Які фактори слід враховувати при налаштуванні дроселів з загальним режимом?

При проектуванні схем, якщо стандартні дросельні фільтри загального режиму не відповідають вимогам, необхідно виготовити індивідуальне рішення. Це забезпечує задушення в загальному режимі можливість задовольнити потреби схеми щодо пригнічення електромагнітних перешкод (ЕМІ), структурного розташування та інших специфікацій. Для налаштування дросельного фільтра загального режиму потрібно обрати відповідні матеріали та конструкцію продукту залежно від конкретного застосування та необхідних параметрів продуктивності. Для інженера-конструктора чітке визначення цих вимог є критично важливим першим кроком.

1.Визначення дросельного фільтра загального режиму

Спочатку з'ясуємо, що таке дросельний фільтр загального режиму.

Визначення: Загальний дросель, також відомий як котушка загального дроселя, складається з двох котушок з однаковою кількістю витків, намотаних у протилежних напрямках на єдиному замкнутому магнітному осерді. Він створює дуже високий імпеданс для шуму загального типу, що дозволяє придушувати завади загального типу. Навпаки, він має дуже низький імпеданс для диференційних сигналів, практично не придушуючи бажаний сигнал.

ПРИНЦИП: Згідно з правилом правої руки, коли через обмотки проходить струм загального типу, магнітні поля, створені двома котушками, посилюють одне одного (Малюнок 1). Це змушує весь компонент мати високий імпеданс, що послаблює сигнал завад. Коли проходить диференційний струм, два створені магнітні поля є рівними та протилежними за напрямком, компенсуючи одне одного (Малюнок 2). Це дозволяє бажаному сигналу струму проходити без перешкод. З цієї причини дроселі загального типу використовуються в схемах для придушення завад загального типу.

Малюнок 1: Коли протікає струм загального типу, магнітні поля посилюють одне одного

Малюнок 2: Коли протікає диференційний струм, магнітні поля компенсують одне одного

2.Основні категорії дроселів з загальним режимом

Дроселі з загальним режимом можна розділити на дві основні категорії залежно від їх застосування: дроселі з загальним режимом для сигнальних ліній та дроселі з загальним режимом для силових ліній .

Нижче наведено стандартну класифікацію продуктів та відповідні моделі продуктів дроселів з загальним режимом на офіційному веб-сайті. Codaca сторінку можна відкрити за цим посиланням:
https://www.codaca.com/Productsctr_Common-Mode-Choke.html

Малюнок 3: Дросель з загальним режимом для сигнальних ліній

Малюнок 4: Дросель з загальним режимом для силових ліній

Інтерпретація параметрів:

На прикладі дроселя зі спільним режимом Codaca CPSQ1515L-203  як приклад:

Таблиця 1: Характеристичні параметри дроселя зі спільним режимом CPSQ1515L-203

① Індуктивність: За однакових умов частоти та паразитної ємності, більша індуктивність призводить до вищого опору.

② Опір: Вищий опір забезпечує кращу фільтруючу здатність. Значення опору змінюється на різних частотах.

Рисунок 5: Крива залежності опору від частоти для дроселя зі спільним режимом CPSQ1515L-203

③ Постійний опір (DCR): Опір, який виникає на затискачах індуктивності за постійного струму; як правило, передбачається нижчий DCR.

④ Номінальний струм: Максимальний струм, який індуктивність може пропускати безперервно, не перегріваючись.

⑤ Номінальна напруга: Напруга, на яку розрахована нормальна робота схеми.

⑥ Випробування високою напругою (ізоляційна міцність): Напруга, яку обмотка може витримати між витками або між обмотками протягом встановленого періоду без пробою.

⑦ Діапазон робочих температур: Діапазон температур, у межах якого компонент може надійно працювати.

3. 6 кроків налаштування дроселя з загальним режимом

Коли стандартні продукти не можуть задовольнити потреби клієнта, потрібно індивідуальне налаштування дроселя з загальним режимом. Після того, як ми уточнили визначення, принцип дії та параметри дроселів з загальним режимом, тепер розглянемо, як підібрати оптимальний варіант для клієнта.

Крок 1: Уточнення вимог клієнта

Аналіз сценарію застосування: Проведіть комплексний аналіз області застосування дроселя з загальним режимом. Це включає конкретне призначення (що визначає необхідний клас продукту — автомобільний чи промисловий), робочу напругу, струм і частоту. Ці фактори безпосередньо впливатимуть на проектування та вибір дроселя з загальним режимом.

Крок 2: Визначення характеристик

Індуктивність: Індуктивність є одним із найважливіших параметрів продуктивності дроселя з загальним режимом і безпосередньо впливає на його застосування. Потрібну індуктивність слід визначати залежно від конкретного випадку використання.
Формула для розрахунку мінімально необхідної індуктивності дроселя з загальним режимом у фільтровому колі (без урахування паразитної ємності) така:

Де — потрібне значення імпедансу на частоті .

Імпеданс: Здатність дроселя з загальним режимом пригнічувати шум загального режиму тісно пов’язана з його імпедансом. Потрібно визначити відповідне значення імпедансу залежно від бажаного ефекту фільтрації.

Крок 3: Виберіть відповідні матеріали та структуру продукту

Матеріал жили: Сердечник використовується для підвищення магнітної проникності котушки, що збільшує інтенсивність магнітної індукції всередині обмотки і, відповідно, підвищує значення індуктивності. Зазвичай вибирають матеріали з високою магнітною проникністю, такі як високопроникний ферит, аморфні або нанокристалічні матеріали. Вибір матеріалу сердечника безпосередньо впливає на робочі характеристики індуктора, а також дозволяє зменшити фізичні розміри продукту.

Матеріал котушки: Котушку зазвичай виготовляють із мідного дроту. Кількість витків та діаметр дроту підбираються залежно від необхідного значення індуктивності та ефективного значення струму.

Формула для розрахунку індуктивності:

μ ₀= Магнітна проникність вакууму

μ _е = Відносна магнітна проникність сердечника

A _е = Ефективна поперечна площа сердечника

л _е = Ефективна довжина магнітного шляху сердечника

Н = Кількість витків котушки

Як видно з формули, для досягнення мініатюризації продукту можна розглянути використання сердечника з вищою магнітною проникністю, щоб зменшити об’єм сердечника.

Структурний проект: З огляду на просторове розташування друкованої плати клієнта, раціонально спроектуйте вертикальну або горизонтальну конструкцію продукту та виберіть тип корпусу з наскрізними отворами або для поверхневого монтажу, щоб забезпечити правильне встановлення дроселя.

Крок 4: Посилання на стандарти безпеки

Звертайтеся до стандартів безпеки, таких як IEC 60664-1 або внутрішніх стандартів клієнта.

Крок 5: Врахування експлуатаційних факторів

Експлуатаційне середовище також впливає на електричні характеристики індуктивності. Під час розробки спеціалізованого дроселя зі спільним режимом слід враховувати такі фактори, як температура, вологість та метод охолодження, щоб забезпечити стабільну роботу в реальних умовах експлуатації.

Крок 6: Тестування продуктивності та оптимізація

Після адаптації дросель зі спільним режимом має пройти перевірку продуктивності, включаючи вимірювання індуктивності, імпедансу та інших параметрів. Якщо результати тестування не відповідають вимогам, проект має бути оптимізований до тих пір, поки не будуть задоволені потреби застосування.

4.Висновок

Отже, налаштування відповідного дроселя загального режиму вимагає всебічного врахування багатьох факторів, зокрема потреб клієнта щодо застосування, матеріалів і конструкції, параметрів продуктивності, вимог безпеки, екологічних чинників, а також тестування та оптимізації роботи. Лише за допомогою наукового аналізу та раціонального проектування можна забезпечити, щоб налаштований дросель загального режиму відповідав вимогам реального застосування.

Група R&D компанії Codaca Electronics має великий досвід у розробці дроселів загального режиму на замовлення. Ми можемо швидко запропонувати відповідні рішення для різних сценаріїв використання продуктів нашими клієнтами. Зв'яжіться з нами, щоб отримати консультацію та додаткову інформацію.