ניתוח שיטת עיצוב תאימות אלקטרומגנטית למיתוג ספק כוח
בשל היתרונות של גודל קטן ומקדם הספק גבוה, מיתוג ספק כוח נמצא בשימוש נרחב בתחומי תקשורת, בקרה, מחשבים ותחומים אחרים. עם זאת, עקב הפרעות אלקטרומגנטיות, היישום הנוסף שלה מוגבל במידה מסוימת. מאמר זה ינתח את המנגנונים השונים של הפרעות אלקטרומגנטיות של מיתוג ספק כוח, ועל בסיסו יציע את שיטת תכנון התאימות האלקטרומגנטית למיתוג אספקת חשמל.
ניתוח הפרעות אלקטרומגנטיות של מיתוג ספק כוח
המבנה של ספק הכוח המיתוג מוצג באיור 1. ראשית, תדר החשמל AC מתוקן ל-DC, ולאחר מכן מומר לתדר גבוה, ולבסוף פלט דרך מעגל התיקון והסינון כדי לקבל מתח DC יציב. עיצוב ופריסה בלתי סבירים של מעגלים, רעידות מכניות, הארקה לקויה וכו' יגרמו להפרעות אלקטרומגנטיות פנימיות. יחד עם זאת, השראות הדליפה של השנאי והשיא הנגרם על ידי זרם ההתאוששות ההפוכה של דיודת המוצא הם גם מקורות הפרעות חזקים פוטנציאליים.
1 מקורות הפרעות פנימיים
● מעגל מתג
מעגל המתג מורכב בעיקר מצינור מתג ושנאי בתדר גבוה. קיים קיבול מבוזר בין צינור המתג לגוף הקירור שלו, המעטפת והמובילים הפנימיים של ספק הכוח. ל-du/dt המופק על ידו יש דופק גדול יחסית, פס תדרים רחב והרמוניות עשירות. עומס צינור המיתוג הוא הסליל הראשי של השנאי בתדר גבוה, שהוא עומס אינדוקטיבי. כאשר צינור המתג שהופעל במקור כבוי, השראות הדליפה של השנאי בתדר גבוה מייצרת כוח אלקטרו-מוטורי נגדי E=-Ldi/dt, והערך שלו פרופורציונלי לקצב השינוי הנוכחי של הקולט ופרופורציונלי לשראות הדליפה, מונחת על כבוי על מתח הניתוק, נוצר שיא מתח כיבוי, ובכך יוצר הפרעת הולכה.
● דיודות מיישר למעגלי מיישר
יש זרם הפוך כאשר דיודת מיישר המוצא מנותקת, והזמן שבו היא חוזרת לאפס קשור לגורמים כמו קיבול הצומת. זה ייצור שינוי זרם גדול di/dt בהשפעת השראות דליפת שנאי ופרמטרי הפצה אחרים, וייצר הפרעות חזקות בתדר גבוה, התדר יכול להגיע לעשרות מגה-הרץ.
● פרמטרים מופרכים
עקב עבודה בתדר גבוה יותר, המאפיינים של רכיבים בתדר נמוך באספקת המתח המיתוג ישתנו, וכתוצאה מכך רעש. בתדרים גבוהים, לפרמטרים התועים יש השפעה רבה על המאפיינים של ערוץ הצימוד, והקיבול המבוזר הופך לערוץ של הפרעות אלקטרומגנטיות.
2 מקורות הפרעות חיצוניים
ניתן לחלק את מקורות ההפרעה החיצוניים להפרעות מתח והפרעות ברק, והפרעות מתח קיימות ב"מצב נפוץ" ו"מצב דיפרנציאלי". יחד עם זאת, מכיוון שרשת החשמל AC מחוברת ישירות לגשר המיישר ולמעגל המסנן, בחצי מחזור, רק לזמן השיא של מתח הכניסה יש זרם כניסה, וכתוצאה מכך מקדם הספק כניסה נמוך מאוד של ההספק אספקה (בערך 0.6). יתרה מכך, זרם זה מכיל מספר רב של רכיבים הרמוניים זרם, אשר יגרמו ל"זיהום" הרמוני לרשת.
עיצוב EMC של מיתוג ספק כוח
ישנם שלושה תנאים הכרחיים להפרעות אלקטרומגנטיות: מקור הפרעה, אמצעי שידור וציוד רגיש. מטרת תכנון EMC היא להרוס את אחד משלושת התנאים הללו. לשם כך, השיטות העיקריות שננקטו הן: אמצעי מעגל, סינון EMI, מיגון, עיצוב נגד הפרעות במעגלים מודפסים וכו'.
1 טכנולוגיית מיתוג רכה להפחתת אובדן מיתוג ורעשי מיתוג
מיתוג רך היא טכנולוגיית מיתוג מתקדמת המבוססת על טכנולוגיית תהודה או שימוש בטכנולוגיית בקרה במצב מתח/זרם אפס שפותחה על בסיס מיתוג קשיח.
שיטת המימוש של מיתוג רך היא: הוספת משרנים קטנים, קבלים ורכיבי תהודה אחרים במעגל המקורי, הכנסת תהודה לפני ואחרי תהליך המיתוג וביטול החפיפה בין המתח והזרם. איור 2 מציג יחידת מיתוג בסיסית המשתמשת בטכנולוגיית מיתוג רך.
השתמש במיגון כדי לדכא הפרעות מוקרנות ונגרמות
ספקטרום ההפרעות של ספק הכוח הממתג מרוכז בפס התדרים מתחת ל-30MHz, והקוטר r<λ 2π="" is="" mainly="" an="" electromagnetic="" field="" of="" near-field="" nature,="" and="" it="" is="" a="" low-impedance="" field.="" materials="" with="" good="" electrical="" conductivity="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" electric="" field,="" while="" materials="" with="" high="" magnetic="" permeability="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" magnetic="" field.="" in="" addition,="" effective="" shielding="" measures="" should="" be="" taken="" for="" transformers,="" inductors,="" power="" devices,="" etc.="" the="" ventilation="" holes="" on="" the="" shielding="" shell="" are="" preferably="" circular,="" and="" the="" number="" of="" holes="" can="" be="" many="" if="" ventilation="" conditions="" are="" satisfied,="" and="" the="" size="" of="" each="" hole="" should="" be="" as="" small="" as="" possible.="" the="" seams="" are="" to="" be="" welded="" to="" ensure="" electromagnetic="" continuity.="" filtering="" measures="" should="" be="" taken="" at="" the="" lead-in="" and="" lead-out="" lines="" of="" the="" shielded="" enclosure.="" for="" electric="" field="" shielding,="" the="" shielding="" case="" must="" be="" grounded.="" for="" magnetic="" field="" shielding,="" the="" shielded="" case="" does="" not="" need="" to="" be="">
