אופטימיזציה של מסנן EMC עבור כניסת DC/DC

בית » New-Tech Magazine » אופטימיזציה של מסנן EMC עבור כניסת DC/DC

יעילות לעומת EMC

ספקי כוח מודרניים צריכים להפחית את אובדן החשמל כדי לשמור על רמה גבוהה של יעילות. ממירי DC / DC מאפשרים יעילות גבוהה, אבל אם עיצוב המעגל ופריסת לוח המעגל הוא פחות אידיאלי זה עלול לגרום פליטה מוגברת של תידרי רדיו.

מאמר זה דן ביישום שיטתי של מסננים בכניסה ל DC / DC מסוג step down לצימצום הפליטה של תידרי רדיו, והפרעות אלקטרומגנטיות.

דרישה למסנן כניסה

בין אם יש לך ספק כוח ממותג או DC / DC ממותג, כל סוג של מיתוג יוצר פליטה של הפרעות אלקטרומגנטיות בפס רחב, והפרעות בצורה של מתח אדווה שיכולים לגרום לתקלות חשמליות במעגל. 3. מדידת המתח האדווה

מתח האדווה (ריפל) בכניסה ל DC/DC יכול להיות מונחת על ידי מסנן בכניסה, המפחית את משרעת מתח האדווה, מדכא הרמוניות, וממלא תפקיד חיוני בהפחתת מתח הפרעות הרדיו לרמה מקובלת.

לדוגמה, התקן הגנרי EN61000-6-4 קובע ב -150 קילו-הרץ ערך מגבלה של ערך השיא הווירטואלי של dBμV79.

השוק הנוכחי עבור רכיבים פסיביים מציעה תיק רחב של “מסננים מוכנים”, משום שיש להם יכולת הנחתה גבוהה בכניסה, בין 70 ל 100 דציבל. אולם ערכים אלה מתקבלים רק לעתים רחוקות בפועל משום שמסננים אלה נמדדו במערכת של 50 אום ועכבות ספקי הכוח חורגות מערכים אלה. לכן פיתוח של מסנן כניסה דיסקרטי מומלץ. ראשית יש לזהות את סוג ההפרעה האלקטרומגנטית על מנת לפתח את המסנן המתאים. יש לבצע הבחנה בין רעש דיפרנציאלי לרעש במצב משותף (COMMON MODE). המסנן בכניסה של ה DC/DC מסנן רעש דיפרנציאלי.

גם במהלך הפיתוח, מדידת המתח המפריע יכולה להתבצע באמצעות LISN (ייצוב קו איזון רשת), וספקטרום אנלייזר.

בעזרת ציוד הבדיקה ניתן לראות כי הרעש הוא דיפרנציאלי טהור.

איור 2 מציג את מתח ההפרעה (Vnoise) ב dBμV של ה DC/DC.

ל DC/DC יש תדר מיתוג של 2 מגה-הרץ, מתח כניסה של 10 וולט, וזרם כניסה של 0.7 אמפר.

רמת המתח המפריעה Vnoise מוגדרת על ידי הנוסחה הבאה ב- dB:

ברור לעין הוא תדר היסוד, 2MHz ,וההרמוניות המקבילות לתדירות המיתוג. ישנה ירידה באמפליטודת ההרמוניות ככל שהתדר עולה, אבל הם עדיין מעל לגבול העליון המותר.

בערך של 116 dBμV האמפליטודה נמצאת בשיאה.

על בסיס זה, ניתן לקבוע את ה- VRIPLE על ידי:

מתח האדווה הוא 631 מילי וולט, לכן מסנן כניסה הוא הכרחי. 4. ההשפעה של לולאת הבקרה של ה DC/DC בדוגמא הבאה נבחן מסנן מעביר נמוכים (LPF) הבנוי מסליל ((WE-PD2, unshielded, L = 1 μH, SRF=110 MHz, RDC = 49 mΩ וקבל (FK series, electrolyte, C = 10 μF, U = 35 V DC). איור 3 מציג את הסליל בכניסה

ראשית, סליל מסנן עם תדר תהודה עצמית גבוהה (SRF) צריך להיות נבחר, כי הסליל בדרך כלל מאבד את יכולת הסינון שלו בטווח התדרים הגבוהים בשל קיבול פרזיטי. זרם

הרוויה של סליל המסנן, צריך להיות לפחות

10 אחוזים מעל ערך השיא של הזרם הנומינלי שלו.

ערך ה – RDC המומלץ צריך להיות נמוך ככל האפשר על מנת להקטין ככול האפשר את מפל מתח ה DC על הסליל.

ערך ההשראות של הסליל , צריך להיות כך שתדר הברך של הפילטר יהיה 1/10 מתדר המיתוג של ה DC/DC , זאת על מנת שהפילטר יוכל לסנן את תדר המיתוג וההרמוניות שלו ביעילות בכניסה.

המתכנן צריך להיות מודע לעובדה שצריך לשמור על מרחק בין תדר הברך של הפילטר, לבין תדר הקרוס-אובר ( CROSS OVERׁׂׂ ( ׂ של ה DC/DC על מנת לאפשר את היציבות של לולאת בקר המיתוג.

זה נגרם על יד התנגדות כניסה שלילית של ה DC/DC .

בתיאוריה Pout=Pin חל על ה DC/DC ,כלומר בהתחלה אם התנאים של ה DC/DC . הם קבועים , זרם הכניסה יקטן כאשר מתח הכניסה יגדל, השפעה זו נובעת מהתנגדות כניסה שלילית Zin של ה DC/DC, אשר מתוארת בנוסחה

זהו ניתוח אותות גדולים ( (Large signal עם זאת בגלל שהרכיבים של ה DC/DC הם תלוי תדר, התנגדות הכניסה היא דינמית ולכן זה דורש ניתוח אותות קטנים (Small signal)

מומלץ, שהתנגדות הכניסה של הפילטר תיהיה נמוכה יותר מהתנגדות הכניסה של ה DC/DC, Zin.לכן, בדרך כלל הסליל של הפילטר אינו גורם לפליטה של שדה אלקטרומגנטי ולכן לבחור סליל לא מסוכך לפילטר, כמו הWE-PD2 . בבחירת הקבל של המסנן יש להבטיח כי מתח ההפעלה המירווי המוצר של הקבל הוא לפחות 25% מעל מתח האספקה , ככול שהמתח עולה , ערך הקיבול של הקבל יורד ולכן האפיקטיביות של הסליל יורדת , כדי להבטיח תדר תהודה עצמי גבוה של הקבל , ערך ESL נמוך הוא יתרון בבחירת הקבל. בנוסף ערך ESR גבוה יחסית של הקבל עשוי להיות שימושי כי ESR מקטין את איכות המסנן, Q-factorומקטין את Overshootשל המסנן בחירה של קבל יחסית גדול וסליל יחסית קטן בפילטר היא המומלצת בגלל שזה מוריד את תדר התהודה העצמית של המסנן, בחירת קבל אלקטרוליטי למסנן היא המומלצת. כדי לאפשר התאמת עכבות בין ה DC/DC למסנן, יש למקם את הסליל בין ה DC/DCלקבל, כך שאם אנחנו מסתכלים על הפילטר במוצא ה DC/DC , הפילטר בכניסה הוא בעצם תמונת מראה שלו (שני הפילטרים בנויים מסליל וקבל)איור 4 מראה את התוצאה בכניסה של מדידת תדר המיתוג של ה DC/DC וההרמוניות שלו אחרי השפעת פילטר הכניסה.

המסנן עם סליל בעל ערך של 1 מיקרו הנרי וקבל בעל ערך של 10 מיקרו פאראד, הנחיתו את תדר המיתוג ב30 דציבל, בנוסף האמפילטודה של תדרי ההרמוניה הגבוהים יותר הונחתו בעוצמה גבוהה יותר. התאמה נוספת של המסנן עשויה להביא להנחתה מקסימלית של 40 דציבל בתדר המיתוג.