ההשפעה של החלפת תדירות על תאימות אלקטרומגנטית

מימון תדירות ההחלפה ב-Power Electronics

תדירות המעבר מגדיר את השיעור שבו מכשיר מוליכים למחצה כוח, כגון MOSFET או IGBT, מעברים בין המדינות על ומחוץ למדינות בתוך מעבר רגולטורי או אספקת כוח. פרמטר זה, אשר בא לידי ביטוי בקילורץ (kHz) או מגה-הרץ (M), משפיע ישירות על גודל של רכיבים פסיביים - מחנכים, מהפך, ו capacitors - כמו גם את הכוח הכולל של קיבולת של תאים מגנטיים פחות.

תהליך המעבר יוצר מתח וגלימות גל נוכחיות עם שיעורי שינוי גבוהים (dV / dI / dI / DI / DI), אשר מעוררים קפיצות פרסיטיות ו inductances במעגל. אלמנטים טפילטיים אלה פועלים כמו אנאנטות לא מכוונת, קרינה או ביצוע רעש בתדרים הקשורים לתדירות המעבר והנזקים שלה.

ממירי כוח מודרניים משתמשים לעתים קרובות במודולציה דו-ממדית (PWM) עם תדירות מעבר קבוע, אבל תוכניות תדר משתנה גם קיימות.קבוע- ⁇ PWM הוא פשוט יותר לסנן כי ספקטרום הרעש מוגדר היטב, בעוד טכניקות תדר משתנה יכולות להפיץ את הרעש על להקה רחבה יותר, צמצום פליטות השיא בכל תדירות אחת.

כיצד החלפת תדירות מעצבת את הספקטרום EMI

פליטות אלקטרומגנטיות ממיר מעבר מורכב משני דו-מבד (DM) ורכיבי-מודד (CM) שונים-mode רעש זורם בין קווי האספקה והוא נגרמת בעיקר על ידי זרם הקרוע דרך מסנן הפלט פילטר inductor ו-Frencettor. aschange עולה, את גודל הרעש הנוכחי עבור זרם נתון נתון, ירידה פוטנציאלית נמוך יותר מאשר החלפת ספקטרום זה, עם זאת, עם זאת, 000 גבוה יותר, עם זאת, עם זאת, 000 קיבולת גבוהה יותר, עם זאת, עם זאת, 000 קיבולת גבוהה יותר של מעבר גבוה יותר, עם זאת, עם זאת, 000 ספקטרום גבוה יותר של ספקטרום גבוה יותר, עם זאת, 000.

רעש משותף עולה מן ההפיכה הקפיטית בין המעבר Node לבין הקרקע, לעתים קרובות דרך תנור חום או טרנספורמטיבי בין capacitance. בתדרים מעבר גבוה יותר, את האימפולס של אלה קפצוציטים parasitic יורד, המאפשר זרם גבוה יותר של 32 ⁇ כדי לזרום לתוך נתיב הקרקע.זה עולה CM ב -150 ל- M לטווח, אשר בדרך כלל נשלטים על ידי ציוד אנרגיה 1PR (R) או RCM משמעותי (R) או מולטימדיה) או יותר) על ידי HIV.

הפגנה מעשית של תופעה זו ניתן לצפות על ידי השוואת אספקת 100 kHz מעבר עם עיצוב 2 מהרץ. אספקת 100 kHz תציג הרמוניות דומיננטיות ב 100 kHz, 200 kHz, 300 kHz, וכן הלאה, עם ירידה amplitude. 2 MHz עיצוב לשנות את הנזקים האלה בטווח 2Hz, 000 הרץ, שבו פליטות הם יותר צפויים לעלות על ידי מערכת התקשורת הפדרלית (FIS) או פילטר בינלאומי (ועדת טיפול).

תקני EMC ושיקולי נאותות

תקני תאימות אלקטרומגנטיים מגדירים את הרמות המותרות המקסימליות של פליטות ונדחות וקרינה, כמו גם קריטריונים חסינות. עבור אלקטרוניקה מסחרית, מסגרות הרגולטוריות הנפוצות ביותר הן FCC חלק 15 (ארה"ב), CISPR 32 (אירופה), ואת הסטנדרטים המקבילים המוזיקים באזורים אחרים.תקנים אלה מסווגים ציוד ל- Class A (inrial) ו- Class B (sidential) עם רמה B, עם שינוי סיכון גבוה יותר של החלפת תדרי של Xacid משותף, אשר חייב להשפיע ישירות על תדירות של פילטרים של כל התדירות גבוהה יותר של פילטרים של Xcapi-X-Ed-i-i-i-i-D.

דוגמה: אספקת כוח מסוג B במעבר ב-1 MHz חייבת להציג פליטות מתחת ל-250 מיקרו-V בתדר הבסיסי (1 MHz) כאשר נמדדת עם רשת ייצוב קו (LISN) אם גל המעבר מכיל יותר מדי אפשרויות או זיהוי טבעת, amplitude הרמוני ב 3Hz יכול לעלות על הגבול על ידי 10-15B, הדורש סינון נוסף או ניתוב נוסף כולל כמה רמות זיהום (p) עדיין ניתן לציין את רמות הפחתת גובה אלה.

עבור סביבות תובעניות יותר כגון מכשירים רפואיים (IEC 60601-1-2) או מערכות צבאיות (MIL-STD-461), טווח התדר משתרע מעבר 1 GHz, וגבולות הפליטה נמוכים יותר. במקרים אלה, מעבר לתדרים מעל כמה מגה-הרץ דורש לעתים קרובות טכניקות מיגנציה מתקדמות כמו הרחבת ספקטרום, סינון פעיל או מסננים רב-שלבים.

אסטרטגיות עיצוב עבור אופטימיזציה EMC במגוון רחב של תדירות החלפת

בחירת תדירות ו Modulation Schemes

ההחלטה הראשונה בכל עיצוב המרתף היא הבחירה של תדירות המעבר עצמו. תדרים נמוכים (below 200 kHz) להקל על עיצוב מסנן כי הרמוניות הרץ הם היטב בטווח של מחנכים קונבנציונליים ו capaciacitors, אבל הם דורשים רכיבים מגנטיים גדולים יותר ועלול לייצר רעש חד-משמעי.מיד-טווח (200 kHz ל 2 MHz) מציעים איזון טוב בין מורכבות, והם משמשים באופן נרחב יותר ל-CDCs, אבל צריך להיות מכווץ יותר כדי למזערי יותר ויותר.

Pro-spectrum Modulation משתנה בכוונה את תדירות המעבר בטווח קטן (למשל, ±5% ממוקד על ערך נומינאלי) להפיץ את האנרגיה על פני רוחב פס רחב יותר.טכניקה זו יכולה להפחית את פליטות הנעשית על ידי 5-10 dB מבלי להוסיף רכיבים פסיביים.עם זאת, ספקטרום מתפשט עשוי להציג רעש חד-משמעי בתדר Modulation (ply 10-100 הרץ), והוא יכול להפחית את הפחתת יעילות של ספקטרום עם לעתים קרובות לשלב אפקטים אחרים.

מקום ה-PCout and Component Placement

אופטימיזציה ליירוט היא האסטרטגיה היעילה ביותר לשליטה ב-EMI ללא ספירת רכיב גוברת.הכלל המרכזי הוא למזער את האזור של לולאות נוכחיות גבוהות, במיוחד הלולאה הכוח הכוללת את ה-Facitor קלט, את מכשיר ההחלפה, ואת הדירקורד המשחרר או החלפת הסינכרון. אזור לולאה קטן מפחית את החדירה ואת השדה המגנטי המקר כולל את השכבה הנמוכה ביותר לניקוזבת, ללא אות רגישה, ללא צורך, ללא אותות מגובה, כמו גם על גביית, ללא אות רגישה, ללא קוד פתוח, ומנעה, ללא אות מסמן, ומנעה, כמו גם על גבי משטח זה, כמו גם על גבי משטח זהה, כמו גם על גבי משטח זהה, ללא אות מנקה קרוב ככל האפשר של קוד ריצוף נמוך, ללא אות נמוך, ללא אות מכווץ קרוב ככל האפשר, כמו גם על גבי משטח לולאה, ללא אותות מנקה קרוב ככל האפשר של קוד פתוח, ללא אות מסמן נמוך, ללא ירידה נמוכה, כמו גם על גבי משטח של מומנטום של מומנטום של מומנטום של מומנטום של מומנטום של מומנטום, כמו גם על גבי משטח נמוך, ללא צורך נמוך, ללא ירידה נמוכה, ללא אות מנקה קרוב ככל האפשר על

עבור המרירים הפועלים מעל 1 MHz, חומר PCB הופך משמעותי. Standard FR-4 יש אובדן שיזוף כי גדל עם תדירות, פוטנציאל להגביר את השלמות אות ב מסלולי משוב. גבוה ⁇ גבוה כמו רוג'רס 4350B לספק עקביות טובה יותר, אם כי בעלות גבוהה יותר.Vs גם להציג אינדוקנס; מקבילה מרובים יכול להפחית את היעילות של קשרים קריטיים כל 10H של עקבות להוסיף ישירות, אשר לא יכול להגדיל את הטבעת הבולטת לתוך חיתוך בולט יותר.

שיטות סינון וסנובבר

מסנני דיו ופלט נועדו להגביר את הרעש בתדירות המעבר ואת הרמוניות שלה.עבור פליטות שבוצעו, המסנן בדרך כלל מורכב חנק משותף (פצע מלומד משותף על הליבה מגנטית) וקבוצה של capacitors להציב מעבר לקו (x-capacitors) ומקו לקרקע (Y-capacitors) לחתוך את תדירות הפחתת הפחתת הפחתת ה-Fremecreme נמוך לפחות כדי ל-apiticerceericerceerance נמוך יותר.

מעגלים סנקובבר (RC או RCD) המחוברים למכשיר המעבר או את ה-Retifier diode לחות את הטבעת המתרחשת במהלך המעבר בתור-on ו-Turn-off. זה לחות מפחית את האמרה של הרמוניות גבוהות וניתן להוריד הן את העיוותים המעודכנים והן את פליטות המדורגות. a היטב מתוכנן יכול להפחית את פליטות עד 6-10 dB, אבל זה גם עלייה ספירה והפסדים וניתן להעריך באמצעות הסימולציה המסחר.

סליחות רכה ואופטימיות מתקדמות

טכניקות מכופות רך כגון מעבר אפס-וולטאי (ZVS) ו- Zero-current (ZCS) להפחית באופן דרמטי את EMI שנוצר במהלך מעברים.ב- ZVS המרתף, המתח מעבר להחלפה מופחת ל- אפס לפני שהוא מופעל, מצמצם את האנרגיה המאוחסן ב- EMSCS באופן נרחב יותר ויותר, ומבטל את ה-DV/DVt כי מניעים את מתג ה- ZLCS כיום, ל-R.com.

עם זאת, ממירים רכים מתפתלים יש שליטה מורכבת יותר וספירת רכיב גדולה יותר מאשר עיצובים קשיחים רגילים.תדירות המעבר במגירים חוזרים אינה קבועה אלא משתנה עם עומס, אשר יכול לסבך עיצוב מסנן.מהנדסים חייבים לוודא כי הפרמטרים של טנק חוזר נבחרים כך טווח ההפעלה נשאר בתוך התדירות של הפילטר.

הצעות מסחר מעשי: יעילות, גודל ועלויות

העלאת תדירות ההחלפה מפחיתה את גודל הרכיבים המגנטיים והקאפירטורים, המאפשר טביעת רגל כללית קטנה יותר.לדוגמה, ממירת מטבע של 1 מהרץ יכול להשתמש ביצור של 1 μH, בעוד שממיר 100 kHz יצטרך 10 μH עבור אותו ript רכיבים מגנטיים יותר נוטה להיות פחות יקר, אבל החיסכון יכול להיות מחלחל על ידי הצורך עבור מוליכים למחצה יותר ויותר עם הפחתת חום.

ניתוח טיפוסי של סחר-off: עבור 100 W AC-DC ממיר, מעצבים עשויים לבחור תדירות של 200 kHz כדי לעמוד בדרישות יעילות זהב פלוס תוך שמירה על ערכי רכיב המסנן סבירים. הולך ל -400 kHz יכול להפחית את גודל העודף ב -30%, אבל היעילות עלולה לרדת מ 92% עד 89% בגלל הפסדים גבוהים יותר.הקירור הנוסף הנדרש יכול להגדיל את גובה המוצר ואת העלות עבור יישומים תפעוליים תחת טמפרטורות, לעתים קרובות יותר, הם מתאימים יותר, הם פחות, הם תאים גדולים יותר, הם פחות, הם תאים סטנדרטיים יותר, הם פחות, לעתים קרובות יותר, 000 יותר, 000 יותר, 000 יותר, 000 יותר, 000 יותר, 000 יותר, כי הם פחות גבוה יותר, 000 יותר, 000 נמוך יותר, 000, 000 יותר, 000 יותר, 000 נמוך יותר, 000 נמוך יותר, 000, 000 נמוך יותר, 000, 000 נמוך יותר, 000 עבור ירידה, 000 עבור ירידה של תאים סטנדרטיים יותר, 000 גבוה יותר, 000 נמוך יותר, 000 עבור ירידה של תאים מופחתת, 000 עבור הפסדים מתקדמים יותר, 000 נמוך יותר, 000, 000 עבור ירידה של תאים מופחתת, 000, 000, 000, 000 נמוך יותר, 000 גבוה יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000

במכשירים בעלי יכולת נמוכה (למשל, לבישים), החלפת תדרים מעל 2 MHz נפוצים מכיוון שהכוח נמוך מספיק שההפסדים נותרו מקובלים, והטביעה הקטנה היא בראש סדר העדיפויות.כאן, האתגר של EMC הוא נתקל באמצעות פריסה מבוקרת הדוקה ולעיתים מגן זעיר יכול.תהליך הציות כרוך בדרך כלל בבדיקה עם בדיקה של שדה קרוב כדי לזהות כתמים חמים ומקומיים החלים מגן.

מקרה מחקר: הפחתה של הרשאות ב- 500 kHz Buck Converter

בהתחשב ב-5 V, 3 A bucker מעבר 500 kHz עבור לוח בקרה תעשייתי. בדיקות EMC ראשוני הראו פליטות מעל הגבול של CISPR 32 Class B ב 1.5 מהרץ על ידי 8 dB. Analysis גילה כי הטבעת של מתג לא היה תדירות resonant של 20 mHz, ואת ההפונקות ליד 1.5Hz היו מודחים על ידי טבעת זו עקב אי-ניתוח של 2D (ה) ירידה של 2, 000 גרם נמוך יותר מ-Hd) ירידה של 2.

דוגמה זו מדגישה את החשיבות של מדידת ספקטרום הרעש בפועל ולא להסתמך רק על סימולציה.אלמנטים פרסיטיים לא נלכדים במודל - כגון סדרת המקבילה אינדוקציה (ESL) של ה- capacitors ואת החיסרון של ה- PCB - יכול לשנות באופן משמעותי את הפרופיל הרמוני. A צעד אחר צעד תהליך debug באמצעות מנתח ספקטרום ול-LISN הוא חיוני להשגת ביצועים חזקים.

כיוונים עתידיים: רחב-בונדאגפ Semiconductors ו-EMC

חומרים רחבים של PCB כמו Graium nitride (GaN) ו סיליקון carbide (SiC) מאפשרים מעבר ל 10 MHz תוך שמירה על יעילות גבוהה. GaN FET יש מאוד נמוך פלטה מכסה השער, המאפשרים dv / dt תעריפים כגון מעל 100 V / ns. בעוד אלה הקצוות מהירים לשפר יעילות מומרת, הם גם לייצר EMI זה מעל 100, 000, 000, 000 כגון פילטרים פחות מקודמים אלה, 000 יעיל יותר, אבל הם הופכים להיות מקודמים איטי יותר של תרכובות של תרכובות, 000.

גישה נוספת היא השימוש של FLT:0 פעיל EMI ביטוליםFLT ( 1:1 מעגלים אשר מזרקת זרם פיצוי כדי לבטל את הרעש CM. מעגלים אלה לחוש את הרעש בקלט וליצור אות הפוכה נגד-phase באמצעות ממיר עזר קטן, בעוד ביטול פעיל מוסיף מורכבות ועלות, זה יכול להשיג העצמה של 20DB או יותר ללא גדול, מה שהופך את זה אטרקטיבי עבור טכניקות הפעלה גבוהה, אבל יש צורך להגדיל את הפחתת כוח המשיכה.

משאבים חיצוניים להבנה עמוקה יותר

• לקבלת סקירה מקיפה של נהלי מדידה EMI, ראה את מדריך:0 EEVblog לערוך בדיקות EMISIRFLT:1.
• אתר האינטרנט של ההרחבה (FLT:0)CISPRIRERE1 מספק את רשימות הפרסום האחרונות ועדכונים על תקני EMC עבור אלקטרוניקה תעשייתית וצרנית.
• רשימות יישום של יצרנים מרכזיים של מוליכים למחצה, כגון:0Texas Instruments "EMC-Compliant Power Supply Design" (עיצוב אספקה) 1, מציע דוגמאות עיצוב מסנן מעשיות.)

מסקנה

היחסים בין החלפת תדירות והתאמה אלקטרומגנטית היא שיקול בסיסי בעיצוב אלקטרוניקה כוח. A היטבchosen מעבר תדירות מאזן את הדרישות המנוגדות של יעילות, גודל, עלות וציות רגולטוריות. על ידי הבנת ההתנהגות המרכזית של EMI, יישום פריסת קול וסינון טכניקות, וחקר התקנים מתקדמים של מודולציה ואפשרויות ניהולית, מהנדסים יכולים להבטיח כי המוצרים שלהם לעמוד בדרישות EMC ללא הקרבה ביצועים או יכולת להרשות לעצמם להמשיך את האימוץ האלקטרונית.