ควรพิจารณาปัจจัยใดบ้างเมื่อต้องการปรับแต่งหม้อแปลงหุ้มเหล็กแบบคู่ (common-mode chokes)

เมื่อออกแบบวงจร หากหม้อแปลงหุ้มเหล็กแบบโหมดร่วมสำเร็จรูปทั่วไปไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ การปรับแต่งผลิตภัณฑ์จึงจำเป็น เพื่อให้มั่นใจว่า การหงุดหงิดแบบทั่วไป สามารถตอบสนองความต้องการของวงจรในด้านการลดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) การจัดวางโครงสร้าง และข้อกำหนดอื่นๆ ได้อย่างเหมาะสม การปรับแต่งหม้อแปลงหุ้มเหล็กแบบโหมดร่วมจำเป็นต้องเลือกวัสดุและโครงสร้างผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมตามสถานการณ์การใช้งานจริงและพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่ต้องการ สำหรับวิศวกรออกแบบ การกำหนดความต้องการเหล่านี้อย่างชัดเจนถือเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญยิ่ง

1.คำจำกัดความของหม้อแปลงหุ้มเหล็กแบบโหมดร่วม

ก่อนอื่น มาทำความเข้าใจกันว่า หม้อแปลงหุ้มเหล็กแบบโหมดร่วมคืออะไร

คํานิยาม: ตัวเหนี่ยวนำแบบโหมดร่วม หรือที่รู้จักกันในชื่อคอยล์ตัวเหนี่ยวนำแบบโหมดร่วม ประกอบด้วยขดลวดสองขดที่มีจำนวนรอบเท่ากัน พันไปในทิศทางตรงกันข้ามบนแกนแม่เหล็กปิดเดียวกัน มันจะแสดงความต้านทานเชิงประจุสูงมากต่อสัญญาณรบกวนแบบโหมดร่วม ทำให้สามารถลดทอนสัญญาณรบกวนแบบโหมดร่วมได้ ในทางกลับกัน จะมีความต้านทานเชิงประจุต่ำมากต่อสัญญาณแบบโหมดต่าง (differential mode) จึงแทบไม่ทำให้สัญญาณที่ต้องการถูกลดทอน

หลักการ: ตามกฎมือขวา เมื่อกระแสไฟฟ้าแบบโหมดร่วมไหลผ่านขดลวด สนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดทั้งสองจะเสริมซึ่งกันและกัน (รูปที่ 1) ส่งผลให้ชิ้นส่วนโดยรวมแสดงความต้านทานเชิงประจุสูง ซึ่งจะทำให้สัญญาณรบกวนอ่อนกำลังลง เมื่อมีกระแสไฟฟ้าแบบโหมดต่างไหลผ่าน สนามแม่เหล็กทั้งสองที่เกิดขึ้นจะมีค่าเท่ากันแต่อยู่ในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้หักล้างกันเอง (รูปที่ 2) ส่งผลให้สัญญาณกระแสไฟฟ้าที่ต้องการสามารถผ่านได้โดยไม่ถูกรบกวน ด้วยเหตุนี้ ตัวเหนี่ยวนำแบบโหมดร่วมจึงถูกใช้ในวงจรไฟฟ้าเพื่อลดทอนสัญญาณรบกวนแบบโหมดร่วม

รูปที่ 1: เมื่อกระแสโหมดรวมไหล สนามแม่เหล็กจะเสริมแรงกัน

รูปที่ 2: เมื่อกระแสโหมดต่างเฟสไหล สนามแม่เหล็กจะหักล้างกัน

2.ประเภทหลักของช็อกโหมดรวม

ช็อกโหมดรวมสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักตามการประยุกต์ใช้งาน: ช็อกโหมดรวมสำหรับสายสัญญาณ และ ช็อกโหมดรวมสำหรับสายไฟฟ้า .

ด้านล่างนี้คือการจัดจำแนกผลิตภัณฑ์มาตรฐานและรุ่นผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องสำหรับช็อกโหมดรวมบน Codaca เว็บไซต์อย่างเป็นทางการ สามารถเข้าถึงหน้าเว็บได้ที่นี่:
https://www.codaca.com/Productsctr_Common-Mode-Choke.html

รูปที่ 3: ช็อกโหมดรวมสำหรับสายสัญญาณ

รูปที่ 4: ตัวเหนี่ยวนำแบบคู่มอนอกเส้นไฟฟ้า

คำอธิบายพารามิเตอร์:

ตัวอย่างขดลวดเหนี่ยวนำแบบมอดสามัญรุ่น Codaca CPSQ1515L-203  เช่น:

ตารางที่ 1: พารามิเตอร์คุณสมบัติของตัวเหนี่ยวนำแบบมอดสามัญรุ่น CPSQ1515L-203

① ความเหนี่ยวนำ: ในสภาวะความถี่และค่าความจุแบบพาราซิติกเดียวกัน ความเหนี่ยวนำที่มากขึ้นจะทำให้เกิดอิมพีแดนซ์สูงขึ้น

② อิมพีแดนซ์: อิมพีแดนซ์ที่สูงขึ้นจะให้ประสิทธิภาพการกรองที่ดีกว่า โดยค่าอิมพีแดนซ์จะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ต่างๆ

รูปที่ 5: กราฟเส้นโค้งลักษณะอิมพีแดนซ์เทียบกับความถี่ของตัวเหนี่ยวนำแบบมอดสามัญรุ่น CPSQ1515L-203

③ ความต้านทานกระแสตรง (DCR): ความต้านทานที่ปรากฏระหว่างขดลวดภายใต้สภาวะกระแสตรง โดยทั่วไปควรเลือกใช้ค่า DCR ที่ต่ำ

④ กระแสไฟฟ้าที่กำหนด: กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ขดลวดสามารถนำกระแสได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่เกิดความร้อนเกิน

⑤ แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: ค่าแรงดันไฟฟ้าที่วงจรถูกออกแบบมาเพื่อทำงานได้ตามปกติ

⑥ แรงดันทนทาน (Hi-pot): แรงดันไฟฟ้าที่ขดลวดสามารถทนต่อได้ระหว่างขดหรือระหว่างขดลวดต่างๆ เป็นระยะเวลาที่กำหนดไว้โดยไม่เกิดการแตกหัก

⑦ ช่วงอุณหภูมิการใช้งาน: ช่วงอุณหภูมิที่ส่วนประกอบสามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้

3. 6 ขั้นตอนในการปรับแต่งหม้อแปลงรบกวนแบบโหมดร่วม (Common Mode Choke)

เมื่อผลิตภัณฑ์มาตรฐานไม่สามารถตอบสนองความต้องการของลูกค้าได้ จะจำเป็นต้องมีการปรับแต่งหม้อแปลงรบกวนแบบโหมดร่วม หลังจากที่เราได้อธิบายความหมาย หลักการทำงาน และพารามิเตอร์ของหม้อแปลงรบกวนแบบโหมดร่วมแล้ว ในตอนนี้เราจะมาพูดถึงวิธีการปรับแต่งให้เหมาะสมกับลูกค้าแต่ละราย

ขั้นตอนที่ 1: ทำความเข้าใจข้อกำหนดของลูกค้า

การวิเคราะห์สถานการณ์การใช้งาน: ทำการวิเคราะห์การใช้งานของหม้อแปลงรบกวนแบบโหมดร่วมอย่างครอบคลุม ซึ่งรวมถึงการประยุกต์ใช้งานเฉพาะ (ซึ่งจะกำหนดระดับของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ—ยานยนต์หรืออุตสาหกรรม) แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความถี่ในการทำงาน ปัจจัยเหล่านี้จะมีผลโดยตรงต่อการออกแบบและการเลือกหม้อแปลงรบกวนแบบโหมดร่วม

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดพารามิเตอร์เฉพาะ

ความ reluctance: ค่าเหนี่ยวนำเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดของหม้อแปลงแบบคอร์มอนโมด (common mode choke) และมีผลโดยตรงต่อการใช้งาน ค่าเหนี่ยวนำที่ต้องการจะต้องถูกกำหนดตามการใช้งานเฉพาะเจาะจง
สูตรในการคำนวณค่าเหนี่ยวนำต่ำสุดที่ต้องการสำหรับหม้อแปลงแบบคอร์มอนโมดในวงจรกรอง (โดยไม่รวมความจุแบบพาราซิติก) คือ:

ที่ไหน เป็นค่าอิมพีแดนซ์ที่ต้องการที่ความถี่ .

อิมพีแดนซ์: ความสามารถของหม้อแปลงแบบคอร์มอนโมดในการลดสัญญาณรบกวนแบบคอร์มอนโมดเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับค่าอิมพีแดนซ์ จำเป็นต้องกำหนดค่าอิมพีแดนซ์ที่เหมาะสมตามผลการกรองที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 3: เลือกวัสดุและโครงสร้างผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสม

วัสดุหลัก: แกนถูกใช้เพื่อเพิ่มความสามารถในการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กของขดลวด ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเข้มของสนามแม่เหล็กภายในขดลวด และทำให้ค่าความเหนี่ยวนำสูงขึ้น โดยทั่วไปจะเลือกวัสดุที่มีความสามารถในการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กสูง เช่น เฟอร์ไรต์ที่มีค่าการซึมผ่านสูง วัสดุอะมอร์ฟัส หรือวัสดุแนโนคริสตัลไลน์ การเลือกวัสดุของแกนจะมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของตัวเหนี่ยวนำ และการเลือกวัสดุที่เหมาะสมยังสามารถช่วยลดขนาดทางกายภาพของผลิตภัณฑ์ได้

วัสดุของขดลวด: ขดลวดมักจะพันด้วยลวดทองแดง จำนวนรอบและการออกแบบเส้นผ่าศูนย์กลางของลวดจะขึ้นอยู่กับค่าความเหนี่ยวนำและค่ากระแสไฟฟ้าที่ต้องการ

สูตรสำหรับการคำนวณความเหนี่ยวนำคือ:

μ ₀= ความสามารถในการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กในสุญญากาศ

μ _อี = ความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ของแกน

A _อี = พื้นที่หน้าตัดที่มีประสิทธิภาพของแกน

l _อี = ความยาวเส้นทางแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพของแกน

N = จำนวนรอบของขดลวด

จากสูตรที่แสดงไว้ ในการทำให้ผลิตภัณฑ์มีขนาดเล็กลง สามารถพิจารณาใช้แกนที่มีความสามารถในการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กสูงขึ้น เพื่อลดปริมาตรของแกนได้

การออกแบบโครงสร้าง: บนพื้นฐานของการจัดวางตำแหน่งของแผงวงจรลูกค้า ออกแบบโครงสร้างผลิตภัณฑ์แบบแนวตั้งหรือแนวนอนอย่างเหมาะสม และเลือกชนิดของแพ็คเกจแบบเจาะรูหรือแบบติดตั้งผิวหน้า เพื่อให้มั่นใจว่าช็อกสามารถติดตั้งได้อย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 4: อ้างอิงมาตรฐานความปลอดภัย

อ้างอิงมาตรฐานความปลอดภัย เช่น IEC 60664-1 หรือมาตรฐานภายในของลูกค้า

ขั้นตอนที่ 5: พิจารณาปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

สภาพแวดล้อมในการใช้งานยังมีผลต่อสมรรถนะทางไฟฟ้าของอินดักเตอร์ เมื่อมีการปรับแต่งช็อกแบบมอดสามัญ ควรพิจารณาปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และวิธีการระบายความร้อน เพื่อให้มั่นใจว่าจะทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพการใช้งานจริง

ขั้นตอนที่ 6: การทดสอบสมรรถนะและการปรับแต่ง

หลังจากการปรับแต่ง ช็อกแบบมอดสามัญจะต้องผ่านการทดสอบสมรรถนะ รวมถึงการทดสอบค่าอินดักแทนซ์ อิมพีแดนซ์ และพารามิเตอร์อื่นๆ หากผลการทดสอบไม่เป็นไปตามข้อกำหนด จำเป็นต้องปรับปรุงการออกแบบจนกว่าจะตอบสนองความต้องการของการใช้งาน

4.สรุป

โดยสรุป การปรับแต่งช็อกโหมดร่วมที่เหมาะสมนั้น จำเป็นต้องพิจารณาอย่างรอบด้านในหลายปัจจัย ได้แก่ ความต้องการของลูกค้าในงานประยุกต์ใช้งาน วัสดุและโครงสร้าง พารามิเตอร์ประสิทธิภาพ ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม รวมถึงการทดสอบและปรับแต่งประสิทธิภาพ ซึ่งจะสามารถทำได้เฉพาะผ่านการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบและการออกแบบอย่างมีเหตุผลเท่านั้น เพื่อให้มั่นใจว่าช็อกโหมดร่วมที่ออกแบบพิเศษจะสามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานจริงได้

ทีมวิจัยและพัฒนาของ Codaca Electronics มีประสบการณ์อันยาวนานในการพัฒนาช็อกโหมดร่วมตามแบบที่ลูกค้าต้องการ เราสามารถจัดหาโซลูชันผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมได้อย่างรวดเร็วสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันของลูกค้า ขอเชิญท่านติดต่อเราเพื่อขอคำปรึกษาหรือข้อมูลเพิ่มเติม