اخبار - سلف حالت مشترک یک منبع تغذیه سوئیچینگ چگونه کار می کند؟

سلف حالت معمولیاغلب در منابع تغذیه سوئیچینگ کامپیوتر برای فیلتر کردن سیگنال های تداخل الکترومغناطیسی حالت رایج استفاده می شود. در طراحی برد، سلف حالت مشترک نیز نقش فیلتر EMI را ایفا می کند که برای سرکوب تابش بیرونی و انتشار امواج الکترومغناطیسی تولید شده توسط خطوط سیگنال پرسرعت استفاده می شود.

به عنوان یکی از اجزای مهم اجزای مغناطیسی، سلف ها به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی قدرت استفاده می شوند. به خصوص در مدارهای قدرت جزء ضروری است. مانند رله های الکترومغناطیسی در تجهیزات کنترل صنعتی و کنتورهای برق الکتریکی (وات-ساعت متر) در سیستم های قدرت. فیلترها در انتهای ورودی و خروجی تجهیزات منبع تغذیه سوئیچینگ، تیونرها در انتهای گیرنده و فرستنده تلویزیون و غیره همگی از سلف ها جدا نیستند. وظایف اصلی سلف ها در مدارهای الکترونیکی عبارتند از: ذخیره انرژی، فیلتر کردن، خفه کردن، رزونانس و غیره. در مدارهای قدرت، از آنجایی که مدارها با انتقال انرژی جریان های زیاد یا ولتاژ بالا سروکار دارند، سلف ها عمدتاً سلف های "نوع قدرت" هستند.

دقیقاً به دلیل اینکه سلف قدرت با سلف پردازش سیگنال کوچک متفاوت است، توپولوژی منبع تغذیه سوئیچینگ در طول طراحی متفاوت است و روش طراحی نیز الزامات خاص خود را دارد که باعث ایجاد مشکلاتی در طراحی می شود.سلف هامدارهای منبع تغذیه فعلی عمدتاً برای فیلتر کردن، ذخیره انرژی، انتقال انرژی و اصلاح ضریب توان استفاده می شوند. طراحی سلف جنبه های زیادی از دانش مانند نظریه الکترومغناطیسی، مواد مغناطیسی و مقررات ایمنی را پوشش می دهد. طراحان برای تصمیم گیری باید درک روشنی از شرایط کاری و پارامترهای مورد نیاز مرتبط (مانند جریان، ولتاژ، فرکانس، افزایش دما، خواص مواد و غیره) داشته باشند. معقول ترین طرح
طبقه بندی سلف ها:
سلف ها را می توان بر اساس محیط کاربرد، ساختار محصول، شکل، کاربرد و ... به انواع مختلفی تقسیم کرد. معمولاً طراحی سلف با استفاده و محیط کاربردی به عنوان نقطه شروع شروع می شود. در منابع تغذیه سوئیچینگ، سلف ها را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

حالت معمولی خفه کردن

حالت عادی خفه کردن

تصحیح ضریب قدرت - خفه کردن PFC

سلف جفت شده متقاطع (چوک کوپلر)

سلف صاف کننده ذخیره انرژی (Smooth Choke)

سیم پیچ تقویت کننده مغناطیسی (سیم پیچ MAG AMP)

سلف های فیلتر حالت معمولی نیاز دارند که دو سیم پیچ دارای مقدار اندوکتانس یکسان، امپدانس یکسان و غیره باشند، بنابراین این نوع سلف ها طرح های متقارن را اتخاذ می کنند و شکل آنها بیشتر TOROID، UU، ET و اشکال دیگر است.
سلف های حالت معمول چگونه کار می کنند:
سلف فیلتر حالت معمولی به سیم پیچ چوک حالت معمولی (که از این پس به عنوان سلف حالت مشترک یا CM.M.Choke نامیده می شود) یا فیلتر خط نیز نامیده می شود.

درمنبع تغذیه سوئیچینگ، به دلیل تغییرات سریع جریان یا ولتاژ در دیود یکسو کننده، خازن فیلتر و سلف، منابع تداخل الکترومغناطیسی (نویز) ایجاد می شود. در عین حال، نویزهای هارمونیک با مرتبه بالا به غیر از فرکانس برق در منبع تغذیه ورودی وجود دارد. اگر این تداخل ها حذف نشوند، Suppression باعث آسیب به تجهیزات بار یا خود منبع تغذیه سوئیچینگ می شود. بنابراین، آژانس های نظارتی ایمنی در چندین کشور مقرراتی را در مورد انتشار تداخل الکترومغناطیسی (EMI) صادر کرده اند.

مقررات کنترل مربوطه در حال حاضر فرکانس سوئیچینگ منابع تغذیه سوئیچینگ به طور فزاینده ای بالا می رود و EMI به طور فزاینده ای جدی می شود. بنابراین، فیلترهای EMI باید در منابع تغذیه سوئیچینگ نصب شوند. فیلترهای EMI باید هم حالت عادی و هم نویز حالت معمولی را برای برآوردن الزامات خاص سرکوب کنند. استاندارد فیلتر حالت عادی وظیفه فیلتر کردن سیگنال تداخل حالت دیفرانسیل بین دو خط در انتهای ورودی یا خروجی را بر عهده دارد و فیلتر حالت معمولی وظیفه فیلتر کردن سیگنال تداخل حالت مشترک بین دو خط ورودی را بر عهده دارد. سلف های حالت رایج واقعی را می توان به سه نوع تقسیم کرد: AC CM.M.CHOKE; DC CM.M.CHOKE و SIGNAL CM.M.CHOKE به دلیل محیط های کاری متفاوت. هنگام طراحی یا انتخاب باید آنها را متمایز کرد. اما اصل کار آن دقیقاً مشابه است، همانطور که در شکل (1) نشان داده شده است:

همانطور که در شکل نشان داده شده است، دو مجموعه سیم پیچ با جهت مخالف بر روی یک حلقه مغناطیسی پیچیده شده اند. طبق قانون لوله مارپیچ سمت راست، وقتی یک ولتاژ حالت دیفرانسیل با قطب مخالف و دامنه سیگنال یکسان به پایانه های ورودی A و B اعمال می شود، هنگامی که یک جریان i2 در خط جامد نشان داده می شود و یک شار مغناطیسی وجود دارد. Φ2 نشان داده شده در خط جامد در هسته مغناطیسی تولید می شود. تا زمانی که دو سیم پیچ کاملاً متقارن باشند، شارهای مغناطیسی در دو جهت مختلف در هسته مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند. کل شار مغناطیسی صفر است، اندوکتانس سیم پیچ تقریباً صفر است و هیچ اثر امپدانسی روی سیگنال حالت عادی وجود ندارد. اگر یک سیگنال حالت مشترک با قطبیت یکسان و دامنه برابر به پایانه های ورودی A و B اعمال شود، یک جریان i1 با خط نقطه چین نشان داده می شود و یک شار مغناطیسی Φ1 نشان داده شده توسط خط نقطه چین در مغناطیسی ایجاد می شود. هسته، سپس شار مغناطیسی در هسته خواهد شد آنها جهت یکسانی دارند و یکدیگر را تقویت می کنند، به طوری که مقدار اندوکتانس هر سیم پیچ دو برابر زمانی است که به تنهایی وجود دارد و XL =ωL. بنابراین، سیم پیچ این روش سیم پیچ دارای اثر سرکوب قوی بر تداخل حالت رایج است.

فیلتر EMI واقعی از L و C تشکیل شده است. هنگام طراحی، مد دیفرانسیل و مدارهای سرکوب حالت مشترک اغلب با هم ترکیب می شوند (همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است). بنابراین، طراحی باید بر اساس اندازه خازن فیلتر و مقررات ایمنی مورد نیاز باشد. استانداردها در مورد مقادیر سلف تصمیم می گیرند.
در شکل L1، L2 و C1 یک فیلتر حالت عادی و L3، C2 و C3 یک فیلتر حالت مشترک را تشکیل می دهند.

طراحی سلف حالت مشترک
قبل از طراحی یک سلف حالت مشترک، ابتدا بررسی کنید که سیم پیچ باید با اصول زیر مطابقت داشته باشد:

1 > در شرایط کار عادی، هسته مغناطیسی به دلیل جریان منبع تغذیه اشباع نمی شود.

2 > باید امپدانس کافی برای سیگنال های تداخل فرکانس بالا، پهنای باند معین و حداقل امپدانس برای جریان سیگنال در فرکانس کاری داشته باشد.

3 > ضریب دمای سلف باید کوچک باشد و ظرفیت توزیع شده باید کوچک باشد.

4> مقاومت DC باید تا حد امکان کوچک باشد.

5> اندوکتانس القایی باید تا حد امکان بزرگ باشد و مقدار اندوکتانس باید پایدار باشد.

6 > عایق بین سیم پیچ ها باید الزامات ایمنی را برآورده کند.

مراحل طراحی سلف حالت متداول:

مرحله 0 کسب SPEC: سطح مجاز EMI، محل برنامه.

مرحله 1 مقدار اندوکتانس را تعیین کنید.

مرحله 2 مواد اصلی و مشخصات تعیین می شود.

مرحله 3 تعداد دور سیم پیچ و قطر سیم را تعیین کنید.

مرحله 4 اثبات

مرحله 5 تست

نمونه های طراحی
مرحله 0: مدار فیلتر EMI همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است

CX = 1.0 Uf Cy = 3300PF سطح EMI: Fcc کلاس B

نوع: Ac Common Mode Choke

مرحله 1: اندوکتانس (L) را تعیین کنید:

از نمودار مدار می توان دریافت که سیگنال حالت مشترک توسط فیلتر حالت مشترک متشکل از L3، C2 و C3 سرکوب می شود. در واقع L3، C2 و C3 دو مدار سری LC را تشکیل می دهند که به ترتیب نویز خطوط L و N را جذب می کنند. تا زمانی که فرکانس قطع مدار فیلتر مشخص شده باشد و ظرفیت C مشخص باشد، اندوکتانس L را می توان با فرمول زیر بدست آورد.

fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C

معمولاً پهنای باند تست EMI به شرح زیر است:

تداخل انجام شده: 150KHZ → 30MHZ (توجه: استاندارد VDE 10KHZ – 30M)

تداخل تابشی: 30 مگاهرتز 1 گیگاهرتز

فیلتر واقعی نمی تواند به منحنی امپدانس تند فیلتر ایده آل دست یابد و فرکانس قطع را معمولاً می توان در حدود 50 کیلوهرتز تنظیم کرد. در اینجا، با فرض fo = 50KHZ، پس

L =1/(2πfo)2C = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *3300*10-12] = 3.07mH

L1، L2 و C1 یک فیلتر حالت عادی (کم گذر) را تشکیل می دهند. ظرفیت بین خطوط 1.0uF است، بنابراین اندوکتانس حالت عادی:

L = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *1*10-6] = 10.14uH

به این ترتیب می توان مقدار اندوکتانس مورد نیاز نظری را بدست آورد. اگر می خواهید فرکانس قطع کمتری برای fo بدست آورید، می توانید مقدار اندوکتانس را بیشتر افزایش دهید. فرکانس قطع معمولاً کمتر از 10 کیلوهرتز نیست. از نظر تئوری، هرچه اندوکتانس بالاتر باشد، اثر سرکوب EMI بهتر است، اما اندوکتانس بیش از حد بالا فرکانس قطع را پایین‌تر می‌آورد و فیلتر واقعی فقط می‌تواند به پهنای باند خاصی دست یابد، که باعث بدتر شدن اثر سرکوب نویز فرکانس بالا می‌شود (به طور کلی مولفه نویز منبع تغذیه سوئیچینگ حدود 5 تا 10 مگاهرتز است، اما مواردی وجود دارد که از 10 مگاهرتز فراتر می رود. علاوه بر این، هر چه اندوکتانس بالاتر باشد، سیم پیچ بیشتر چرخش دارد، یا رابط کاربری CORE بالاتر است، که باعث می شود امپدانس فرکانس پایین افزایش یابد (DCR بزرگتر می شود). با افزایش تعداد چرخش ها، ظرفیت پراکنده نیز افزایش می یابد (همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است) و به تمام جریان های فرکانس بالا اجازه می دهد تا از این ظرفیت عبور کنند. UI بسیار بالا باعث می شود که CORE به راحتی اشباع شود و همچنین تولید آن بسیار دشوار و پرهزینه است.
مرحله 2 مواد هسته و اندازه را تعیین کنید

با توجه به الزامات طراحی فوق، می توان فهمید که سلف حالت معمولی باید به سختی اشباع شود، بنابراین لازم است ماده ای با نسبت زاویه BH پایین انتخاب شود. از آنجایی که مقدار اندوکتانس بالاتری مورد نیاز است، مقدار رابط کاربری هسته مغناطیسی نیز باید بالا باشد، و همچنین باید با تلفات هسته کمتر و مقدار Bs بالاتر، ماده فریت منگنز-روی CORE در حال حاضر مناسب‌ترین ماده هسته است که مطابق با الزامات فوق

هیچ مقررات خاصی در مورد اندازه COEE در طول طراحی وجود ندارد. در اصل، فقط باید اندوکتانس مورد نیاز را برآورده کند و اندازه محصول طراحی شده را در محدوده تلفات فرکانس پایین مجاز به حداقل برساند.

بنابراین، استخراج مواد CORE و SIZE باید بر اساس هزینه، تلفات مجاز، فضای نصب و غیره بررسی شود. نسبت زاویه BH، اما رابط کاربری آن کم است، بنابراین به طور کلی در سلف های حالت معمولی استفاده نمی شود، اما این نوع هسته یکی از سلف های حالت عادی است. مواد ترجیحی

مرحله 3 تعداد دور N و قطر سیم dw را تعیین کنید

ابتدا مشخصات CORE را مشخص کنید. به عنوان مثال، در این مثال، T18*10*7، A10، AL = 30±8230٪، سپس:

N = √L / AL = √(3.07*106) / (8230*70%) = 23 TS

قطر سیم بر اساس چگالی جریان 3 ~ 5A/mm2 است. اگر فضا اجازه دهد، چگالی جریان را می توان تا حد امکان کم انتخاب کرد. فرض کنید که جریان ورودی I i = 1.2A در این مثال، J = 4 A/mm2 را در نظر بگیرید.

سپس Aw = 1.2 / 4 = 0.3 mm2 Φ0.70 mm

سلف حالت مشترک واقعی باید از طریق نمونه های واقعی آزمایش شود تا قابلیت اطمینان طرح تایید شود، زیرا تفاوت در فرآیندهای تولید نیز منجر به تفاوت در پارامترهای سلف می شود و بر اثر فیلتر کردن تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، افزایش ظرفیت خازن توزیع شده باعث ایجاد نویز با فرکانس بالا می شود. انتقال راحت تر عدم تقارن دو سیم پیچ باعث می شود که تفاوت اندوکتانس بین دو گروه بزرگتر شود و امپدانس خاصی نسبت به سیگنال حالت عادی ایجاد کند.

خلاصه کنید
1 > عملکرد سلف حالت مشترک فیلتر کردن نویز حالت مشترک در خط است. طراحی مستلزم آن است که دو سیم پیچ ساختاری کاملا متقارن و پارامترهای الکتریکی یکسان داشته باشند.

2 > ظرفیت توزیع شده سلف حالت مشترک تأثیر منفی بر سرکوب نویز فرکانس بالا دارد و باید به حداقل برسد.

3 > مقدار اندوکتانس سلف حالت مشترک مربوط به باند فرکانس نویز است که باید فیلتر شود و خازن مطابقت دارد. مقدار اندوکتانس معمولا بین 2mH ~50mH است.

منبع مقاله: تجدید چاپ شده از اینترنت

Xuange در سال 2009 تاسیس شدترانسفورماتورهای فرکانس بالا و پایین، سلف ها ومنبع تغذیه درایو LEDتولید شده به طور گسترده در منابع تغذیه مصرف کننده، منابع تغذیه صنعتی، منابع تغذیه انرژی جدید، منابع تغذیه LED و سایر صنایع استفاده می شود.
Xuange Electronics در بازارهای داخلی و خارجی از شهرت خوبی برخوردار است و ما می پذیریمسفارشات OEM و ODM.چه محصول استانداردی را از کاتالوگ ما انتخاب کنید یا برای سفارشی‌سازی به دنبال کمک باشید، لطفاً در مورد نیازهای خرید خود با Xuange صحبت کنید.

https://www.xgelectronics.com/products/

ویلیام (مدیر کل فروش)

0868 8873 186 (برنامه Whats/We-Chat)

ایمیل:sales@xuangedz.com

liwei202305@gmail.com

(مدیر فروش)

0415 6585 186 (برنامه Whats/We-Chat)

E-Mail: sales01@xuangedz.com

(مدیر بازاریابی)

2249 6133 153 (برنامه Whats/ما چت)

E-Mail: sales02@xuangedz.com

زمان ارسال: مه-28-2024