומרים נפוצים ללבבות של מעקפים לשימוש משותף כוללים פריטים מנגנזה-אבץ, פריטים ניקל-אבץ, סגסוגות אמורפיות וסגסוגות ננו-קריסטליות. ההבדלים בתכונותיהם קובעים את תחומי היישום המתאימים לכל אחד מהם ：
◾ פריט: בחירה ידידותית לתקציב לתחומים של תדר בינוני עד גבוה יישומים
פריטים (כגון Mn-Zn, Ni-Zn) הפכו לחומר המועדף על מעקפים לשימוש משותף בתדרים גבוהים בשל ההתנגדות הסגולית הגבוהה שלהם ואובדן זרמי ערבול נמוך. פריטי Mn-Zn מתפקדים מצוין בטווח התדרים 100 קילוהרץ–1 מגاهرץ, אך טמפרטורת הקוריה שלהם נמוכה יחסית (בערך 120° צלזיוס) ，גורמת לירידה חדה בחדירות בטמפרטורות גבוהות; פריט הנייקל-אינדיאום מתאים לפסי תדר מעל. למרות שהחדירות ההתחלתית שלו נמוכה (μ<1000) ，היציבות בתדרים הגבוהים שלו עליונה .
◾ אלומיניומים אמורפיים ואלקומפלקסיים ננומטריים : הפתרון האולטימטיבי ליישומים בתדרים גבוהים ואובדן נמוך
אלומיניומים אמורפיים (כגון מבוססי ברזל ובוססי קובלט) יוצרים מבנה אטומי לא מסודר בתהליך קירור מהיר, ומאפיינים צפיפות שטף מגנטי רוויה גבוהה מאוד (Bs 1.2T) ואובדן נמוך מאוד בתדרים גבוהים. אלומיניומים ננומטריים יוצרים מבנה ננוקריסטלי נוסף דרך טיפול حروري, ומפחיתים את האובדן ביותר מ-50% בהשוואה לפריט בפס התדרים 100kHz–500kHz, ומשפרים באופן משמעותי את היציבות הטמפרטורתית. הם מתאימים לسينarios הדורשים יעילות מחמירה, כגון מודולי טעינה לרכב חשמלי (EV).
2.3 נקודות המפתח לבחירת סלילים משותפים
（1） השראות: לבחור את ההשראות המתאימה בהתאם לתדר הפעולה ולאפיוני ההתערבות של המטען המותקן ברכב. באופן כללי, השראות גבוהה יותר מספקת דיכוי טוב יותר בתדרים נמוכים, אך מגבירה את אובדן ההכנסה של המעגל. בדרך כלל, השראות של ספירות דחיסה משותפות נע בין כמה מאות מיקרוהנרי （μH ）למספר מיליהנרי （mH ）.
（2) זרם נומינלי: הזרם הנומינלי של הספירה המשותפת חייב להיות גדול מהזרם המרבי של המטען המותקן ברכב, כדי למנוע ירידה ביעילות של המערכת כולה עקב חימום הסליל, וכן להבטיח יציבות מעולה של הסליל תחת הזרם הנומינלי.
（3) מאפייני תדר: לבחור ספירה משותפת עם מאפייני דיכוי טובים בתדרים גבוהים כדי לספק את דרישות דיכוי ההתערבות הרחבה של המטען המותקן ברכב. לבדוק את עקומת התנגדות-תדר של הספירה המשותפת כדי להבטיח התנגדות מספקת בטווח התדרים המטרה.
במקרי יישום של מטען בקשת חשמל גבוהה (OBC), סלילי דחיסה משותפים לרכב נשלטים בעיקר על ידי דרישות מותאמות אישית. צוות המחקר והפיתוח של CODACA Electronics יש לו ניסיון עשיר בפיתוח מותאם אישית של סלילי דחיסה משותפים, והוא מסוגל לספק במהירות פתרונות מוצרים מתאימים בהתאם לדרישות האופייניים של הלקוח.
3- עיקרון מעגל מסנן מסוג פאי ונקודות המפתח לבחירת סלילי דחיסה למוד דיפרנציאלי
א פאי מעגל מסנן מורכב משני קondenסאטורים וסליל דחיסה למוד דיפרנציאלי, וצורתו דומה לאות פאי הוא משתמש באפקט הביפס של הקondenסטורים ובאפקט הסינון של הסלילים כדי לавול ביעילות הפרעות מסוג מוד דיפרנציאלי. במעגלי מטענים על-הרכב (OBC), מעגלי סינון מסוג פאי יכולים להפחית עוד יותר את האותות המפריעים על קווי הכוח ולשפר את ביצועי ה-EMC. התדר הממוצע של המפסק ב-OBC נע בין 40 קילוהרץ ל-150 קילוהרץ, ובדיקות פליטה מוליכת מתחילות מ-150 קילוהרץ. לכן, סינון מוד דיפרנציאלי מתמקד בעיקר בהפרעות מוד דיפרנציאלי בתדרים שבין 150 קילוהרץ ל-1 מגההרץ.
נוסחת התדר הקריטי לסינון מסוג פאי היא:
כאשר Cx הוא הקיבול השקול של קondenסטורים מסוג X בשני המדרגות בפילטר מסוג π. (בעיצובים מעשיים, נפוץ להשתמש בשתי מדרגות של קondenסטורים מסוג X בעלי קיבול זהה, ולכן הקיבול השקול הכולל של הפילטר מוערך בדרך כלל באופן שמרני על סמך ערך הקיבול של מדרגה אחת בלבד של קondenסור מסוג X). העיצוב חייב להבטיח שהתדר המניע נמוך משמעותית מתדר המפסק הבסיסי, ובעיקר נבחר כ-1/5 עד 1/10 מתדר המפסק, כדי להבטיח שהתחום התדרי של ההפרעה המטרה ייפול בתוך אזור האיסור של הפילטר.
3.1 עקרון הפעולה של אינדוקטורים למוד דיפרנציאלי
סליל דיפרנציאלי מורכב בעיקר מסליל יחיד המחובר בטור בתוך קו ההזנה החשמלית. על ידי ניצול תכונות התנגדות הסליל לזרמים בתדר גבוה, הוא יוצר מסלול בעל התנגדות גבוהה להפרעות דיפרנציאליות בין קווי L ו-N, ובכך מפחית רעשים. בעת בחירת סליל, מומלץ לבחור בסלילים משוריינים כדי לצמצם קרינה חיצונית והפרעות חיצוניות.
(1) השראות: השראות היא הפרמטר הבסיסי ביותר של סליל דיפרנציאלי, וקובעת את כושרו לדכא רעשים בתדרים מסוימים. יש לקחת בחשבון את טווח התדרים המבוקש לסינון בעת הבחירה; השראות גדולה יותר מספקת בדרך כלל השפעה חזקה יותר לדיכוי רעשים בתדרים נמוכים.
(2) זרם נומינלי: זה מתייחס לזרם המרבי שבו הסליל יכול לפעול בבטחה לאורך זמן בתנאי עליית טמפרטורה מוגדרים. יש לבחור סליל שזרם הפעולה המרבי שלו נמוך מהזרם הנומינלי, תוך השארת שולי בטחון גדולים (לרוב ＞ 30%).
(3) התנגדות ישר (DCR): ההתנגדות הישר מתייחסת להתנגדות הפנימית של כריכה הסליל תחת תנאי זרם ישר. ככל שהתנגדות ישר נמוכה יותר, כך צורכת פחות אנרגיה כאשר זרם ישר עובר דרכו, ובכך משפרת את היעילות הכוללת.
מכיוון ש־OBC ה שייכים ליישומים אוטומוביליים, הסלילים חייבים לעמוד בתקנים האוטומobiliים לאמינות אלקטרוניקה AEC-Q200. מבחני הבדיקה כוללים: בדיקת ביצועים חשמליים, בדיקת מכה מכנית, בדיקת רטט, בדיקת חוזק החיבורים, בדיקת היכולת להלחים, בדיקת לחות תחת מתח, בדיקת מחזור טמפרטורות, בדיקת אחסון בטמפרטורה גבוהה וכו'. CODACA מספקת מגוון רחב של מוצרים סטנדרטיים לכוח אוטומובילי.
להלן דגימה של חלק אינדוקטורים בדרגת רכב .לפרטים נוספים, יש לבקר באתר הרשמי של CODACA Electronics ב https://www.codaca.com.cn/, או ליצור קשר עם צוות המכירות של CODACA. שאלות מוזמנות בחום.
כותרת התמונה: איור 4. סליל אוטומטי לרכב של CODACA
EN