EN
Швидкі посилання
Зі швидким розвитком індустрії транспортних засобів на новій енергії бортовий зарядний пристрій (OBC) стає ключовим компонентом, що з’єднує електромережу та акумуляторну батарею, через що проектування його електромагнітної сумісності (EMC) набуває все більшого значення. Високошвидкісне перемикання потужних елементів у джерелах живлення імпульсного типу породжує високочастотні електромагнітні перешкоди (EMI), які включають як провідні перешкоди спільного та диференційного типів, що поширюються по силових лініях, так і просторові випромінювані перешкоди. Бортові зарядні пристрої повинні мати надійну конструкцію фільтра EMC, щоб адаптуватися до складного електромагнітного середовища в автомобілі, забезпечити власну стабільну роботу та запобігти завадам для іншого електронного обладнання в транспортному засобі. Серед цих компонентів дротяний дросель спільного режиму та π-подібна схема фільтра є основними елементами фільтрації EMC, а вибір індуктивних елементів безпосередньо визначає ефективність фільтрації, загальні габарити системи та її теплову надійність.
1-Джерела EMI-перешкод та архітектура фільтра
Під час роботи OBC високочастотні перемикальні транзистори (IGBT або SiC MOSFET) передньої частини схеми PFC та резонансні ланцюги постійного струму DC-DC-перетворювача задньої частини генерують значну кількість гармонічних складових. Провідний ЕМІ-шум поділяється на два типи :диференційний шум та спільний шум. Диференційні перешкоди виникають між двома лініями живлення (наприклад, між лінією L та лінією N) з протилежними напрямками струму й викликані переважно пульсаціями струму, що виникають у силовому контурі через швидке вмикання та вимикання перемикальних транзисторів; спільні перешкоди виникають між силовими лініями та лінією заземлення (PE) з однаковими напрямками струму й викликані переважно тим, що високовольтні імпульсні вузли під час комутації зв’язуються з землею через паразитну ємність, а також зовнішнім електромагнітним полем .
Вхідний кінець OBC зазвичай оснащений фільтром електромагнітних перешкод типу «пі», у якому використовуються індуктори й конденсатори для придушення електромагнітних перешкод у різних частотних діапазонах. Загальна архітектура мережі фільтрації складається з конденсатора X (для фільтрації диференційних перешкод), загального дроселя, конденсатора Y (для фільтрації спільних перешкод) та диференційного індуктора, розташованих послідовно від сторони мережі, що формує двоступеневу або багатоступеневу структуру фільтрації. Перший ступінь переважно придушує провідні перешкоди й гармоніки зі сторони мережі, тоді як другий ступінь відповідає за додаткове приглушення високочастотного шуму, що виникає під час перемикання. 。
Малюнок 1. Схема OBC
2 — Принцип роботи та вибір основних матеріалів для загальних дроселів
2.1 Працюючий принцип
Заглушка звичайного режиму намотана на замкнене магнітне осердя з котушок, що мають протилежні напрямки та однакову кількість витків, щоб забезпечити пригнічення шуму звичайного режиму з високим імпедансом. Коли через неї проходить струм звичайного режиму, напрямки магнітного потоку в обмотках збігаються й накладаються один на одного, у результаті чого заглушка звичайного режиму демонструє високий імпеданс і, таким чином, ефективно ослаблює сигнали звичайного режиму. Коли через дві обмотки проходить диференційний струм (наприклад, нормальний робочий струм), напрямки магнітних потоків, що виникають у сердечнику, протилежні й взаємно компенсуються, що дозволяє сигналам диференційного режиму проходити практично без ослаблення.
Рисунок 2. Магнітні поля накладаються, коли через них проходить струм звичайного режиму
Рисунок 3. Магнітні поля компенсують один одного, коли через них проходить струм диференційного режиму
Згідно з формулою імпедансу заглушки звичайного режиму:
А також з формулою індуктивності:
Ефективна магнітна проникність μe осердя безпосередньо визначає індуктивність, отриману при заданих розмірах та кількості витків. Чим вища проникність, тим вищий імпеданс при однакових розмірах, що забезпечує сильніший фільтрувальний ефект .
2.2 Підбір матеріалу для магнітного осердя
Поширені матеріали для осердь загальнісних дроселів включають ферити на основі марганцю-цинку, ферити на основі нікелю-цинку, аморфні сплави та нанокристалічні сплави. Різниця в їхніх характеристиках визначає межі їхнього застосування ：
◾ Ферит: Економічно вигідний вибір для середніх та високих частот Застосування
Ферит (наприклад, Mn-Zn, Ni-Zn) став уподобаним матеріалом для загальнісних дроселів високої частоти завдяки високому питомому опору та низьким втратам на вихрові струми. Ферит Mn-Zn чудово працює в діапазоні частот 100 кГц–1 МГц, але його температура Кюрі відносно низька (приблизно 120 °C) ，спричиняє різке зниження проникності при високих температурах; нікель-цинковий ферит підходить для частотних діапазонів вище. Хоча його початкова проникність низька (μ<1000) ，його стабільність на високих частотах є кращою .
◾ Аморфні та нанокристалічні сплави : Остаточне рішення для застосувань на високих частотах із низькими втратами
Аморфні сплави (наприклад, залізо- та кобальт-базовані) утворюють неупорядковану атомну структуру завдяки швидкому процесу гартування, демонструючи надзвичайно високу щільність насичення магнітного потоку (Bs 1,2 Тл) і надзвичайно низькі втрати на високих частотах. Нанокристалічні сплави далі утворюють нанокристалічну структуру шляхом термообробки, зменшуючи втрати більш ніж на 50 % порівняно з феритом у частотному діапазоні 100 кГц–500 кГц і суттєво покращуючи температурну стабільність. Вони підходять для сценаріїв із жорсткими вимогами до ефективності, наприклад, модулів заряджання електромобілів.
2.3 Ключові критерії вибору заглушок для спільних перешкод
（1）Індуктивність: Виберіть відповідну індуктивність, керуючись робочою частотою та характеристиками перешкод зарядного пристрою на борту. Зазвичай вища індуктивність забезпечує краще пригнічення низькочастотних перешкод, але збільшує втрати вставки в колі. Зазвичай індуктивність загальноземних дроселів знаходиться в діапазоні від кількох сотень мікрогенрі до кількох мілігенрі （мГ ）та кількох мілігенрі （мГ ）.
（2) Номінальний струм: Номінальний струм загальноземного дроселя має бути більшим за максимальний робочий струм зарядного пристрою на борту, щоб запобігти зниженню ефективності всієї системи через нагрівання індуктора, а також забезпечити чудову стабільність індуктора при номінальному струмі.
（3) Частотні характеристики: Виберіть загальноземний дросель із гарними характеристиками пригнічення високочастотних перешкод, щоб задовольнити вимоги до пригнічення широкосмугових перешкод зарядного пристрою на борту. Перевірте криву опору від частоти для загальноземного дроселя, щоб переконатися в достатньому опорі в заданому діапазоні частот.
Для сценаріїв застосування OBC високої потужності автомобільні загальні дроселі переважно розробляються під індивідуальні вимоги. Група досліджень і розробок CODACA Electronics має значний досвід у створенні спеціалізованих загальних дроселів і може швидко запропонувати відповідні рішення на основі специфічних вимог замовника.
3 – Принцип π-подібної фільтрувальної схеми та ключові критерії вибору диференційних індукторів
А π фільтрувальна схема складається з двох конденсаторів і диференційного індуктора й має форму літери π він використовує ефект обходу конденсаторів та фільтруючий ефект індуктивностей для ефективного пригнічення диференційних перешкод. У бортових зарядних пристроях ПІ-подібні фільтрові схеми можуть ще більше зменшити перешкоди на живильних лініях та покращити електромагнітну сумісність (EMC). Типова частота перемикання OBC становить 40 кГц–150 кГц, а випробування на кондуктивні випромінювання починаються з 150 кГц. Отже, диференційне фільтрування спрямоване переважно на диференційний шум у діапазоні частот 150 кГц–1 МГц.
Формула частоти зрізу для ПІ-подібного фільтра:
Де Cx — еквівалентна ємність двоступеневих X-конденсаторів у π-подібному фільтрі. (На практиці часто використовують двоступеневі X-конденсатори з однаковою ємністю, тому сумарну еквівалентну фільтрувальну ємність зазвичай консервативно оцінюють на основі значення ємності одного ступеня X-конденсатора). Конструкція має забезпечувати, щоб частота зрізу була значно нижчою за основну частоту перемикання, зазвичай її приймають рівною 1/5–1/10 частоти перемикання, щоб гарантувати, що цільова смуга інтерференційних частот потрапляє в смугу заглушення фільтра.
3.1 Принцип роботи диференційних індуктивностей
Диференціальний індуктор у основному складається з єдиного витка, підключеного послідовно в лінію живлення. Використовуючи імпедансні характеристики індуктора щодо високочастотних струмів, він формує шлях з високим опором для диференціального завадження між лініями L та N, забезпечуючи пригнічення шуму. Під час вибору індуктора перевагу слід надавати екранованим індукторам, щоб зменшити зовнішнє випромінювання та зовнішні перешкоди.
(1) Індуктивність: Індуктивність — це найбазовіший параметр диференціального індуктора, який визначає його здатність пригнічати шум на певних частотах. Під час вибору необхідно враховувати цільовий смуговий діапазон фільтрації; більша індуктивність, як правило, забезпечує суттєвіший ефект пригнічення низькочастотного шуму.
(2) Номінальний струм: Це означає максимальний струм, при якому індуктивність може безпечно працювати тривалий час за вказаних умов підвищення температури. Під час вибору необхідно забезпечити, щоб максимальний робочий струм був меншим за номінальний струм, залишаючи достатній запас (зазвичай ＞ 30%).
(3) Опір постійному струму (DCR): Опір постійному струму — це внутрішній опір обмотки котушки індуктивності за умов постійного струму. Чим нижчий опір DCR, тим менше споживання потужності виникає при проходженні постійного струму, що підвищує загальну ефективність.
Оскільки OBC я належать до автомобільних застосувань, індуктивності повинні відповідати стандартам надійності автозаводської електроніки AEC-Q200. До тестів входять: перевірка електричних характеристик, випробування на механічний удар, вібраційні випробування, випробування міцності виводів, перевірка здатності до паяння, випробування на вологість за наявності напруги, випробування циклічними змінами температури, випробування зберіганням при високій температурі тощо. CODACA може надавати різні типи стандартних потужних продуктів класу «автомобільна техніка».
Нижче наведено приклад деяких індуктори автотехнічного класу .Для отримання додаткової інформації, будь ласка, відвідайте офіційний веб-сайт CODACA Electronics за адресою https://www.codaca.com.cn/, або зв’яжіться зі співробітниками з продажів CODACA. Ми радо приймаємо ваші запити.
Підпис до малюнка: Малюнок 4. Автомобільний індуктор високої якості CODACA