Common mode inductörlerin uygulama sınıflandırması ve seçimi

Manyetik bileşenlerin en yaygın biçimlerinden biri, belirli bir indüktans değerine sahip olan ve bu nedenle empedansı frekans arttıkça artan indüktanstır. Bu tek başına, birinci dereceden bir yüksek frekans filtresi olarak düşünülebilir; Ele aldığımız filtreleme nesnesi tek bir akım yolu (döngü veya devre döngüsü) durumundan iki veya daha fazlasına geçtiğinde aynı yüksek frekanslı filtreleme etkisini elde edebilmek için her yola en az birer indüktör yerleştirilmesi gerekir - bu, uygulamada manyetik bileşenler kullanılarak kolayca ve zekice tasarlanabilir ve burada sözünü ettiğimiz şey tam da budur: ortak modlu bobin (common mode choke). Neden mi? Çünkü birden fazla yol olduğunda (örneğin en yaygın olan iki yol durumunda), aynı yönde akan akım tarafından üretilen manyetik akı diğer akım yoluyla "paylaşılabilir" olur ve bu da ek empedans kazandırarak eşdeğer bir empedans artışına neden olur, aynı zamanda (manyetik) kuplaj olarak bilinir. Böylece, bir manyetik çekirdeğe karşılıklı olarak bağlı iki bobin sargısı sarılarak ayrı ayrı iki indüktör kullanılmasından daha iyi bir filtreleme etkisi elde edilebilir.

Yukarıdakiler, genel modlu bobinlerin temel işlevsel özelliklerini, yani filtreleme işlemini tanıtmaktadır. Öncelikle, bağlama işlemi gerektiren ve aynı zamanda transformatörler ile genel modlu bobinleri birbirinden ayırt etmek gerekir; çünkü filtreleme, hat üzerindeki gürültüyü bastırır (veya emer). Uyarı yönü açısından değerlendirildiğinde bu durum genel mod şeklindedir; ancak transformatörler güç anlamını taşıyan gerilim uyarım akımını iletir ve bu da fark modudur. Dolayısıyla, güvenlik kapasitörlerinin bağlantısıyla benzer şekilde, genel modlu bobinler Y bağlantısı şeklinde (toprak devresi veya referans toprak devresi üzerinden) olmalıdır, transformatörler ise X bağlantısı şeklinde (giriş ve çıkış devreleri arasında) olmalıdır. İkinci olarak, genel mod filtreleme etkisinin kendisinin değerlendirilmesi ve ölçülmesi ek yardımcı devrelere ihtiyaç duyar. Ancak gerçek EMC (Elektromanyetik Uyumluluk) testlerinde genellikle sadece fark modu ve genel modun birleşimi sonucu oluşan alıcı (LISN - Doğrusal Empedans Stabilizasyon Ağı) sinyali test edilir ve ilgili mevzuata uygunluğun (örneğin CE belgelendirme) sağlanıp sağlanmadığına karar verilir. Bu nedenle, genel modlu bobinin rolü genellikle teknik kataloglarda net bir yanıt bulamaz ve bu da mühendislerin model seçimi sırasında sıklıkla tecrübeye dayalı simülasyon tahminleri yapmasının sebebidir. Son olarak dikkatli okuyucular, genel modlu bobinlerin İngilizce adlarının sonunda choke kelimesi olmak üzere bobin (indüktör) olarak adlandırıldığını fark edecektir. Ancak bunlar güç indüktörlerinden farklı değildir. Doyma akımı ya da enerji depolama konuları göz önünde bulundurulmaz ve İngilizce adları choke ile biter. Bu yüzden temel anlamı hâlâ choke (boğma bobini)dir. Daha sonra tartışacağımız gibi, tam da bu boğma etkisi sayesinde filtreleme işlemini gerçekleştirebilirler. Bu yüzden onlara genel modlu choke bobin denmesi prensip açısından daha uygundur.

Aşağıdaki bölümde, mühendis olarak sizin için faydalı olmayı amaçlayan, common mode (ortak mod) bobinlerin temel yapısal prensipleri, uygulama sınıflandırmaları ve ilgili seçimleri hakkında bilgi edineceğiz. Bu arada, herhangi bir sorunuz varsa veya ilgili tanıtımı tartışmak istiyorsanız bizimle iletişime geçin. Mühendislik ekibimiz size bileşenler ve uygulamalar açısından mümkün olan en fazla desteği sağlayacaktır.

i. Manyetik Alan Bağlantısı

Şekil 1'de gösterildiği gibi, A bobinine akan akım, manyetik akı Фa (veya→Ba ) ile temsil edilen, çevresindeki devre alanında bir manyetik alan dağılımı oluşturur (burada bobin). Manyetik akı yoğunluğu ortak mod inductansının uygulama sınıflandırması ve seçimi). Manyetik alanın şiddeti, akımın büyüklüğüne, bobinin tur sayısına, efektif kesit alanına ve manyetik çekirdeğin bulunup bulunmadığına bağlıdır. Bobinin merkezindeki manyetik akı yaklaşık olarak şu şekilde ifade edilebilir:

Bunlar arasında, eğer bobinin merkezinde manyetik bir çekirdek varsa, manyetik geçirgenliği ne kadar büyükse, buna karşılık gelen manyetik devre uzunluğu ne kadar kısa olursa, manyetik akı kaçınılmaz olarak o kadar büyük olur. Bu, standart bir indüktans yapısı ve buna karşılık gelen uzaydaki manyetik akı dağılımıdır. Akım değişikliklerine bağlı olmaksızın manyetik akı dağılımının sabit kaldığı ve özdeşlik ilişkisi olduğu dikkate değerdir. Bunun özü, Maxwell elektromanyetik denklemlerindeki Gauss manyetik alan yasasından türemiştir.

Şek.1 A ve B bobinlerinin uzaydaki manyetik alan dağılımı

Uzayda başka bir bobin B, belirli bir konumsal ilişkide, akım geçen bobin A'ya yaklaştığında (Şekil 1'de gösterildiği gibi), bobin A tarafından kısmen dağıtılan manyetik akı kaçınılmaz olarak bobin B'den geçecek ve ortak bir ilişki oluşturacaktır. Ampere Yasası'na göre, bobin B tarafından çevrelenen döngüdeki manyetik akı değiştiğinde, bobin B'nin döngüsünde indüklenen elektromotor kuvveti veya indüklenen gerilim oluşur. Bobin B'nin açık bir iletken bobin olduğu öngörülürse, döngüsel bir akım oluşturulamaz, yalnızca bobin B'nin iki ucu arasında indüklenen gerilim oluşur. Döngü üzerinde akım olmadığından, doğal olarak karşılık gelen uzaysal manyetik alan da üretilmez; Ancak bobin B kapalı bir döngü ise, kesinlikle döngüsel bir akım yani indüklenen akım meydana gelir. Aynı zamanda indüklenen akım bulunduğu için ters yönde bir uzaysal manyetik alan dağıtımı oluşturur. Bobin B ile bobin A arasındaki uzaysal ilişkiye göre, bobin A kaçınılmaz olarak bobin B'nin dağıttığı manyetik akıyı paylaşır. Bu tür karşılıklı indüksiyonun nihai sonucu ne olur? Açıkçası, bobin A sadece sabit bir akıma sahipse, bobin B sabit bir konumda paylaşılan manyetik akıda hiçbir değişiklik hissetmez. Dolayısıyla yalnızca bobin A'da değişen bir akım (örneğin alternatif akım) üretildiğinde karşılıklı indüksiyon gerçekleşebilir. Bire bir durumda (yalnızca bir bobinin başka bir bobinle eşleştiği durumu inceleyerek), indüklenen akım her zaman manyetik akıdaki değişikliğin etkisini dengeleme etkisine sahiptir. Bu nedenle karşılık gelen bobin B'nin bobin A üzerindeki etkisi, bobin A'dan bobin B'ye doğru paylaşılan manyetik akı değişimini tamamen yok eder. İkisi tarafından paylaşılan manyetik akı, değişim yönünden birbirini sıfırlar.

Sabit bir konumda manyetik alan bağlaşımı (elektrik motorlarından veya jeneratörlerden farklı olarak), alternatif akım koşulları altında paylaşılan manyetik akı nedeniyle farklı bobinler arasındaki etkileşimi tanımlar. Güç dönüştürücüsü veya sinyal izolasyonu için bir transformatör ya da akım dengeleme amacıyla bir common mode bobin olarak, bu durum manyetik alan bağlaşımına bir örnektir. Common mode bobin tasarımı yaparken ya da üretimi sırasında kaçınılmaz olarak şu soruyu düşünmek gerekir: iki bobinin gereksinimleri karşılaması için sağlaması gereken parametreler nelerdir? Veya akım ve tek taraflı indüktansın dışında, ikisi arasındaki ilişkinin dikkate alınmasında gerekli diğer şartlar nelerdir? Yaygın bir parametre gereksinimi, her iki taraftaki algılama hatasının yeterince küçük olmasıdır; bazen de bağlaşma katsayısının oldukça yüksek bir seviyeye (örneğin %98) ulaşması gerekir. Bunun nedeni, akım dengelemeli bir common mode bobini olarak kullanıldığında sızıntı indüktansı çok büyükse diferansiyel mod sinyaline önemli bir etki göstermesidir; bu durum ya gereksiz diferansiyel mod empedansına neden olur (sinyal zayıflamasına veya diferansiyel mod bant genişliğinin azalmasına yol açar) ya da manyetik çekirdeğin doymasına ve dolayısıyla common mode gürültüsünün bastırılmasının etkilenmesine neden olur. Bu yüzden manyetik bağlaşım katsayısının kontrol edilmesi gereklidir.

İki bobin arasındaki manyetik alan kuplajı, eşit manyetik geçirgenliğe sahip bir kuplaj ortamı (manyetik çekirdek) üzerinden gerçekleştiğinde, A bobininden B bobinine aktarılan belirlenen manyetik akı buna karşılık şuna eşittir . O zaman, paylaşılan manyetik akı (manyetik alan kuplajı) karşılıklı indüktansa karşılık geldiğinden, bu durum genel mod indüktansının uygulama sınıflandırması ve seçimi ile ilgili olarak tanımlanabilir ve  : 

Endüksiyon bobini ucunda toplam paylaşılan manyetik akı aynı zamanda bağlama (bağlantı ), olarak bilinir ve şu ilişkiyle temsil edilebilir manyetik akı yoğunluğuna dayalı olarak ve manyetik vektörün konumu:

A bobininin B bobini üzerindeki her bir noktaya dağıttığı manyetik vektör konumu (genel mod indüktansının merkezden merkeze mesafeye göre ortalama uygulama sınıflandırma ve seçim durumunda) : şeklindedir

Bobin A ve bobin B arasındaki akı bağlantısı şu şekilde elde edilir:

Dolayısıyla, ortak indüktans bobin B tarafından bobin A'ya uygulananlar şöyle olur:

Aynı prensip elde etmek için uygulanabilir ifade şu şekildedir:

Daha önce belirtildiği gibi, manyetik alan iki bobin arasında eşit manyetik geçirgenliğe sahip bir kuplaj ortamı (manyetik nüve) üzerinden gerçekleşir. Bu yüzden , açık ki:

Yukarıdaki açıklama, aynı manyetik nüveye sarılmış iki bobinin M ile temsil edilen aynı karşılıklı indüktansa sahip olduğunu ifade etmektedir. Yukarıda detaylı ispat süreci Neumann formülüne bakarak yapılabilir. Şimdi, toplam manyetik akının bobin A'nın paylaşılan kısmı oranı , yani . Benzer şekilde, B bobininin paylaşım katsayısı şu şekildedir: , şunlar olacaktır:

Dolayısıyla, iki bobin arasındaki karşılıklı indüktans ile bağımsız indüktansları arasındaki ilişki yukarıdaki denklem ilişkisinden elde edilebilir:

Yukarıda, manyetik alan kuplaj katsayısı k'nin kökeni açıklanmaktadır: gerçek ortak mod indüktansı, iki bobin sargısının ayrı ayrı ölçülen indüktans değerleri (diğer bobin açık devre durumunda bırakılır) ve kaçak indüktans (diğer bobin kısa devre durumunda bırakılır), ve karşılıklı indüktans ile kuplaj katsayısı k'nin ilgili değerlerine göre belirlenebilir. Özellikle, yüksek geçirgenlikli halka şeklindeki bir manyetik çekirdeğe (örneğin MnZn Ferrit manyetik halka) sarılmış oldukça simetrik bir ortak mod indüktörü için, iki sargının indüktans değerleri birbirine çok yakın olacaktır ve kaçak indüktansın büyüklüğü yaklaşık olarak . Kuplaj katsayısının ne kadar yüksek olduğu görülebilir, kaçak indüktans o kadar düşük olur.

iI. Yaygın Mod İndüktörlerinin Uygulaması

Bu makalenin başında belirtildiği gibi, yaygın mod indüktörü sadece aynı anda iki akım devresine bağlanmış bir indüktördür. Fonksiyonu, her iki akım devresinde de mevcut olabilecek yaygın mod gürültüsünü bastırmak veya zayıflatmaktir. Ancak bu iki paralel akım devresi, örneğin güç hatlarında bir çift olarak yer alan L ve N hatları ya da veri hattı portundaki D+ ve D- hatları gibi diferansiyel devre oluşturma durumu ile sınırlı değildir. Yaygın mod gürültüsünün oluşması sebebiyle, aynı toprak hattını paylaşan iletim hatları arasında gerekli olabilecek yaygın mod gürültüsü bastırması gerekebilir.

Ortak modlu bobinin uygulamasını belirlemek için öncelikle ortak mod gürültüsünün nasıl oluştuğunu anlamak gerekir: Şekil 2'de gösterildiği gibi (Infineon'un 60W'lık anahtarlamalı güç kaynağına ilişkin referans tasarımı: DEMO_5QSAG_60W1), giriş terminali 85~300VAC şebeke girişi olup, güç portundaki L ve N hatları referans toprağı ile ortak bir toprak oluşturur. Aslında bu referans toprağına fiziksel toprak bağlantısı yapan yeşil renkli toprak hattı da bağlanmıştır. Şimdi L ve N hatları güç devresini oluşturmakta ve flyback transformatörün birincil tarafına bağlanmaktadır. Ana güç anahtarı Q11'in belirtimi, 800V'luk süper birleşim MOS transistor olan IPA80R600P7 modelini kullanmaktadır; maksimum Rds (açık) sınırı ise 600mΩ'dur. Isı dağılmasını sınırlamak amacıyla genellikle alüminyum soğutma kanatçıkları gibi ısı emici malzeme cihazın dış gövdesine monte edilmektedir. Bu durum yüksek voltaj pimlerinin toprak potansiyeline karşı artızi kapasitans oluşturur, kapasitif kuplaj yapar ve yüksek voltajlı, yüksek frekanslı giriş ucunun gerilimini gürültülü özellikte bir potansiyel oluşturacak şekilde kuple eder. Giriş portundaki L ve N hatları bu potansiyeli referans toprak üzerinden alacaklarından dolayı bir ortak mod gürültü kaynağı meydana gelir. EMC testinde iletim yoluyla yapılan testlerin karşılaştığı ana ortak mod gürültü kaynağı olarak kapasitif kuplaj, AC-DC yapıda ve farklı topolojilerdeki güç kaynaklarında yaygın olarak bulunmaktadır. Aynı zamanda transformatörün birincil ve sekonder taraflarında yer alan birçok küçük akım devreleri de mevcuttur ve her bir küçük akım devresi indüktif kuplaj yoluyla gürültü akımını artırarak kestirilemez ortak mod gürültüsüne veya diferansiyel mod gürültüsüne neden olabilir. Bu yüzden EMC düzeltilmesine birçok belirsizlik getirmekte olup aynı zamanda elektromanyetik uyumluluk simülasyonı için halen simülasyon yazılımlarına güvenilememesinin sebebidir.

Şek.2 EMI Karşılık Strateji Bileşenleri Örneği (Infineon DEMO_5QSAG_60W1)

Ortak mod gürültüsünün büyüklüğünü tahmin etmek için genellikle ortak mod gürültü devresindeki kaçak kapasitenin, tipik olarak onlarca pF aralığında olduğu varsayılır. Şek.2'de gösterilen örnekte 20pF'lık bir kaçak kapasite varsayarak giriş güç kaynağı 230Vac ve ana güç anahtarı transistörünün anahtarlama frekansı 200KHz olduğunda, açma ve kapama için toplam darbe genişliği 1 µ s ve yükselen ve düşen kenarlar sırasıyla 0.2 µ s olarak verilmiştir. Giriş terminalindeki maksimum gerilim , anahtar üzerinden AC girişin çalışma döngüsü . Spektral yoğunluk dağılımındaki ilk köşe frekansı:

Spektral yoğunluk dağılımındaki ilk tepe noktasındaki (1. harmonik) ilgili gerilim:

Ortak modlu gürültüye sahip bir devrede, ortak modlu bobin bağlanmadığında, maksimum ortak mod akımı, seri eşdeğer empedansı (tel direnci, parazitik indüktans vb.) ihmal edilerek Şekil.3'te gösterildiği gibi tahmin edilebilir. LISN (doğrusal empedans kararlılık ağı) bağlandığında, ortak mod akımının büyüklüğü:

Bu nedenle, LISN portundan iletim test alıcısı (spektrum analizörü) tarafından alınan ortak mod gürültü voltajı genliği:

Gerçekte test alıcısında tespit edilen sonuç ise:

Yani ortak mod gürültüsünün ve diferansiyel mod gürültüsünün genlikleri üst üste biner, ancak açıkça ortak mod bastırıldığı sürece son test sonuçları iyileşecektir. Bu nedenle örneğin, geleneksel iletişim ve endüstriyel uygulamalar için EMC standardı EN55022'de genlik QP'nin 150 kHz ila 500 kHz aralığında aralığında olması gerekir. Bu nedenle maksimum burada common mode gürültünün zayıflaması sağlanmalıdır. -20dB hedef zayıflama örneği üzerinden basit bir hesapla, common mode devresindeki ana empedans, yaklaşık 25K Ω olan kaçak kapasitansın empedansıdır. Şekil.4'te gösterildiği gibi, ilgili olarak gerekli common mode empedansı yaklaşık 250K Ω'dur ve bu da 125mH'lik bir common mode bobine dönüştürülebilir.

Şekil.3 EMC testinde iletim deneyi şeması (common mode gürültüsü ve diferansiyel mod sinyalinin devre diyagramı)

Şekil.4 Filtre ekleme kaybının devre ilişkisi (sol) ile ilgili zayıflama genliği ve filtre empedansı (sağ) arasındaki ilişki

Güç hatlarında yaygın modlu endüktans uygulamalarının yanı sıra, yaygın modlu endüktanslar aynı zamanda USB 3.0, HDMI, LAN gibi yüksek hızlı sinyal hatlarında veya CAN BUS, SPI ya da RS232, RS485 gibi bazı LVDS sinyal hatlarında da yaygın olarak bulunur. Sinyal hatlarına bağlanan yaygın modlu bobinlerin kullanımı ayrıca yaygın mod gürültüsünü bastırma işlevine de sahiptir; örneğin belirli iletişim standartlarının karşılanması için gerekli olan yaygın mod reddetme oranı gibi. Ancak daha önemli nokta, başlangıçta bahsedilen akım kompanzasyonu etkisinden kaynaklanmaktadır; yani akım kompanzasyonlu yaygın modlu bobin türüdür.

Şekil 5'te gösterildiği gibi, yüksek hızlı sinyal hatları genellikle sinyalleri iletmek için diferansiyel iletim kullanır. Sinyal hatlarında dirençler, kaçak kapasitörler ve dağıtılmış indüktörler bulunur. Bükümlü kablo çiftleri, kaçak kapasitörleri etkili bir şekilde azaltabilir ancak dağıtılmış indüktörleri ortadan kaldıramaz. Bu nedenle alıcı ucunda diferansiyel giriş indüktansı oluşur ve hattaki bağlaşma akımı, sinyal diyagramında gürültüye neden olur. Bu gürültüler, iletim hattının simetrisine bağlı olarak alıcının her iki ucunda neredeyse eşit şekilde dağılır. Alıcı giriş kısmına artık bir ortak mod indüktörü yerleştirildiğine göre, neredeyse eşit miktardaki gürültü, ortak mod indüktörünün sargı kuplajı üzerinden birbirini yok ederek bağışıklık gürültüsünü büyük ölçüde azaltır. Yani, akım kompanzasyon etkisi, alıcıdaki giriş gürültüsünü azaltır.

Şek.6 Diferansiyel sinyallerin iletim hattı boyunca gönderici uçtan alıcı uca (sol) iletim süreci ve alıcı uçta ortak mod bobinlerinin kullanılmasıyla elde edilen iyileştirme (sağ)

Şekil.6'da gösterildiği gibi sinyalin göz diyagramında, hat kaçak indüktansının neden olduğu ek kaybı azaltarak sinyal-gürültü oranı iyileştirilecektir ve bu da daha uzun iletim hatları veya yüksek hızlı sinyal hatları için önemlidir. Genel olarak yukarıda bahsedilen sinyal portlarında kullanılan iletim hatları genellikle 90~120 Ω empedanslı iletim hatlarıdır. Belirli sinyal bant genişliği gereksinimlerine dayanarak, -6dB ila -20dB arası ortak mod bastırması sağlaması için genellikle 1 ila 10 kat arasında değişen empedans değerlerinde ortak mod bobinleri seçilir. Bu, daha önce bahsedilen güç kaynağı uygulamasına benzer şekilde ortak mod gürültü devresinin empedans büyüklüğüne bağlıdır. Elbette frekans arttıkça (yüksek hızlı sinyal iletimi gereksinimlerinden dolayı) sistemin ortak mod empedansı düşer ve fazla indüktans sağlanması filtreleme bant genişliğini daraltacaktır. Bu nedenle seçilen indüktansın yüksek hızlı sinyallerin iletim gereksinimleriyle uyumlu olup olmadığını doğrulamak gerekir.

Şek.6 Diferansiyel iletim hatlarında hattın sinyal kaybından dolayı sinyal kalitesini gösteren şematik diyagram

üç, Ortak Mod Gürültüsünün Zararı

Peki, ortak mod gürültüsünün sorunu nedir? EMC testlerinde devredeki ortak mod gürültüsünü bastırmaya neden sıklıkla odaklanılır? Elbette, çeşitli ülkelerin EMC sertifikasyon standartlarını karşılamak için ortak mod ve diferansiyel mod sinyallerinin genliğini sınırlamak, ürün güvenliğini sağlamak ve elektrikli ekipmanların güç tüketimi tarafında üretebileceği elektrik şebekesine veya komşu cihazlara verebileceği potansiyel zararı azaltmak gerekir. İkinci olarak, güç bütünlüğü ve sinyal bütünlüğü açısından bakıldığında, çoğu elektrikli ekipman ve cihaz kontrol cihazı düşük voltajda çalışır ve ek gürültü voltajı anormal kontrol sinyallerine veya iletilen verilere, hatta hatalara ve kesintilere neden olabilir. Bu anormal girişimler hem devre kartından hem de mobil cihaz bağlantısının kesilmesi veya yayın gürültüsü ıslığı gibi gürültü RF girişiminden kaynaklanabilir. Son olarak, aşırı ortak mod gürültüsünün, daha büyük ortak mod devrelerinde veya anten benzeri iletkenlerde olduğu gibi yüksek frekanslı radyasyon şeklinde uzaya yayılması muhtemeldir ve bu da insanlar tarafından fark edilmeyen uzun vadeli sağlık tehlikeleri oluşturur.

Problemi basitleştirmek için iletim hattını bir Hertz manyetik çiftine eşdeğer kabul eder ve Şekil 7'de gösterildiği gibi ortak modlu gürültü radyasyon modelini elde ederiz. Test noktası ile ortak modlu iletim hattının merkez pozisyonu arasındaki mesafe d olarak ifade edilir ve genellikle devre boyutlarından çok daha büyüktür, bu nedenle uzak-alan test noktasıdır. Dolayısıyla, antenin uzak-alan radyasyonu için alan şiddeti şöyledir:

Onların arasında, radyasyon dalga boyuna karşılık gelen faz sabitidir, test pozisyonları arasındaki mesafedir, anten radyasyon paterninde θ derece sapma yapan düzlem açısıdır ve Hertz manyetik çiftleri için , ve , anten tipine bağlıdır. Uzak noktada alınan radyasyon, aralarında açı olan iki ortak modlu hattın aynı anda etkisiyle oluştuğundan dolayı:

Ortak modlu gürültü için Şekil 7'de gösterildiği gibi: ve test noktasındaki maksimum radyasyon aşağıdaki şekilde elde edilir:

Hattın aralığı s yeterince küçük olduğunda Bu yüzden şu şekilde basitleştirilebilir:

Bu nedenle, ortak mod yayınının şiddeti, ortak mod iletim hattının uzunluğu ile orantılıdır ve mesafe arttıkça azalır. Bu genliğin büyüklüğüne bir örnek verelim: Ortak mod iletim hattı uzunluğunun 1 metre ve ortak mod akımı genliğinin 7,96 µA olduğunu varsayalım; bu, FCC Class B sınıfına göre 30 MHz’te 3 metreden yapılan alana testine karşılık gelir. Yayılma şiddeti şu şekildedir:

Bu şiddet tam olarak standart limit kadardır. Eğer 3 metrelik test noktasında 1 metre uzunluğunda bir iletken ya da kişi varsa, 100 µV'luk bir voltaj hisseder. Böyle bir ortama uzun süre maruz kalma insan sağlığı üzerinde ciddi etkilere sahiptir ve birikmiş radyasyon çeşitli kronik hastalıklara veya bireysel lezyonlara yol açabilir. Bu da EMC sertifikasının önemini vurgular.

Şekil 7 - Ortak Mod Gürültüsünün Radyasyon Modeli ve Test Noktası Diyagramı

Çoğu anahtarlama devresindeki dalga formu yapısı yamuk dalgaya sınıflandırılabilir ve frekans spektrumu iki aşamada yavaşlamayı gösterir için harmonik seviyelerin artmasıyla birlikte. Düğümler, ilk açısal frekans ve yükselen kenar süresi açısal frekansıdır. Yukarıda belirtilen modun radyasyon yoğunluğunun frekans spektrumu, frekansla birlikte açıkça artmaktadır. . Dolayısıyla, yaygın anahtarlamalı güç kaynakları ve kare dalga sinyal devreleri için, ortak mod radyasyon spektrumu yaklaşık olarak Şekil.8'de gösterildiği gibi önce yükselen sonra düşen dağılım karakteristiğini gösterecektir. Bu nedenle orta kesim, özel kontrol veya bastırma gerektiren kısımdır.

Şekil.8 Ortak yamuk dalgalarına karşılık gelen ortak mod gürültüsü radyasyon yoğunluğunun dağılımı

四、 Ortak modlu indüktörlerin seçimi

Güç hatları için, ortak mod gürültüsünün kaynağı nispeten açıktır; ancak saçılma faktörleri enstrümanlarla ölçmek açısından zordur. Çoğu durumda sonuçlar test sonrası analizlerle kademeli olarak yaklaşık değerlerle belirlenir, bu yüzden biriken deneyim çok önemlidir. Bu makalenin 2. Bölümünde ortak mod indüktörlerinin uygulaması anlatılırken, ortak mod gürültüsünün genliğinin teorik tahmini ve buna karşılık gelen ortak mod indüktörlerinin indüktans gereksinimleri, erken dönem deneylerinin başlangıç noktası olarak kullanılabileceği zaten belirtilmişti.

Genellikle, AC-DC güç girişinin filtreleme aşamasında kullanılan ortak mod bobini, manyetik çekirdek olarak kapalı bir manyetik devreli halka kullanır. Bunun avantajı, çok düşük sızıntı endüktansı ve oldukça yüksek kuplaj katsayısı elde edilmesine olanak sağlamasıdır. Yüksek giriş voltajı ve nispeten düşük anahtarlama frekansı için, yüksek genlikli ortak mod gürültüsünü bastırmak amacıyla iyi bir yüksek ortak mod empedansı sağlayabilir. Manyetik malzemelerin manyetik geçirgenliğinin endüktif kısımlar ve kayıp kısımlarına ayrışabilmesi gerçeğinden dolayı Manyetik çekirdek, en yüksek empedans karakteristik noktasına yaklaşırken veya aştığında, kayıp kısmı empedansın ana kısmını oluşturur. Bu durumda gürültü bastırma, artık indüktif empedansla gürültü genliğini azaltarak değil, kayıp ısıtması yoluyla gürültü enerjisinin emilmesiyle sağlanır. Bu nedenle, uygun bir doyma derecesi (aşırı doyma empedansı düşürecektir) gürültü bastırma etkisini etkilemeyecektir; dolayısıyla güç indüktörlerinde olduğu gibi doyma akımı parametrelerini aramamıza gerek yoktur.

Ortak modlu bobinler seçilirken, sızıntı bobini kısmı da göz önünde bulundurulmalıdır. Örneğin, 99% bağlaşı katsayısına sahip 1 mH'lık bir bobinde diferansiyel devrede yaklaşık 10 μH sızıntı bobini oluşmaktadır. Diferansiyel mod gürültüsünün bastırılması düşünüldüğünde (genellikle LC filtre köprüsü ile), bu sızıntı bobini de hesaba katılmalıdır. Uygun düzeydeki sızıntı bobini yüksek frekanslı diferansiyel mod gürültüsünü bastırmada faydalıdır; ancak ortak mod bobinleri genellikle manyetik kapalı çekirdekler kullandığından yüksek akımlarda çekirdek doymasına neden olabilir. Bu durum güç dönüşüm verimliliği ve filtreleme gürültü bant genişliği üzerinde etkili olur. Sızıntı bobinin oranının artırılması genellikle kare veya çerçeve şeklinde manyetik çekirdek yapıları (UU manyetik çekirdek veya PQ manyetik çekirdek vb.) kullanılarak ya da asimetrik sargılar kullanılarak sağlanabilir. ). Kullanıcının, bunun gerekli olup olmadığını belirlemek için diferansiyel mod ayırıcı tanımlama testi aracılığıyla belirli seçimi yapması gerekir.

Ortak modlu bobin parametreleri için, bunlar temelde tek taraflı endüktans değeri, Rdc, anma akımı, anma gerilimi ve dayanım gerilimi (Hi-pot) değerlerini içerir. Tek taraflı endüktans değeri esas olarak ortak modlu empedansın büyüklüğünü belirler. Rdc, kablodaki DC kaybıdır ve bu kaybın neden olduğu sıcaklık artışı, anma akımı sınırını oluşturur. Sonuçta yüksek gerilim hatlarında kullanıldığından dolayı gerilim sınırı ve güvenlik gereksinimleri ayrı olarak işaretlenmiştir. Ancak kullanıcılar genellikle filtreleme etkisini değerlendirmeyi tercih ettiklerinden, genelde katalog kitapçıklarında iki farklı empedans karakteristik eğrisi sunulur. Birincisi Şekil 9-a'da gösterilen ortak mod/ayar modu empedans formudur; diğeri ise Şekil 9-b'de gösterilen 50 Ω+50 Ω sistemine dönüştürülen ortak mod/ayar modu empedansından elde edilen ek kayıp dB (desibel) formunda bir eğridir. Bu iki gösterim eşdeğerdir.

Şek.9 (a) Ortak mod/diferansiyel mod empedans formu (b) Giriş kaybı dB formu

Aynı ortak mod serisi için farklı büyüklüklerdeki paketleme yapıları, farklı akım büyüklüklerine ve filtreleme bant genişliklerine uygundur: boyut ne kadar büyükse manyetik nüvenin manyetik direnci o kadar düşür, bu da sargı tur sayısını azaltarak bakır telin çapını büyütebilir ve daha büyük bir akım döngüsü kullanılabilir hale getirir; indüktans değeri ne kadar yükseltirse veya malzemenin manyetik geçirgenliğinin sabit frekansı ne kadar düşür olursa uygulanabilir filtreleme bant genişliği o kadar daralır ve bu tür bir ortak mod bobini döngüye yerleştirildiğinde yüksek frekanslı ucun gürültü bastırma etkisi olmayabilir.

Codaca Elektronik ortak mod filtre bobinlerinin yaygın kullanımı şu anda başlıca iki kısma ayrılır: sinyal hatları ve güç hatları. 10'dan fazla seri, 50 farklı ebat paketi ve neredeyse 300 farklı standart parça numarası bulunur. Bunlar genellikle birkaç wattan birkaç kilowatta kadar değişen çıkış gücüne sahip olan offline güç kaynaklarında ve CAN BUS, RS485 gibi sinyal hatlarında yaygın olarak kullanılır. AR-GE teknoloji ekibimiz ayrıca kullanıcıların testten analize kadar destek sağlayabilir veya özel adaptasyon spesifikasyonlarını oluşturabilir ve sonunda ilgili EMC sertifikasyonlarının tamamlanmasını sağlayabilir.

Referans

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

[2] CODACA Bobin Ürün Bilgileri： www.codaca.com

[3] Clayton R.Paul. Elektromanyetik Uyumluluk Temelleri. 2. Baskı. Wiley-interscience.

[4] Bhag Singh Guru ve Huseyin R. Hiziroglu. Elektromanyetik Alan Teorisi Temelleri. 2. Baskı. Cambridge University Press.

Fikri Mülkiyet Koruma Açıklaması

CODACA "veya" Codaca "Shenzhen'in tescilli ticari markasıdır Codaca Electronic Co., Ltd. Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd. tarafından yayınlanan veya dağıtılan, fikri mülkiyet içeriği barındıran metin, veri veya diğer türlerdeki kamuya açık bilgilerin kullanımı veya atıf yapılması, Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd.'nin fikri mülkiyet koruma alanına girmektedir. Shenzhen Codaca Electronic Co., Ltd., ilgili fikri mülkiyet açıklamasını, haklarının korunmasını ve diğer koruyucu hakları saklı tutmaktadır. İlgili konularda herhangi bir potansiyel fikri mülkiyet çakışması bulunmadığını netleştirmek için gerekirse Shenzhen Kedajia Electronics Co., Ltd. ile iletişime geçiniz.