Dengan perkembangan pesat industri kenderaan tenaga baharu, Pengisi Daya Di Dalam Kenderaan (OBC) berfungsi sebagai komponen sambungan utama antara grid kuasa dan bateri kuasa, menjadikan rekabentuk keserasian elektromagnetik (EMC) semakin penting. Peralihan kelajuan tinggi peranti kuasa dalam bekalan kuasa mod pensuisan menghasilkan gangguan EMI frekuensi tinggi, yang termasuk bunyi dihantar mod sepunya dan mod beza sepanjang talian kuasa, serta gangguan radiasi ruang. Pengisi daya di dalam kenderaan mesti mempunyai rekabentuk penapis EMC yang kukuh untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran elektromagnetik automotif yang kompleks, memastikan operasi stabil sendiri, dan mengelakkan gangguan terhadap peralatan elektronik lain dalam kenderaan. Antara ini, kondensor mod sepunya dan litar penapis jenis-π merupakan komponen utama penapisan EMC, dan pemilihan induktor secara langsung menentukan prestasi penapisan, jumlah keseluruhan sistem, dan kebolehpercayaan haba.
1-Sumber Gangguan EMI dan Arkitektur Penapis
Apabila OBC beroperasi, tiub pensuisan frekuensi tinggi litar PFC di bahagian hadapannya (IGBT atau SiC MOSFET) dan litar resonan penukar DC-DC di bahagian belakangnya menghasilkan komponen harmonik dalam jumlah besar. Hingar EMI yang dijalankan diklasifikasikan kepada dua jenis :hingar mod berbeza dan hingar mod sepunya. Gangguan mod berbeza wujud di antara dua talian input kuasa (seperti di antara talian L dan talian N) dengan arah arus yang bertentangan, terutamanya disebabkan oleh riak arus yang dihasilkan dalam gelung kuasa akibat pensuisan pantas ON dan OFF tiub pensuisan; gangguan mod sepunya wujud di antara talian kuasa dan talian bumi (PE) dengan arah arus yang sama, terutamanya disebabkan oleh titik transient voltan tinggi semasa tindakan pensuisan yang terkait ke bumi melalui kapasitans parasit, serta pengaitan medan elektromagnet luar. .
Hujung masukan OBC biasanya dikonfigurasikan dengan litar penapis EMI jenis-π, menggunakan kombinasi induktor dan kapasitor untuk menekan gangguan elektromagnetik di pelbagai jalur frekuensi. Arkitektur umum rangkaian penapis terdiri daripada kapasitor-X (penapisan mod berbeza), penggulungan mod sepunya, kapasitor-Y (penapisan mod sepunya), dan induktor mod berbeza yang disusun secara berurutan dari sisi grid, membentuk struktur penapis dua-peringkat atau berbilang-peringkat. Peringkat hadapan terutamanya mengurus gangguan teraruh dan harmonik dari sisi grid, manakala peringkat belakang bertanggungjawab untuk mengurangkan lagi hingar frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh tindakan pensuisan. 。
Rajah 1. Gambarajah Skematik OBC
2- Prinsip Kerja dan Pemilihan Bahan Utama untuk Penggulungan Mod Sepunya
2.1 Prinsip kerja
Suatu penghalang modus sepunya dililitkan pada teras magnet tertutup dengan gegelung yang mempunyai arah bertentangan dan bilangan lilitan yang sama untuk mencapai penekanan halangan tinggi terhadap gangguan modus sepunya. Apabila arus modus sepunya mengalir, arah fluks magnet pada lilitan adalah identik dan saling bertindih, menyebabkan penghalang modus sepunya menunjukkan halangan tinggi, seterusnya mengurangkan secara berkesan isyarat modus sepunya. Apabila arus modus berbeza (seperti arus operasi normal) mengalir melalui kedua-dua lilitan, arah fluks magnet yang dihasilkan dalam teras adalah bertentangan dan saling membatalkan, membolehkan isyarat modus berbeza melalui dengan hampir tiada pelembapan.
Rajah 2. Medan magnet saling bertindih apabila arus modus sepunya mengalir
Rajah 3. Medan magnet saling membatalkan apabila arus modus berbeza mengalir
Berdasarkan formula halangan suatu penghalang modus sepunya:
Dan formula induktans:
Ketelusan magnetik berkesan μe teras secara langsung menentukan induktans yang diperoleh di bawah saiz dan bilangan lilitan tertentu. Semakin tinggi ketelusan, semakin tinggi halangan di bawah saiz yang sama, menghasilkan kesan penapisan yang lebih kuat .
2.2 Pemilihan Bahan Terak Teras
Bahan teras yang biasa digunakan untuk penghalang mod sepunya termasuk ferit mangan-zink, ferit nikel-zink, aloi amorf, dan aloi nanokristalin. Perbezaan ciri-ciri mereka menentukan sempadan aplikasi masing-masing ：
◾ Ferrit: Pilihan Berkesan dari Segi Kos untuk Frekuensi Sederhana hingga Tinggi Aplikasi
Ferit (seperti Mn-Zn, Ni-Zn) telah menjadi bahan pilihan untuk penghalang mod sepunya frekuensi tinggi kerana rintangan tinggi dan kehilangan arus pusar rendah. Ferit Mn-Zn berprestasi sangat baik dalam julat frekuensi 100 kHz–1 MHz, tetapi suhu Curie-nya agak rendah (sekitar 120 ℃) ，menyebabkan ketelapan turun tajam pada suhu tinggi; ferit Ni-Zn sesuai untuk jalur frekuensi di atas. Walaupun ketelapan awalnya rendah (μ<1000) ，kestabilan frekuensi tingginya lebih unggul .
◾ Aloi Amorf dan Nanokristalin : Penyelesaian Akhir untuk Aplikasi Frekuensi Tinggi dengan Kehilangan Rendah
Aloi amorf (seperti berbasis besi dan berbasis kobalt) membentuk struktur atom tidak teratur melalui proses pendinginan cepat, menunjukkan ketumpatan fluks magnet saturasi yang sangat tinggi (Bs 1.2T) dan kehilangan frekuensi tinggi yang sangat rendah. Aloi nanokristalin seterusnya membentuk struktur nanokristalin melalui rawatan haba, mengurangkan kehilangan lebih daripada 50% berbanding ferit dalam jalur frekuensi 100kHz–500kHz, serta meningkatkan ketegaran suhu secara ketara. Ia sesuai untuk senario dengan keperluan kecekapan yang ketat, seperti modul pengecasan kenderaan elektrik (EV).
2.3 Titik Utama dalam Memilih Penghalang Modus Sepunya
（1）Ketertarikan: Pilih induktans yang sesuai berdasarkan frekuensi operasi dan ciri-ciri gangguan pengisi daya di dalam kenderaan. Secara umum, induktans yang lebih tinggi memberikan penekanan frekuensi rendah yang lebih baik tetapi meningkatkan kehilangan sisipan litar. Biasanya, nilai induktans bagi penghalang mod sepunya berada dalam julat beberapa ratus mikrohenri （μH ）hingga beberapa milihenri （mH ）.
（2) Arus Penarafan: Arus penarafan penghalang mod sepunya harus melebihi arus operasi maksimum pengisi daya di dalam kenderaan untuk mengelakkan penurunan kecekapan keseluruhan sistem akibat pemanasan induktor, sambil memastikan kestabilan induktor yang sangat baik pada arus penarafan.
（3) Ciri Frekuensi: Pilih penghalang mod sepunya dengan ciri penekanan frekuensi tinggi yang baik untuk memenuhi keperluan penekanan gangguan jalur lebar pengisi daya di dalam kenderaan. Semak lengkung impedans lawan frekuensi penghalang mod sepunya untuk memastikan impedans yang mencukupi dalam julat frekuensi sasaran.
Bagi senario aplikasi OBC berkuasa tinggi, gegelung mod biasa gred automotif terutamanya dipacu oleh keperluan tersuai. Pasukan R&D CODACA Electronics mempunyai pengalaman luas dalam pembangunan tersuai gegelung mod biasa dan boleh dengan cepat menyediakan penyelesaian produk yang sesuai berdasarkan keperluan ciri pelanggan.
3- Prinsip litar Penapis Jenis-π dan Titik-Titik Penting untuk Pemilihan Gegelung Mod Beza
A π litar penapis terdiri daripada dua kapasitor dan satu gegelung mod beza, berbentuk seperti huruf π ia menggunakan kesan laluan pintas kapasitor dan kesan penapis induktor untuk menekan gangguan mod berbeza secara berkesan. Dalam pengecasan di dalam kenderaan, litar penapis jenis-π boleh mengurangkan lagi isyarat gangguan pada talian kuasa dan meningkatkan prestasi EMC. Frekuensi pensuisan tipikal OBC berada dalam julat 40kHz hingga 150kHz, dan ujian pelepasan teraruh bermula pada 150kHz. Oleh itu, penapisan mod berbeza terutamanya bertujuan pada gangguan mod berbeza dalam julat frekuensi 150kHz hingga 1MHz.
Rumus frekuensi pemotongan untuk penapis jenis-π ialah:
Di mana Cx ialah kapasitans setara bagi kapasitor X dua peringkat dalam penapis jenis-π. (Dalam rekabentuk sebenar, dua peringkat kapasitor X dengan kapasitans yang sama kerap digunakan, jadi kapasitans penapisan setara gabungan biasanya dianggar secara konservatif berdasarkan nilai kapasitor X satu peringkat sahaja). Rekabentuk mesti memastikan frekuensi pemotongan jauh lebih rendah daripada frekuensi pensuisan asas, biasanya diambil sebagai 1/5 hingga 1/10 frekuensi pensuisan, untuk memastikan julat frekuensi gangguan sasaran berada dalam jalur halang (stopband) penapis.
3.1 Prinsip Kerja Aruhan Mod Bezak
Satu induktor modus berbeza terutamanya terdiri daripada satu lilitan tunggal yang disambung secara bersiri dalam talian input kuasa. Dengan memanfaatkan ciri impedans induktor terhadap arus frekuensi tinggi, ia membentuk laluan impedans tinggi bagi gangguan modus berbeza antara talian L dan talian N, mencapai pelembutan bunyi bising. Apabila memilih induktor, induktor terlindung lebih diutamakan untuk mengurangkan pancaran luaran dan gangguan luaran.
(1) Induktans: Induktans merupakan parameter paling asas bagi induktor modus berbeza, menentukan keupayaannya menekan bunyi bising pada frekuensi tertentu. Julat frekuensi penapisan sasaran perlu dipertimbangkan semasa pemilihan; nilai induktans yang lebih besar umumnya memberikan kesan penekanan yang lebih ketara terhadap bunyi bising frekuensi rendah.
(2) Arus Penarafan: Ini merujuk kepada arus maksimum di mana induktor boleh beroperasi dengan selamat dalam jangka masa panjang di bawah syarat kenaikan suhu yang ditentukan. Pemilihan mesti memastikan bahawa arus operasi maksimum adalah kurang daripada arus kadar, dengan memberikan margin yang mencukupi (biasanya ＞ 30%).
(3) Rintangan AU (DCR): Rintangan AU merujuk kepada rintangan dalaman gegelung lilitan induktor di bawah keadaan arus terus. Semakin rendah DCR, semakin kecil penggunaan kuasa yang dihasilkan apabila arus terus mengalir melaluinya, seterusnya meningkatkan kecekapan keseluruhan.
Memandangkan OBC saya adalah untuk aplikasi automotif, induktor mesti memenuhi piawaian ketahanan elektronik automotif AEC-Q200. Item ujian termasuk: ujian prestasi elektrik, ujian hentakan mekanikal, ujian getaran, ujian kekuatan terminal, ujian ketelapan timah, ujian kelembapan bergelombang, ujian kitaran suhu, ujian penyimpanan suhu tinggi, dan lain-lain. CODACA boleh menyediakan pelbagai jenis produk kuasa standard bertaraf automotif.
Berikut adalah pameran beberapa induktor peringkat automotif .Untuk butiran lanjut, sila layari laman web rasmi CODACA Electronics di https://www.codaca.com.cn/, atau hubungi wakil jualan CODACA. Sebarang pertanyaan amat dialu-alukan.
Keterangan Rajah: Rajah 4. Induktor Kelas Automotif CODACA
EN