Toepassingsclassificatie en selectie van common mode spoelen

Een van de meest voorkomende vormen van magnetische componenten is inductantie, die een bepaalde inductantiewaarde heeft en waarvan de impedantie dus toeneemt naarmate de frequentie stijgt. Dit op zich kan worden beschouwd als een hoogfrequente filter van de eerste orde; wanneer het object dat we bespreken verschuift van één enkele stroompad (lus of circuitlus) naar twee of meer paden, is het nodig om op elk pad minstens één spoel te plaatsen om hetzelfde hoogfrequente filteringseffect te bereiken – dit kan in praktijk zeer handig en slim worden ontworpen binnen magnetische componenten, namelijk de hier bedoelde common-mode chokes. Waarom? Omdat wanneer er meerdere paden zijn (zoals in de meest voorkomende situatie twee), de magnetische flux die wordt gegenereerd door stroom in dezelfde richting gedeeld kan worden met een ander stroompad, waardoor het equivalent is van extra impedantie, ook bekend als (magnetische) koppeling. Zo kan, door twee onderling gekoppelde wikkelingen rond een magnetische kern te wikkelen, een beter filteringseffect worden bereikt dan bij gebruik van twee afzonderlijke spoelen.

Hierboven worden de basisfuncties van common mode spoelen geïntroduceerd, namelijk filtering. Allereerst is het daarom noodzakelijk om onderscheid te maken tussen transformatoren en common mode spoelen die ook koppeling vereisen, omdat filtering ruis op de lijn onderdrukt (of absorbeert). Vanuit de richting van de excitatie is dit een common mode, maar transformatoren overbrengen spanningsexcitatiestroom die vermogen vertegenwoordigt, wat differentiaalmodus is. Daarom moeten common mode spoelen net als de aansluiting van veiligheidscapacitors in Y-configuratie (via de aardings- of referentie-aardingslus) worden geschakeld, terwijl transformatoren in X-configuratie (tussen ingangs- en uitgangslus) moeten staan. Ten tweede vereist de evaluatie en meting van hun eigen common mode filterwerking extra hulpkringen. In praktijktests voor elektromagnetische compatibiliteit (EMC) wordt echter vaak alleen het signaal van de ontvanger (LISN - Line Impedance Stabilization Network) gemeten dat wordt veroorzaakt door de combinatie van differentiële en common mode, om te bepalen of het voldoet aan de relevante regelgevende normen (zoals CE-certificering). Daarom is het moeilijk om in specificatiedocumenten antwoorden over de rol van common mode inductantie te vinden, wat ook de reden is waarom ingenieurs bij het kiezen van modellen vaak vertrouwen op ervaring om simulatievoorspellingen te maken. Tot slot zullen waakzame lezers merken dat common mode spoelen inductoren worden genoemd, maar ze verschillen niet van vermogensspoelen. Ze houden geen rekening met verzadigingsstroom of energieopslag, en hun Engelse namen eindigen op choke. Daarom is hun basiskarakter nog steeds 'choke'. Zoals we later zullen bespreken, is het juist vanwege hun choke-effect dat filtering kan worden gerealiseerd, dus het gebruik van de term common mode choke spoelen komt beter overeen met hun werking.

In de volgende sectie zullen we kennismaken met de basisprincipes van structuur, toepassingsclassificaties en de relevante selectie van common mode inductoren. Wij hopen dat u als ingenieur hier baat bij heeft. Mocht u vragen hebben of wenst u discussie over de betreffende introductie, neem dan contact met ons op. Ons technische team zal u zoveel mogelijk ondersteuning bieden vanuit het perspectief van componenten en toepassingen.

i. Magnetische veldkoppeling

Zoals getoond in figuur 1 zal de stroomvoerende spoel A een magnetisch veld verdelen in de ruimte rond zijn stroomkring (hier de spoel), voorgesteld door de magnetische flux Фa (of →Ba) (de classificatie en selectie van magnetische fluxdichtheid van common mode inductantie). De sterkte van het magnetisch veld is afhankelijk van de grootte van de stroom, het aantal windingen van de spoel, het effectieve dwarsdoorsnede-oppervlak en of er een magnetische kern aanwezig is. De magnetische flux in het midden van de spoel kan benaderd worden als:

Onder hen, als er een magnetische kern in het midden van de spoel zit, is de magnetische permeabiliteit hoe groter deze is, hoe langer de bijbehorende equivalente magnetische circuitlengte hoe korter deze is, hoe groter de magnetische flux onvermijdelijk zal zijn. Dit is een standaard inductantiestructuur en de bijbehorende magnetische fluxverdeling in de ruimte. Het is belangrijk op te merken dat de magnetische fluxverdeling niet afhankelijk is van stroomvariaties en een identieke relatie is. In wezen is deze afgeleid van de magnetische veldwet van Gauss in Maxwell's elektromagnetische vergelijkingen.

Fig. 1 De ruimtelijke magnetische veldverdeling van de stroomvoerende spoelen A en B

Wanneer een andere spoel B in de ruimte zich onder een bepaalde positionele relatie tot de geëxciteerde spoel A bevindt (zoals weergegeven in figuur 1), zal een gedeelte van de magnetische flux die door spoel A wordt opgewekt onvermijdelijk door spoel B heen gaan en ontstaat er een gedeelde relatie. Volgens de wet van Ampère zal, wanneer de magnetische flux binnen de lus die door spoel B wordt omsloten verandert, een geïnduceerde elektromotorische kracht, oftewel een geïnduceerde spanning, worden opgewekt in de lus van spoel B. Het is duidelijk dat, indien spoel B een open geleidende spoel is, er geen stroomlus kan ontstaan, maar slechts een geïnduceerde spanning aan beide uiteinden van spoel B wordt opgewekt. Aangezien er geen stroom in de lus aanwezig is, zal er natuurlijk ook geen overeenkomstig magnetisch veld in de ruimte worden gegenereerd. Echter, als spoel B een gesloten lus is, zal er zeker een stroomlus ontstaan, namelijk een geïnduceerde stroom. Tegelijkertijd zal deze geïnduceerde stroom een tegenovergestelde verdeling van het magnetische veld in de ruimte creëren. Afhankelijk van de ruimtelijke relatie tussen spoel B en spoel A, zal spoel A onvermijdelijk een gedeelte van de magnetische flux van spoel B delen. Wat zal dan het uiteindelijke resultaat zijn van deze wederzijdse inductie? Duidelijk is dat, indien spoel A slechts een constante stroom voert, spoel B geen verandering in de magnetische flux zal waarnemen op een vaste positie. Daarom kan wederzijdse inductie slechts optreden wanneer een veranderlijke stroom (zoals wisselstroom) in spoel A wordt opgewekt. In een één-op-één situatie (alleen kijken naar de toestand waarin één spoel gekoppeld is met een andere spoel), heeft de geïnduceerde stroom altijd een effect dat de verandering in magnetische flux tegengaat. Bijgevolg zal de invloed van de corresponderende spoel B op spoel A precies de verandering in magnetische flux neutraliseren die door spoel A met spoel B wordt gedeeld. De magnetische flux die door de twee spoelen wordt gedeeld, heft elkaar dus wederzijds op wat betreft verandering.

Magnetische veldkoppeling in een vaste positie (anders dan bij elektromotoren of generatoren) beschrijft de wisselwerking tussen verschillende spoelen als gevolg van gedeelde magnetische flux onder wisselstroomomstandigheden. Als transformator voor vermogensomzetting of signalisolatie, of als een gemeenschappelijke modus-spoel voor stroomcompensatie, is dit een geval van magnetische veldkoppeling. Bij het ontwerpen of produceren van een gemeenschappelijke modus-spoel moet men onvermijdelijk een vraag overwegen: welke parameters moeten de twee spoelen garanderen om aan de eisen te voldoen? Of, naast stroom en eenzijdige inductantie, wat zijn de noodzakelijke eisen om de relatie tussen beide spoelen te bepalen? Een veelvoorkomende parametereis is dat de meetfout aan beide zijden voldoende klein moet zijn, of soms moet de koppelfactor een hoog niveau bereiken (zoals 98%). Dit komt doordat, als gemeenschappelijke modus-spoel met stroomcompensatie, te grote lekreactantie een aanzienlijk effect kan hebben op het differentiële modussignaal, hetzij door onnodige differentiële modusimpedantie te veroorzaken (wat signaalverzwakking of beperkte bandbreedte van het differentiële modussignaal tot gevolg heeft), hetzij door kernverzadiging van de magneetkern, waardoor de onderdrukking van gemeenschappelijke modusruis wordt beïnvloed. Daarom is het noodzakelijk om de koppelfactor van de magnetische veldkoppeling te beheersen.

Wanneer magnetische koppeling optreedt tussen twee spoelen via een koppelingsmedium (magnetische kern) met een uniforme magnetische permeabiliteit, is de gespecificeerde magnetische flux die wordt gedeeld door spoel A naar spoel B integendeel, het is gelijk aan . Vervolgens kan, omdat de gedeelde magnetische flux (magnetische veldkoppeling) overeenkomt met de wederzijdse inductie, worden gedefinieerd als de toepassingsclassificatie en selectie van gemeenschappelijke modus inductie en de toepassingsclassificatie en selectie van gemeenschappelijke modus inductie, respectievelijk en  : 

De totale gedeelde magnetische flux aan de uiteinden van de inductiespoel staat ook bekend als fluxverkoppeling (linkage, ), wat kan worden weergegeven door de relatie tussen de op magnetische fluxdichtheid gebaseerde en magnetische vector positie :

De magnetische vectorpositie die door spoel A wordt uitgezonden naar elk punt op spoel B is (in het gemiddelde geval van toepassingsclassificatie en selectie met een afstand centrum-tot-centrum van gemeenschappelijke modus inductie) :

De fluxkoppeling tussen spoel A en spoel B wordt als volgt verkregen:

Dus, de wederzijdse inductantie die op spoel A werkt door spoel B zijn als volgt:

Hetzelfde principe kan worden toegepast om de uitdrukking voor de

Zoals eerder vermeld, vindt magnetische veldkoppeling plaats tussen twee spoelen via een koppelmedium (magnetische kern) met een uniforme magnetische permeabiliteit. Dus , duidelijk:

De bovenstaande uitleg stelt dat twee spoelen die op dezelfde magnetische kern zijn gewonden dezelfde wederzijdse inductantie hebben, aangeduid met M. Het gedetailleerde bewijs hiervoor kan verwezen worden naar de formule van Neumann. Stel nu dat de totale magnetische flux van spoel A het gedeelde deel het verhouding van is, dat wil zeggen . Evenzo is de delingscoëfficiënt van spoel B de , er zal zijn:

Daarom kan het verband tussen de wederzijdse inductie tussen twee spoelen en hun eigen inductie worden verkregen uit het bovenstaande vergelijkingsverband:

Bovenstaand is de oorsprong van de magnetische veldkoppels coëfficiënt k: de daadwerkelijke gemeenschappelijke modus inductie kan worden bepaald door de inductiewaarden van twee spoelwikkelingen apart te meten (de andere spoel blijft in een open toestand), evenals de lek inductie (de andere spoel blijft in een gesloten toestand, ) en de overeenkomstige waarden van wederzijdse inductie en koppelingscoëfficiënt k. Specifiek voor een zeer symmetrische gemeenschappelijke modus inductor gewikkeld op een hoog permeabiliteit annulaire magnetische kern (zoals een MnZn Ferrite ringkern), zijn de inductiewaarden van de twee wikkelingen zeer dichtbij, en de grootte van de lek inductie zal dicht bij liggen . Men kan zien dat hoe hoger de koppelingscoëfficiënt, hoe lager de lek inductie.

twee, Toepassing van gemeenschappelijke modus spoelen

Zoals vermeld in het begin van dit artikel is een gemeenschappelijke modus spoel niet veel meer dan een spoel die tegelijkertijd wordt verbonden over twee stroomkringen. De functie ervan is het onderdrukken of dempen van gemeenschappelijke modus ruis die mogelijk op beide stroomkringen bestaat. Deze twee parallelle stroomkringen zijn echter niet beperkt tot het geval van het vormen van een differentiële schakeling, zoals de L- en N-lijnen in een paar voedingslijnen of de D+ en D- lijnen op de datalijnaansluiting. Vanwege het ontstaan van gemeenschappelijke modus ruis kan onderdrukking van gemeenschappelijke modus ruis nodig zijn tussen transmissielijnen die dezelfde aarde delen.

Om de toepassing van een gemeenschappelijke modus inductantie te kunnen bepalen, is het eerst nodig te begrijpen hoe ruis in gemeenschappelijke modus ontstaat: zoals weergegeven in figuur 2 (referentielaag voor Infineon's schakelende voeding van 60W: DEMO_5QSAG_60W1), is de ingangsterminal de wisselstroom-ingang van 85~300VAC, en de bedrading L, N op de voedingsaansluiting vormt een gemeenschappelijke aarde met de referentie-aarde. In werkelijkheid is er ook een groen aardingsdraad die verbonden is met deze referentie-aarde en daarnaast met de fysieke aarde. De L- en N-lijn vormen nu het stroomkring en zijn aangesloten over de primaire zijde van deze Flyback-transformator. De specificatie van Q11 als hoofdschakelaar gebruikt de 800V super-junctie MOS-transistor IPA80R600P7, met een maximale Rds (aan) limiet van 600 mΩ. Om de warmteafvoer te beperken, wordt meestal een koelmedium (aluminium koelribben) aan de behuizing bevestigd, wat de parasitaire capaciteit van de hoogspanningspen naar aarde verhoogt, capacitieve koppeling creëert en de hoogspanning en hoge ingangsspanning koppelt om een potentiaal met ruis-eigenschappen te vormen. De L- en N-lijnen bij de ingangsport ontvangen dit potentiaal eveneens via de referentie-aarde, waardoor een ruisbron in gemeenschappelijke modus ontstaat. Het is belangrijk op te merken dat capacitieve koppeling, als de belangrijkste bron van gemeenschappelijke modus ruis die tijdens EMC-testen moet worden onderzocht, breed voorkomt in diverse voedingen waarbij AC-DC de hoofdvorm is met verschillende topologische structuren. Tegelijkertijd zijn er eigenlijk veel kleine stroomkringen aan de primaire en secundaire zijde van transformatoren, en elk van deze kleine stroomkringen verhoogt de ruisstroom van inductieve koppeling, wat ook onvoorspelbare ruis in gemeenschappelijke modus of differentiële modus veroorzaakt. Daarom brengt dit veel onzekerheid met zich mee voor EMC-correctie, wat ook de reden is waarom elektromagnetische compatibiliteit momenteel nog steeds niet kan worden gesimuleerd met simulatiesoftware.

Fig. 2 Voorbeeld van EMI-overeenkomstige strategiecomponenten (Infineon DEMO_5QSAG_60W1)

Om de grootte van gemeenschappelijke modusruis te schatten, moet meestal worden aangenomen dat de straycapaciteit in de gemeenschappelijke modusruisschakeling zich in het bereik van tientallen pF bevindt. In het voorbeeld dat in fig. 2 wordt getoond, ervan uitgaande dat een straycapaciteit van 20 pF geldt, wanneer de ingangsspanning 230 Vac is en de schakelfrequentie van de hoofdvermogensschakelbuis 200 kHz bedraagt, is de totale pulsduur bij inschakelen en uitschakelen 1 µs en zijn de stijg- en dalende flanken respectievelijk 0,2 µs. De maximale spanning bij de ingangsterminal is , de dutycyclus van de AC-ingang via de schakelaar is . De eerste knikfrequentie in de spectrale dichtheidsverdeling is:

De corresponderende spanning bij de eerste piek (eerste harmonische 1e harmonische) in de spectrale dichtheidsverdeling is:

Bij een schakeling met gemeenschappelijke modus ruis, zonder aansluiting van een gemeenschappelijke modus spoel, kan de maximale stroom in gemeenschappelijke modus worden geschat door de serieweerstand (zoals draadweerstand, paracitair inductantie, enz.) te verwaarlozen, zoals weergegeven in figuur 3. Bij aansluiting op een LISN (linear impedance stabilization network), is de grootte van de stroom in gemeenschappelijke modus:

Daarom zal de amplitude van de ruispanning in gemeenschappelijke modus die wordt opgevangen door de ontvanger van de geleidingsmeting (spectrum analyzer) op de LISN-poort zijn:

Hoewel het daadwerkelijke resultaat dat wordt gemeten op de meetontvanger is:

Met andere woorden, de amplitudes van de gemeenschappelijke modusruis en de differentiële modusruis worden opgeteld, maar duidelijk is dat zolang de gemeenschappelijke modus wordt onderdrukt, de eindresultaten van de test zullen verbeteren. Daarom geldt bijvoorbeeld voor de EMC-standaard EN55022 voor conventionele communicatie- en industriële toepassingen, dat de amplitude QP lager moet zijn dan in het bereik van 150 kHz tot 500 kHz. Daarom is de maximale verzwakking van gemeenschappelijke modus ruis moet hier worden uitgevoerd. Als voorbeeld nemen we het verzwakkingsdoel van -20 dB, via een eenvoudige berekening is de belangrijkste impedantie in de gemeenschappelijke modus schakeling de impedantie van de straycapaciteit, die ongeveer 25 KΩ bedraagt. Zoals weergegeven in figuur 4, is de benodigde gemeenschappelijke modus impedantie ongeveer 250 KΩ, wat kan worden omgezet in een gemeenschappelijke modus spoel van 125 mH.

Fig. 3 Schematisch diagram van geleidingsproef bij EMC-testen (schakelschema van gemeenschappelijke modus ruis en differentiële modus signaal)

Fig. 4 Het verband tussen de schakeling van filterinvoegverlies (links) en de overeenkomstige verzwakkingsamplitude en filterimpedantie (rechts)

Naast de toepassing van gemeenschappelijke modus inductantie op stroomlijnen, komt gemeenschappelijke modus inductantie ook veel voor op high-speed signaallijnen, zoals USB 3.0, HDMI, LAN, enz., of op sommige LVDS-signaallijnen zoals CAN BUS, SPI of RS232, RS485, enz. Het gebruik van gemeenschappelijke modus spoelen op signaallijnen heeft ook de functie om gemeenschappelijke modus ruis te onderdrukken, zoals het vereiste common mode rejection ratio om te voldoen aan bepaalde communicatiespecificaties. Echter, het belangrijkste aspect komt voort uit het bijbehorende stroomcompensatie-effect, zoals eerder vermeld, namelijk de stroomcompensatie-type gemeenschappelijke modus spoel.

Zoals te zien in fig. 5, worden hoogfrequente signaallijnen over het algemeen differentieel gebruikt om signalen te verzenden. Er zijn weerstanden, parasitaire capaciteiten en verdeelde inductoren op de signaallijnen. Gedraaide kabels kunnen parasitaire capaciteit effectief verminderen, maar kunnen verdeelde inductoren niet verwijderen. Daarom is er een differentiële ingangsinductie aan de ontvangende zijde en zal de gekoppelde stroom op de lijn ruis genereren op het signaal. Deze ruis is vrijwel gelijk verdeeld aan beide zijden van de ontvanger, gebaseerd op de symmetrie van de transmissielijn. Aangezien nu een gemeenschappelijke modus-inductor is geplaatst op de ingang van de ontvanger, zullen de vrijwel gelijke hoeveelheden ruis worden geannuleerd via de wikkelkoppeling van de gemeenschappelijke modus-inductor, waardoor de koppelingruis sterk wordt verminderd. Dat wil zeggen dat het stroomcompensatie-effect de ingangsruis bij de ontvanger vermindert.

Fig.6 Het transmissieproces van differentiële signalen langs de transmissielijn van de zijkant van de verzender naar de ontvangerszijde (links) en de verbetering van het gebruik van common-mode spoelen aan de ontvangerszijde (rechts)

Op het oogdiagram van het signaal, zoals weergegeven in Fig.6, wordt door de verminderde inductiebevindingen veroorzaakt door lijnstrooi, de signaal-ruisverhouding verbeterd, wat belangrijk is voor langere transmissielijnen of hoogfrequente signaallijnen. Over het algemeen zijn de transmissielijnen die worden gebruikt voor de bovengenoemde signaalpoorten meestal transmissielijnen met een impedantie van 90~120 Ω. Afhankelijk van de specifieke bandbreedte-eisen van het signaal, worden meestal gemeenschappelijke modus-inductoren geselecteerd met waarden tussen 1 en 10 keer de impedantie om een onderdrukking van -6dB tot -20dB van de gemeenschappelijke modus te realiseren. Dit is vergelijkbaar met de eerder genoemde toepassing voor voeding, afhankelijk van de impedantiegrootte van de ruiskring in gemeenschappelijke modus. Uiteraard neemt de gemeenschappelijke modusimpedantie van het systeem af naarmate de frequentie stijgt (als gevolg van de eisen van hoogfrequente signaaloverdracht), en zal het aanbieden van een te grote inductie de filterbandbreedte verkleinen. Daarom is het noodzakelijk om te verifiëren of de geselecteerde inductie overeenkomt met de transmissie-eisen van hoogfrequente signalen.

Fig.6 Schematisch diagram van signaalkwaliteit beïnvloed door lijninvoegverlies op differentiële transmissielijnen

iII. De schadelijkheid van common-mode ruis

Dus, wat is het probleem met gemeenschappelijke modus ruis? Waarom is het vaak nodig om te focussen op het onderdrukken van gemeenschappelijke modus ruis op de printplaat bij EMC-testen? Natuurlijk moet, om te voldoen aan de EMC-certificeringsnormen van verschillende landen, de amplitude van zowel de gemeenschappelijke modus- als differentiële modus-signalen worden beperkt, productveiligheid worden gegarandeerd en het mogelijke nareffect op het elektriciteitsnet of naburige apparatuur dat kan worden veroorzaakt door elektrische apparaten aan de verbruikszijde verminderd. Ten tweede, gezien de integriteit van stroomvoorziening en signaalintegriteit, werken de meeste elektrische apparaten en apparaatcontrollers op een lage spanning, en extra ruisspanning kan abnormale besturingssignalen of overgedragen data veroorzaken, zelfs fouten en uitvaltijd. Deze abnormale storingen kunnen zowel afkomstig zijn van de printplaat zelf als van RF-ruisinterferentie, zoals ontkoppeling van mobiele apparaten of fluitende broadcastruis. Tot slot kan excessieve gemeenschappelijke modus-ruis waarschijnlijk in de vorm van hoogfrequente straling in de ruimte worden uitgezonden, zoals in grotere gemeenschappelijke modus-schakelingen of op geleiders die lijken op antennes, wat op lange termijn schadelijk kan zijn voor de gezondheid zonder dat mensen dit direct merken.

Om het probleem te vereenvoudigen, equivaleren we de transmissielijn tot een Hertz-magnetisch koppel en verkrijgen we het gemeenschappelijke modelleringsmodel voor storingstraling zoals weergegeven in figuur 7. De afstand tussen het meetpunt en de centrale positie van de gemeenschappelijke modus transmissielijn is d, wat over het algemeen veel groter is dan de grootte van de schakeling en dus een meetpunt in het veld is. Daarom geldt voor de veldsterkte van de antenne in verre velden:

Daaronder zijn is de faseconstante die correspondeert met de stralingsgolflengte, is de afstand tussen de meetposities, is de hoek van het vlak dat θ graden verschilt van het stralingspatroon van de antenne, en voor Hertz-magnetische koppels , en , zijn afhankelijk van het type antenne. Aangezien de straling die op het verre punt wordt ontvangen het gevolg is van de gezamenlijke werking van twee common-mode lijnen onder een hoek van , dus:

Voor gemeenschappelijke modus storingen, zoals weergegeven in figuur 7: en , wordt de maximale straling op het meetpunt als volgt verkregen:

Wanneer de lijnafstand s klein genoeg is Dus kan dit worden vereenvoudigd tot:

Daarom is de intensiteit van gemeenschappelijke modusstraling evenredig met de lengte van de transmissielijn in gemeenschappelijke modus en neemt deze af met de afstand. Geef een voorbeeld van de grootte van deze amplitude: bij een lengte van de transmissielijn in gemeenschappelijke modus van 1 meter en een amplitude van de stroom in gemeenschappelijke modus van 7,96 µA, wat overeenkomt met een veldtest op 3 meter volgens FCC Class B bij 30 MHz, is de stralingsintensiteit:

Deze intensiteit is precies de standaardlimiet. Als er een geleider of persoon van 1 meter aanwezig is op het testpunt op 3 meter afstand, zal deze een spanning van 100 µV voelen. Langdurige blootstelling aan dergelijke omstandigheden heeft een ernstige impact op de menselijke gezondheid en de opgehoopte straling kan verschillende chronische ziekten of individuele letsels veroorzaken, wat ook de belangrijke betekenis is van EMC-certificatie.

Fig.7 Stralingsmodel en testpuntendiagram van ruis in gemeenschappelijke modus

De golfvormstructuur van de meeste schakelkringen kan worden ingedeeld als een trapeziumvormige golf, en het frequentiespectrum toont twee fasen van vertraging vanaf om met de toename van de harmonische niveaus. De knooppunten zijn de eerste hoekfrequentie en de oplooptijd-hoekfrequentie. Het frequentiespectrum van de stralingsintensiteit van de hierboven genoemde gemeenschappelijke modus neemt duidelijk toe met de frequentie door . Daarom zullen het gemeenschappelijke modusstralingsspectrum voor typische schakelende voedingen en vierkantsignaalcircuits ongeveer de verdelingseigenschappen tonen van eerst stijgen en daarna dalen, zoals weergegeven in figuur 8. Daarom is het middelste gedeelte het deel dat speciale controle of onderdrukking vereist.

Fig.8 Verdeling van de stralingsintensiteit van de gemeenschappelijke modusruis corresponderend met gangbare trapeziumvormige golven

4. Selectie van gemeenschappelijke modus-inductoren

Voor hoogspanningsleidingen is de bron van gemeenschappelijke modus ruis relatief duidelijk, maar zijn verspreide factoren moeilijk met instrumenten te meten. In de meeste gevallen worden de resultaten aangenaderd door analyse na het testen, dus opgespaarde ervaring is erg belangrijk. Toen in sectie 2 van dit artikel de toepassing van gemeenschappelijke modus spoelen werd besproken, is al vermeld dat de theoretische schatting van de amplitude van gemeenschappelijke modus ruis en de bijbehorende inductantie-eisen van gemeenschappelijke modus spoelen als uitgangspunt voor vroege experimenten kunnen dienen.

Over het algemeen wordt in de filtertrappen van een AC-DC voeding vaak een common-mode spoel gebruikt met een gesloten magnetische kring als magnetische kern. Het voordeel hiervan is dat zeer lage lekreactant en een zeer hoge koppelfactor eenvoudig kunnen worden bereikt. Bij een hoog ingangsspanning en relatief lage schakelfrequentie kan dit een goede onderdrukking bieden van common-mode ruis met een hoge amplitude door de hoge common-mode impedantie. Dit komt doordat de magnetische permeabiliteit van magnetische materialen kan worden opgedeeld in een inductieve component en de verliescomponent Wanneer de magnetische kern zich bevindt bij of boven het punt met de hoogste impedantiekarakteristiek, zal het verliesdeel het grootste deel van de impedantie in beslag nemen. Op dat moment wordt ruisonderdrukking niet langer bereikt door de ruisamplitude te verminderen via inductieve impedantie, maar door de ruisenergie op te nemen via verlies- en warmteproductie. Daarom heeft een adequate mate van verzadiging (te hoge verzadiging veroorzaakt impedantiedaling) geen negatief effect op de ruisonderdrukkende werking, dus is het niet nodig om op zoek te gaan naar verzadigingsstroomparameters zoals die welke worden gebruikt bij vermogensspoelen.

Bij het kiezen van gemeenschappelijke modus inductoren. Tegelijkertijd, als het lekstroomgedeelte, zoals een 1mH inductantie met een koppelfactor van 99%, zal er 10uH lekstroominductantie aanwezig zijn op de differentiële schakeling. Bij het overwegen van onderdrukking van differentiële modus ruis (meestal een LC-filterbrug), moet ook rekening worden gehouden met deze lekstroominductantie. Matige lekstroominductantie is nuttig voor het onderdrukken van hoge frequentie differentiële modus ruis, maar omdat gemeenschappelijke modus inductoren voornamelijk gesloten magnetische kernen gebruiken, kan dit leiden tot verzadiging van de kern bij hoge stromen, wat van invloed is op het vermogen conversie-efficiëntie en filterruisbandbreedte. Het verhogen van het aandeel lekstroominductantie kan meestal worden bereikt door gebruik te maken van vierkante of frame magnetische kernstructuren (UU-magnetische kern of PQ-magnetische kern, etc.), of door asymmetrische wikkelingen te gebruiken ( ). De specifieke selectie moet door de gebruiker worden bepaald via testen met een differentiële common mode separator om te bepalen of dit noodzakelijk is.

Voor de parameters van de gemeenschappelijke modus inductantie vallen voornamelijk de enkelzijdige inductantiewaarde, Rdc, de nominale stroom, de nominale spanning en de spanningsbestendigheid (Hi pot) onder. De enkelzijdige inductantiewaarde bepaalt voornamelijk de grootte van de impedantie in gemeenschappelijke modus. Rdc is het DC-verlies van de draad, en het verlies veroorzaakt temperatuurstijging, wat de limiet van de nominale stroom genereert. Ten slotte worden deze componenten gebruikt op hoogspanningslijnen, waardoor de spanningslimieten en veiligheidseisen afzonderlijk worden aangegeven. Gebruikers geven echter meestal de voorkeur aan het beoordelen van het filtereffect, dus bieden specificatieboeken over het algemeen twee vormen van impedantiekarakteristieke curves. Een daarvan is de vorm van gemeenschappelijke modus/differentiële modus impedantie zoals weergegeven in figuur 9-a, en de andere is de vorm van inschakelverlies in dB zoals weergegeven in figuur 9-b. Deze twee zijn equivalent, waarbij de curve in de vorm van inschakelverlies in dB wordt gevormd door de impedantie van gemeenschappelijke modus/differentiële modus om te zetten in een systeem met 50 Ω+50 Ω.

Fig.9 (a) Algemene modus/differentiële modus impedantievorm (b) Invoegverlies dB-vorm

Voor dezelfde common-mode reeks zijn verpakkingsstructuren van verschillende afmetingen geschikt voor verschillende stroomgroottes en filterbandbreedtes: hoe groter de afmeting, hoe lager de magnetische weerstand van de kern, waardoor het aantal windingen kan worden verminderd, zodat de draaddiameter van de koperdraad vergroot kan worden en een grotere stroomlus kan worden gebruikt; hoe hoger de inductantiewaarde of hoe lager de stabiele frequentie van de magnetische permeabiliteit van het materiaal, hoe smaller de bruikbare filterbandbreedte, en dergelijke common-mode spoel die in de lus wordt geplaatst, heeft mogelijk geen ruisonderdrukkend effect op het hoge frequentie-eind.

Codaca De gemeenschappelijke modus spoelen voor elektronica zijn momenteel voornamelijk verdeeld in twee delen: signaallijnen en vermogenselectrische leidingen. Er zijn meer dan 10 series en 50 verschillende verpakkingsgroottes, evenals bijna 300 verschillende standaard onderdeelnummers. Zij worden breed toegepast in signaallijnen zoals CAN BUS, RS485 en verschillende offline voedingstoestellen variërend van enkele watts tot meerdere kilowatts. Ons R&D-technologieteam kan gebruikers ook helpen van testen tot analyse, of aangepaste specificaties ontwikkelen, om uiteindelijk de relevante EMC-certificering af te ronden.

Referentie

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

[2] CODACA Inductor Product Information： www.codaca.com

[3] Clayton R.Paul. Introduction to Electromagnetic Compatibility. 2nd Edition. Wiley-interscience.

[4] Bhag Singh Guru and Huseyin R. Hiziroglu. Electromagnetic Field Theory Fundamentals. 2nd Edition. Cambridge University Press.

Uitleg over bescherming van intellectuele eigendom

CODACA "of" Codaca "is een geregistreerd handelsmerk van Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. Elk gebruik of verwijzing naar tekst, gegevens of andere soorten openbare informatie die intellectuele eigendomsrechten bevatten en die zijn gepubliceerd of verspreid door Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd., valt binnen het bereik van de intellectuele eigendomsbescherming van Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. behoudt zich de relevante intellectuele eigendomsverklaring, rechtenbescherming en andere beschermende rechten voor. Om mogelijke intellectuele eigendomsconflicten in verband met relevante zaken uit te sluiten, gelieve indien nodig contact op te nemen met Shenzhen Kedajia Electronics Co., Ltd.