EN
Hızlı Bağlantılar
Yeni enerji taşıtları endüstrisindeki hızlı gelişimle birlikte, Araç İçinde Şarj Cihazı (OBC), elektrik şebekesi ile traksiyon akü sistemi arasındaki temel bağlantı bileşeni haline gelmiştir; bu nedenle elektromanyetik uyumluluk (EMC) tasarımı giderek daha kritik hâle gelmektedir. Anahtarlama modlu güç kaynaklarındaki yüksek hızda anahtarlama yapan güç elemanları, yüksek frekanslı EMI gürültüsü oluşturur; bu gürültü, hem güç hatları boyunca iletilen ortak mod ve diferansiyel mod iletim gürültüsünü hem de uzayda yayılan radyasyon gürültüsünü içerir. Araç içi şarj cihazları, karmaşık otomotiv elektromanyetik ortamına uyum sağlayabilmek, kendi kararlı çalışmasını sürdürebilmek ve araçtaki diğer elektronik ekipmanlara müdahale etmemek için sağlam bir EMC filtre tasarımı gerektirir. Bunlar arasında ortak mod bobini ve π-tipi filtre devresi, EMC filtreleme sistemlerinin temel bileşenleridir; indüktör seçimi doğrudan filtreleme performansını, toplam sistem hacmini ve termal güvenilirliği belirler.
1-EMI Gürültü Kaynakları ve Filtre Mimarisi
Bir OBC çalışırken, ön uç PFC devresinin yüksek frekanslı anahtarlama transistörleri (IGBT'ler veya SiC MOSFET'ler) ile arka uç DC-DC dönüştürücünün rezonans devreleri önemli miktarda harmonik bileşen üretir. İletilen EMI gürültüsü iki türe ayrılır :fark modu gürültüsü ve ortak mod gürültüsü. Fark modu girişim, iki güç girişi hattı arasında (örneğin L hattı ile N hattı arasında) ters yönlü akımlarla oluşur ve anahtarlama transistörlerinin yüksek hızda açılması ve kapanması sonucu güç döngüsünde oluşan akım dalgalanmaları tarafından temelde meydana gelir; ortak mod girişim ise güç hatları ile toprak hattı (PE) arasında aynı yönlü akımlarla oluşur ve anahtarlama işlemi sırasında yüksek gerilimli geçici düğümlerin parazit kapasitans yoluyla toprağa bağlantısı ile dış elektromanyetik alanın bağlantısı tarafından temelde meydana gelir .
Bir OBC'nin giriş ucu genellikle bir π-tipi EMI filtre devresiyle donatılmıştır; bu devre, farklı frekans bantlarında elektromanyetik gürültüyü bastırmak için bobinler ve kapasitörlerin bir kombinasyonunu kullanır. Filtreleme ağının genel mimarisi, şebeke tarafından başlayarak sırasıyla X kapasitörü (diferansiyel mod filtreleme), ortak mod bobini, Y kapasitörü (ortak mod filtreleme) ve diferansiyel mod bobininden oluşur; bu yapı iki aşamalı veya çok aşamalı bir filtreleme sistemini oluşturur. Ön aşama, çoğunlukla şebeke tarafından iletilen gürültüleri ve harmonikleri işlerken, arka aşama, anahtarlama işlemlerinden kaynaklanan yüksek frekanslı gürültüyü daha da azaltmaktan sorumludur. 。
Şekil 1. OBC Şematik Diyagramı
2- Ortak Mod Bobinleri İçin Çalışma Prensibi ve Temel Malzeme Seçimi
2.1 Çalışma prensibi
Ortak mod süzgeci, ortak mod gürültüsünü yüksek empedansla bastırmak amacıyla sarılmış, kapalı bir manyetik çekirdek üzerine zıt yönlü ve aynı sarım sayısına sahip bobinlerden oluşur. Ortak mod akımı geçtiğinde, sarımların manyetik akı yönleri aynı olur ve birbirini destekler; bu da ortak mod süzgecinin yüksek bir empedans göstermesine neden olur ve böylece ortak mod sinyalleri etkili bir şekilde zayıflatılır. Farklı mod akımı (örneğin normal çalışma akımı) iki sarımdan geçtiğinde, çekirdek içinde oluşan manyetik akı yönleri birbirine zıttır ve birbirini iptal eder; bu durumda farklı mod sinyalleri neredeyse hiçbir zayıflatma olmadan geçebilir.
Şekil 2. Ortak mod akımı geçtiğinde manyetik alanlar birbirini destekler
Şekil 3. Farklı mod akımı geçtiğinde manyetik alanlar birbirini iptal eder
Ortak mod süzgecinin empedans formülüne göre:
Ve endüktans formülüne göre:
Çekirdeğin etkili manyetik geçirgenliği μe, belirli bir boyut ve sarım sayısı altında elde edilen endüktansı doğrudan belirler. Geçirgenlik ne kadar yüksekse, aynı boyutta empedans da o kadar yüksek olur ve böylece filtreleme etkisi daha kuvvetli olur .
2.2 Manyetik çekirdek malzeme seçimi
Ortak mod şok bobinleri için yaygın olarak kullanılan çekirdek malzemeleri arasında manganez-çinko ferrit, nikel-çinko ferrit, amorfsaş ve nanokristal alaşımlar bulunur. Karakteristiklerindeki farklılıklar, uygulama sınırlarını belirler ：
◾ Ferrit: Orta ve Yüksek Frekanslar İçin Maliyet Etkin Bir Seçim Uygulamalar
Ferrit (Mn-Zn, Ni-Zn gibi) yüksek dirençliliği ve düşük Foucault akımı kaybı nedeniyle yüksek frekanslı ortak mod şok bobinleri için tercih edilen malzeme haline gelmiştir. Mn-Zn ferrit 100kHz-1MHz frekans bandında mükemmel performans gösterir, ancak Curie sıcaklığı nispeten düşüktür (yaklaşık 120℃) ，yüksek sıcaklıklarda geçirgenliğin keskin bir şekilde düşmesine neden olur; Ni-Zn ferrit, yüksek frekans bantları için uygundur. Başlangıç geçirgenliği düşük olsa da (μ<1000) ，yüksek frekans kararlılığı üstünür .
◾ Amorf ve Nanokristalin Alaşımlar : Yüksek Frekans, Düşük Kayıp Uygulamaları İçin Nihai Çözüm
Amorf alaşımlar (demir bazlı ve kobalt bazlı gibi), hızlı soğutma işlemiyle düzensiz bir atomik yapı oluşturur ve son derece yüksek doygunluk manyetik akı yoğunluğuna (Bs: 1,2 T) ve son derece düşük yüksek frekans kaybına sahiptir. Nanokristalin alaşımlar, ısı işlemiyle daha da nanokristalin bir yapı oluşturur ve 100 kHz–500 kHz frekans bandında ferrite göre kayıpları %50’den fazla azaltır; ayrıca sıcaklık kararlılığını önemli ölçüde artırır. Elektrikli araç şarj modülleri gibi verimlilik gereksinimleri çok katı olan senaryalara uygundur.
2.3 Ortak Mod Süzgeçleri İçin Temel Seçim Kriterleri
（1）Indüktans: Araç içi şarj cihazının çalışma frekansı ve girişim özellikleri dikkate alınarak uygun endüktans değeri seçilmelidir. Genellikle daha yüksek bir endüktans, düşük frekanslı girişim bastırılmasında daha iyi performans sağlar ancak devrenin ekleme kaybını artırır. Tipik olarak, ortak mod bobinlerinin endüktans değeri birkaç yüz mikrohenri ile birkaç milihenri arasında değişir. （μH ）ve birkaç milihenri （mH ）.
（2) Anma Akımı: Ortak mod bobininin anma akımı, araç içi şarj cihazının maksimum çalışma akımından büyük olmalıdır; bu, indüktörün ısınmasına bağlı olarak tüm sistemin veriminde azalmayı önler ve aynı zamanda bobinin anma akımı altında mükemmel kararlılığını sağlar.
（3) Frekans Özellikleri: Araç içi şarj cihazının geniş bantlı girişim bastırma gereksinimlerini karşılayacak şekilde, yüksek frekansta iyi bastırma özelliklerine sahip bir ortak mod bobini seçilmelidir. Hedef frekans aralığında yeterli empedans sağlanmasını sağlamak için ortak mod bobininin empedans-karşı-frekans eğrisi kontrol edilmelidir.
Yüksek güçli OBC uygulama senaryoları için otomotiv sınıfı ortak mod süzgeç bobinleri, öncelikle özel taleplere dayalı olarak geliştirilir. CODACA Electronics AR-GE ekibi, ortak mod süzgeç bobinlerinin özelleştirilmiş geliştirilmesinde kapsamlı deneyime sahiptir ve müşteriye özel karakteristik gereksinimlere göre hızlıca uyumlu ürün çözümleri sunabilir.
3- Prensibi π-tipi Süzgeç Devresi ve Fark Modu Bobinleri İçin Temel Seçim Kriterleri
Bir π süzgeç devresi, iki kapasitör ve bir fark modu bobininden oluşur; harf şeklinde bir yapıya sahiptir π . Bu, kondansatörlerin atlayıcı etkisini ve bobinlerin süzgeç etkisini kullanarak diferansiyel mod girişimini etkili bir şekilde bastırır. Taşıt içi şarj cihazlarında (OBC), π-tipi süzgeç devreleri güç hatlarındaki girişim sinyallerini daha da azaltabilir ve EMC performansını artırabilir. Bir OBC’nin tipik anahtarlama frekansı 40 kHz ile 150 kHz arasındadır ve iletilen emisyon testleri 150 kHz’den başlar. Dolayısıyla diferansiyel mod süzgeçleme, öncelikle 150 kHz ile 1 MHz frekans bandındaki diferansiyel mod gürültüye yöneliktir.
Π-tipi süzgecin kesim frekansı formülü şöyledir:
Cx, π-tipi süzgeçteki iki kademe X kondansatörlerinin eşdeğer kapasitansıdır. (Gerçek tasarımlarda, aynı kapasiteye sahip iki kademe X kondansatörü sıklıkla kullanılır; bu nedenle toplam eşdeğer süzgeç kapasitesi genellikle tek kademe X kondansatör değeri temel alınarak korumacı bir şekilde tahmin edilir.) Tasarım, kesim frekansının ana anahtarlama frekansından önemli ölçüde daha düşük olmasını sağlamalıdır; tipik olarak anahtarlama frekansının 1/5’i ile 1/10’u arasında seçilir. Böylece hedef gürültü frekans bandı süzgecin durdurma bandı içine düşer.
3.1 Diferansiyel Mod İndüktörlerin Çalışma Prensibi
Diferansiyel mod bobini çoğunlukla, güç girişi hattı içinde seri olarak bağlanan tek bir sargıdan oluşur. Bobinin yüksek frekanslı akımlara karşı gösterdiği empedans özelliklerinden yararlanarak, L hattı ile N hattı arasındaki diferansiyel mod girişimine yüksek empedanslı bir yol oluşturur ve bu sayede gürültü bastırma sağlanır. Bir bobin seçilirken, dışarıya yayılan radyasyonu ve dış etkileri azaltmak için kılıflı bobinler tercih edilmelidir.
(1) Endüktans: Endüktans, diferansiyel mod bobininin en temel parametresidir ve belirli frekanslarda gürültüyü bastırma yeteneğini belirler. Seçim yapılırken hedef filtreleme frekans bandı dikkate alınmalıdır; genellikle daha büyük endüktans değerleri düşük frekanslı gürültüye karşı daha belirgin bastırma etkisi sağlar.
(2) Anma Akımı: Bu, belirtilen sıcaklık artışı koşulları altında endüktansın güvenli bir şekilde uzun süre çalışabileceği maksimum akımı ifade eder. Seçim yapılırken maksimum çalışma akımının, anma akımından daha küçük olması ve yeterli bir güvenlik payı (genellikle ＞ 30%).
(3) Doğru Akım Direnci (DCR): Doğru akım direnci, endüktansın sargı bobininde doğru akım koşullarında gösterdiği iç direnci ifade eder. DCR değeri ne kadar düşükse, doğru akım geçtiğinde oluşan güç tüketimi de o kadar az olur; bu da genel verimliliği artırır.
OBC'ler b otomotiv uygulamalarına ait olduğu için endüktanslar AEC-Q200 otomotiv elektroniği güvenilirlik standartlarını karşılamak zorundadır. Test kalemleri şunlardır: elektriksel performans testleri, mekanik darbe testleri, titreşim testleri, uç dayanımı testleri, lehimlenebilirlik testleri, yüklü nem testleri, sıcaklık döngüsü testleri, yüksek sıcaklıkta depolama testleri vb. CODACA, çeşitli türde standart otomotiv sınıfı güç ürünleri sunabilir.
Aşağıda bazılarının bir sergisi yer almakta otomotiv sınıfı indüktörler .Ayrıntılar için lütfen CODACA Electronics'in resmi web sitesini ziyaret edin: https://www.codaca.com.cn/, ya da CODACA satış personeliyle iletişime geçin. Sorularınız memnuniyetle karşılanır.
Şekil Başlığı: Şekil 4. CODACA Otomotiv Sınıfı Endüktör