EN
Snelle links
Met de snelle ontwikkeling van de nieuwe-energievoertuigindustrie vormt de on-board lader (OBC) de kernverbinding tussen het elektriciteitsnet en de tractieaccu, waardoor het elektromagnetisch compatibiliteitsontwerp (EMC) steeds belangrijker wordt. Het snelle schakelen van vermogenscomponenten in schakelmodusvoedingen genereert hoogfrequent EMI-stoorsignaal, bestaande uit zowel gemeenschappelijk-modus- als differentieel-modusgeleid lawaai via de voedingslijnen als ruimtelijk uitgestraald interferentie. On-board ladereenheden moeten een robuust EMC-filterontwerp bevatten om te functioneren in de complexe elektromagnetische omgeving van een voertuig, hun eigen stabiele werking te garanderen en interferentie met andere elektronische apparatuur in het voertuig te voorkomen. Daarbij zijn de gemeenschappelijk-modusfilter en de π-vormige filterkring de kerncomponenten van het EMC-filter; de keuze van de spoel bepaalt rechtstreeks de filterprestaties, het totale systeemvolume en de thermische betrouwbaarheid.
1-EMI-stoorsignaalbronnen en filterarchitectuur
Wanneer een OBC in bedrijf is, genereren de hoogfrequent schakeltransistors (IGBT’s of SiC MOSFET’s) in het front-end PFC-circuit en de resonantiecircuits in het achterste DC-DC-convertercircuit een aanzienlijke hoeveelheid harmonische componenten. Geleid EMI-geluid wordt ingedeeld in twee typen :differenteelmodusgeluid en gemeenschappelijkemodusgeluid. Differenteelmodusinterferentie treedt op tussen de twee voedingsingangslines (bijvoorbeeld tussen de L-lijn en de N-lijn), met stromen in tegengestelde richting, en wordt voornamelijk veroorzaakt door stroomrippels die ontstaan in de voedingslus door het snelle inschakelen en uitschakelen van de schakeltransistors; gemeenschappelijkemodusinterferentie treedt op tussen de voedingslijnen en de aardingslijn (PE), met stromen in dezelfde richting, en wordt voornamelijk veroorzaakt door hoogspanningstransiënten tijdens schakelacties die via parasitaire capaciteit naar aarde koppelen, evenals door koppeling van externe elektromagnetische velden .
Het ingangsdeel van een OBC is doorgaans uitgerust met een π-vormig EMI-filtercircuit, waarbij een combinatie van spoelen en condensatoren wordt gebruikt om elektromagnetische interferentie over verschillende frequentiebanden te onderdrukken. De algemene opbouw van het filternetwerk bestaat uit een X-condensator (voor differentieelmodusfiltering), een gemeenschappelijke-modus choke, een Y-condensator (voor gemeenschappelijke-modusfiltering) en een differentieelmodus spoel, die achtereenvolgens vanaf de netzijde zijn geplaatst, waardoor een tweevoudige of meervoudige filterstructuur ontstaat. Het voorste stadium behandelt voornamelijk geleide interferentie en harmonischen vanaf de netzijde, terwijl het achterste stadium verantwoordelijk is voor verdere demping van hoogfrequent lawaai dat wordt gegenereerd door schakelacties. 。
Figuur 1. Schema van een OBC
2 – Werkingsprincipe en keuze van kernmaterialen voor gemeenschappelijke-modus chokes
2.1 Werkingsprincipe
Een gemeenschappelijke-modus choke is gewikkeld op een gesloten magnetische kern met spoelen die tegenovergestelde richtingen hebben en hetzelfde aantal windingen om onderdrukking van gemeenschappelijke-modusruis met hoge impedantie te bereiken. Wanneer gemeenschappelijke-modusstroom door de spoelen loopt, is de richting van de magnetische flux identiek en versterkt deze zich, waardoor de gemeenschappelijke-modus choke een hoge impedantie vertoont en gemeenschappelijke-modussignalen effectief verzwakt. Wanneer differentiële-modusstroom (zoals normale bedrijfsstroom) door de twee spoelen loopt, zijn de richtingen van de in de kern opgewekte magnetische fluxen tegenovergesteld en heffen ze elkaar op, zodat differentiële-modussignalen bijna zonder verzwakking doorgaan.
Figuur 2. Magnetische velden versterken elkaar wanneer gemeenschappelijke-modusstroom doorloopt
Figuur 3. Magnetische velden heffen elkaar op wanneer differentiële-modusstroom doorloopt
Volgens de impedantieformule van een gemeenschappelijke-modus choke:
En de inductieformule:
De effectieve magnetische permeabiliteit μe van de kern bepaalt direct de verkregen inductantie bij een gegeven afmeting en aantal windingen. Hoe hoger de permeabiliteit, hoe hoger de impedantie bij dezelfde afmeting, wat leidt tot een sterker filtereffect .
2.2 Selectie van magnetisch kernmateriaal
Veelgebruikte kernmaterialen voor gemeenschappelijke-modusdempers zijn mangaan-zinkferrite, nikkel-zinkferrite, amorfe legeringen en nanokristallijne legeringen. De verschillen in hun eigenschappen bepalen hun respectievelijke toepassingsgebieden ：
◾ Ferrriet: Een kosteneffectieve keuze voor medium- tot hoogfrequentie Toepassingen
Ferrite (zoals Mn-Zn, Ni-Zn) is het aangewezen materiaal geworden voor hoogfrequente gemeenschappelijke-modusdempers vanwege zijn hoge resistiviteit en lage wervelstroomverliezen. Mn-Zn-ferrite presteert uitstekend in het frequentiebereik van 100 kHz tot 1 MHz, maar zijn Curie-temperatuur is relatief laag (ongeveer 120 ℃) ，waardoor de permeabiliteit sterk daalt bij hoge temperaturen; Ni-Zn-ferriet is geschikt voor frequentiebanden boven ，hoewel de initiële permeabiliteit laag is (μ<1000), is de stabiliteit bij hoge frequenties superieur .
◾ Amorfe en nanokristallijne legeringen : De ultieme oplossing voor toepassingen met hoge frequentie en lage verliezen
Amorfe legeringen (zoals ijzergebaseerde en kobaltgebaseerde) vormen een ongeordende atoomstructuur via een snelle koelproces, waardoor ze een extreem hoge saturatie-magnetische fluxdichtheid (Bs 1,2 T) en extreem lage verliezen bij hoge frequenties vertonen. Nanokristallijne legeringen vormen door middel van warmtebehandeling een nanokristallijne structuur, waardoor het verlies met meer dan 50% wordt verminderd ten opzichte van ferriet in het frequentiegebied van 100 kHz tot 500 kHz en de temperatuurstabiliteit aanzienlijk wordt verbeterd. Ze zijn geschikt voor toepassingen met strenge efficiëntie-eisen, zoals oplaadmodules voor elektrische voertuigen.
2.3 Belangrijke selectiecriteria voor gemeenschappelijke-modusfilters
（1）Inductantie: Selecteer de juiste inductantie op basis van de werkfrequentie en de interferentiekenmerken van de oplaadunit in de auto. Over het algemeen levert een hogere inductantie betere onderdrukking bij lage frequenties op, maar verhoogt deze ook het invoegverlies van de schakeling. Gewoonlijk varieert de inductantie van gemeenschappelijke-modusfilters tussen enkele honderden microhenry （μH ）en enkele millihenry （mH ）.
（2) Nominale stroom: De nominale stroom van het gemeenschappelijke-modusfilter moet hoger zijn dan de maximale bedrijfsstroom van de oplaadunit in de auto, om efficiëntieverlies van het gehele systeem door verwarming van de spoel te voorkomen, en om te garanderen dat de spoel uitstekend stabiel blijft bij de nominale stroom.
（3) Frequentiekenmerken: Kies een gemeenschappelijke-modusfilter met goede onderdrukkingskenmerken bij hoge frequenties om te voldoen aan de breedbandige eisen voor interferentieonderdrukking van de oplaadunit in de auto. Controleer de impedantie-frequentiecurve van het gemeenschappelijke-modusfilter om te waarborgen dat er voldoende impedantie is binnen het gewenste frequentiebereik.
Voor toepassingsgebieden met een hoge vermogensvereiste voor OBC’s worden automobielkwaliteit-common-mode choke-spoelen voornamelijk aangestuurd door maatwerkvereisten. Het O&O-team van CODACA Electronics heeft uitgebreide ervaring in het ontwikkelen van maatwerk-common-mode choke-spoelen en kan snel passende productoplossingen leveren op basis van de specifieke eisen van de klant.
3 - Principe van π-vormige filtercircuit en belangrijke selectiepunten voor differentiële-modusspoelen
Een π filtercircuit bestaat uit twee condensatoren en een differentiële-modusspoel, en heeft de vorm van de letter π het maakt gebruik van het bypass-effect van condensatoren en het filtereffect van spoelen om differentieel-mode-interferentie effectief te onderdrukken. In on-board-laders kunnen π-vormige filtercircuits interferentiesignalen op de voedingslijnen verder verminderen en de EMC-prestaties verbeteren. De typische schakelfrequentie van een OBC ligt tussen 40 kHz en 150 kHz, en geleide emissietests beginnen bij 150 kHz. Differentieel-mode-filtering richt zich daarom voornamelijk op differentieel-mode-ruis in het frequentiebandbereik van 150 kHz tot 1 MHz.
De formule voor de afsnijfrequentie van een π-vormig filter is:
Waarbij Cx de equivalente capaciteit is van de X-condensatoren in twee trappen in het π-vormige filter. (In praktische ontwerpen worden vaak twee trappen X-condensatoren met dezelfde capaciteit gebruikt, dus wordt de gecombineerde equivalente filtercapaciteit meestal conservatief geschat op basis van de waarde van één trap X-condensator.) Het ontwerp moet garanderen dat de afsnijfrequentie aanzienlijk lager ligt dan de fundamentele schakelfrequentie, meestal genomen als 1/5 tot 1/10 van de schakelfrequentie, om te waarborgen dat het doelinterferentiefrequentiegebied binnen het stopband van het filter valt.
3.1 Werkingsprincipe van differentiële-modus-ontstoringcoïls
Een differentieelmodus-geleider bestaat voornamelijk uit een enkele wikkeling die in serie is aangesloten op de voedingsingang. Door gebruik te maken van de impedantiekenmerken van de geleider tegen hoogfrequente stromen, vormt deze een hoogimpedant pad voor differentieelmodus-stoorsignalen tussen de L-lijn en de N-lijn, waardoor geluidsdemping wordt bereikt. Bij het kiezen van een geleider worden afgeschermde geleiders verkozen om externe straling en externe interferentie te verminderen.
(1) Inductantie: Inductantie is de meest fundamentele parameter van een differentieelmodus-geleider en bepaalt zijn vermogen om ruis bij specifieke frequenties te onderdrukken. Bij de keuze moet het doelfrequentieband worden overwogen; een grotere inductantie levert over het algemeen een sterker onderdrukkend effect op lage-frequentieruis.
(2) Nominale stroom: Dit verwijst naar de maximale stroom waaronder de spoel veilig op lange termijn kan functioneren onder gespecificeerde temperatuurstijgingsvoorwaarden. Bij de keuze moet worden gewaarborgd dat de maximale bedrijfsstroom lager is dan de nominale stroom, met een voldoende marge (meestal ＞ 30%).
(3) Gelijkstroomweerstand (DCR): Gelijkstroomweerstand verwijst naar de interne weerstand van de spoelwikkeling onder gelijkstroomomstandigheden. Hoe lager de DCR, hoe kleiner het vermogensverlies bij doorgang van gelijkstroom, wat de algehele efficiëntie verbetert.
Aangezien OBC i en tot de automobieltoepassingen behoren, moeten de spoelen voldoen aan de AEC-Q200-norm voor betrouwbaarheid van auto-elektronica. De testen omvatten: elektrische prestatietests, mechanische schoktests, trillingstests, aansluitkrachttests, soldeervermogentests, vochtigheidstests onder spanning, temperatuurcyclus-tests, tests bij opslag op hoge temperatuur, enzovoort. CODACA kan diverse standaard automobielkwaliteit-voedingsproducten leveren.
Hieronder volgt een overzicht van enkele automaat-inductoren .Voor meer informatie, bezoek de officiële website van CODACA Electronics op https://www.codaca.com.cn/, of neem contact op met het verkoopteam van CODACA. Vragen zijn van harte welkom.
Afbeeldingsonderschrift: Afbeelding 4. Automobielkwaliteit-inductor van CODACA