به عنوانکارخانه چوک توروئیدیو طراح مدار شما باید با انواع مختلفی از سر و صدا مقابله کنید: سر و صدای داخلی ، سر و صدای خارجی ، سر و صدای RF ، نویز فرکانس خط و غیره. صرف نظر از نوع یا منبع آن ، نویز می تواند یک عامل محدود کننده در عملکرد سیستم باشد و باید مورد توجه و به حداقل رساندن قرار گیرد. چالش کاهش نویز معمولاً به موارد زیر کاهش می یابد "چقدر تلاش و هزینه لازم است؟
حتی منبع تغذیه حالت سوئیچی همه جا (SMPS) دارای مشکلات سر و صدا است. به دلیل کارآیی و اندازه کوچک ، این معماری به طور گسترده در برنامه های کاربردی از جمله درایورهای LED و بالاست های الکترونیکی استفاده می شود. متأسفانه ، واحدهای SMPS نیز در معرض نویز حالت دیفرانسیل (DM) و نویز حالت مشترک (CM) هستند که هر دو به دلایل عملکرد و هم به دلایل نظارتی سرکوب می شوند.
مکانیسم ها و راه حل های سر و صدا را درک کنید
حالت دیفرانسیل و سر و صدای حالت مشترک دلایل مختلفی دارند و بنابراین راه حل های مختلف دارند. نویز حالت دیفرانسیل نویز است که در خط و خنثی در جهت های مخالف انجام می شود (شکل 1 ، درست). فیلتر اصلی DM از یک خفگی تک سیم (سلف) درج شده در مسیر خط ، به همراه خازن از خط به خنثی استفاده می کند ، بنابراین نویز را از انتشار از طریق سیستم مسدود می کند.
سر و صدای حالت دیفرانسیل از نوسانات ولتاژ بین خط برق و خط خنثی ناشی می شود ، به عنوان جریانهایی که در جهت های مخالف در دو خط جاری می شوند (مانند هنگام سوئیچینگ گذرا در منبع تغذیه سوئیچینگ). از طرف دیگر ، سر و صدای حالت مشترک توسط اتصال خازن انگلی یا تداخل الکترومغناطیسی بین خطوط و زمین ایجاد می شود ، با جریانهای موجود در هر دو خط (مانند جریان نشت به زمین از دستگاههای سوئیچینگ با فرکانس بالا). توزیع طیفی آنها متفاوت است: نویز حالت دیفرانسیل عمدتاً در محدوده با فرکانس پایین متمرکز است (به عنوان مثال ، فرکانس های تعویض و هارمونیک آنها) ، در حالی که نویز حالت مشترک به طور معمول در محدوده با فرکانس بالا (به عنوان مثال ، سطح MHz) رخ می دهد.
محدودیت راه حل های سرکوب سنتی
پیچیدگی فیلترهای گسسته: روشهای سنتی نیاز به طرح های جداگانه ای برای سلف های حالت دیفرانسیل (تک سیم) و سلف های حالت مشترک (دو سیم پیچ) ، همراه با سرمایه گذاران X (خازن های بین خط) و سرمایه گذاران Y (خازن های خط به زمین) برای تشکیل شبکه فیلتر LC دارند. این امر نه تنها منطقه PCB را اشغال می کند بلکه به دلیل تعداد زیاد اجزای ، هزینه ها و خطرات قابلیت اطمینان را نیز افزایش می دهد.
مسائل مربوط به اتصال اصلی: در طرح های گسسته ، شار مغناطیسی سلف حالت دیفرانسیل ممکن است با سلف حالت مشترک ، به ویژه در طرح های جمع و جور ، تداخل داشته باشد و منجر به عملکرد فیلتر تخریب شده شود.
ساختار طراحی یکپارچه و اصل عملیاتی خفگی های دوتایی
چوک های عملکرد دوتایی از فناوری تقسیم هسته استفاده می کنند و دو مجموعه سیم پیچ را در همان هسته مغناطیسی طراحی می کنند: یکی برای سلف حالت دیفرانسیل (تک باد) و دیگری برای سلف حالت مشترک (دو سیم پیچ). با بهینه سازی تعداد چرخش های سیم پیچ و مواد اصلی (مانند فریت با نفوذ بالا) ، سرکوب همزمان هر دو حالت نویز در یک مؤلفه واحد حاصل می شود. به عنوان مثال:
مسیر دیفرانسیل حالت: سلف تک سیم در خط به هم متصل می شود تا اجزای فرکانس بالا جریان های حالت دیفرانسیل را سرکوب کند.
مسیر حالت مشترک: سلف دو سیم پیچ جریان جریان های حالت مشترک را از طریق اصل لغو شار مغناطیسی مسدود می کند.
مزایای عملکرد
فضا و بهینه سازی هزینه: طراحی یکپارچه شغل منطقه PCB را 30 ٪ {1}} ٪ کاهش می دهد و صورتحساب مواد (BOM) را ساده می کند.
قابلیت سرکوب فرکانس بالا افزایش یافته: با بهینه سازی پاسخ فرکانس مواد اصلی (مانند آلیاژ نانوکریستالی) ، دامنه فرکانس وسیع تری (محدوده معمولی: 150kHz {2} MHz) را می توان پوشش داد ، مطابق با استانداردهای EMC مانند CISPR 32.
مدیریت حرارتی بهبود یافته: هسته های مشترک مقاومت حرارتی را کاهش می دهند ، و آنها را برای سناریوهای با چگالی با قدرت بالا (مانند ماژول های شارژ وسیله نقلیه الکتریکی) مناسب می کند.
موارد کاربردی و داده های اندازه گیری شده
پرونده منبع تغذیه راننده LED
در یک راننده LED 100W ، جایگزین کردن فیلترهای گسسته سنتی با خفاش های عملکرد دوگانه منجر به این شد:
کاهش نویز انجام شده: میرایی نویز حالت دیفرانسیل به 40db@1MHz رسید و میرایی نویز حالت مشترک به 35db@5MHz (مطابق با محدودیت های FCC قسمت 15 کلاس B) رسید.
بهبود کارآیی: راندمان کلی با افزایش تلفات هسته {0}} 8 ٪ افزایش یافته است.
جهت های تکامل فنی
Adaptation to wide-bandgap semiconductors: In response to the high switching frequencies (>1MHz) از دستگاه های GAN/SIC ، چوک های یکپارچه با فرکانس فوق العاده بالا (مانند مواد مغناطیسی با فیلم نازک) در حال توسعه هستند.
فیلتر هوشمند: ادغام سنسورهای فعلی و سلف های قابل تنظیم برای سرکوب نویز پویا (به عنوان مثال ، فیلتر تطبیقی بر اساس الگوریتم های AI).
پایان
چوک های عملکرد دوتایی ، از طریق نوآوری ساختاری و بهینه سازی مواد ، به مسائل مربوط به اندازه ، هزینه زیاد و پیچیدگی طراحی فیلترهای سنتی EMI ، به ویژه برای سیستم های قدرت با چگالی بالا (مانند ایستگاه های پایه 5G و لوازم الکترونیکی انرژی جدید) مناسب است. در آینده ، با گسترش فناوری نیمه هادی نسل سوم ، چنین مؤلفه های یکپارچه به دستگاه های اصلی برای مدیریت سر و صدای کارآمد تبدیل می شوند.