تحليل تكنولوجيا التحكم EMI لتحويل إمدادات الطاقة
في هذه الورقة، تم تحليل آلية EMI في تحويل مصدر الطاقة بالتفصيل، وتم طرح سلسلة من استراتيجيات قمع EMI، وبالتالي تحسين التوافق الكهرومغناطيسي بشكل فعال لتحويل مصدر الطاقة.
تحويل مصدر الطاقة هو نوع من منتجات الطاقة الإلكترونية التي تستخدم أجهزة أشباه موصلات الطاقة وتدمج تكنولوجيا تحويل الطاقة والتكنولوجيا الكهرومغناطيسية الإلكترونية وتكنولوجيا التحكم الآلي. نظرًا لمزايا استهلاك الطاقة المنخفض والكفاءة العالية والحجم الصغير والوزن الخفيف والعمل المستقر والسلامة والموثوقية ونطاق تثبيت الجهد الواسع، فإنه يستخدم على نطاق واسع في مجالات أجهزة الكمبيوتر والاتصالات والأدوات الإلكترونية والتحكم الآلي الصناعي، الدفاع الوطني والأجهزة المنزلية. ومع ذلك، فإن مصدر طاقة التحويل لديه استجابة عابرة ضعيفة ويكون عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي (EMD)، وتحتل إشارة EMI نطاق تردد واسع ولها سعة معينة. تلوث إشارات EMI هذه البيئة الكهرومغناطيسية من خلال التوصيل والإشعاع، وتتسبب في تداخل مع معدات الاتصالات والأدوات الإلكترونية، مما يحد من استخدام تحويل مصدر الطاقة إلى حد ما.
1 يؤدي تبديل مصدر الطاقة إلى حدوث تداخل كهرومغناطيسي
التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) هو نوع من تلف أداء النظام الإلكتروني أو النظام الفرعي الناتج عن اضطراب كهرومغناطيسي غير متوقع. وتتكون من ثلاثة عناصر أساسية: مصدر التداخل، أي المعدات التي تولد طاقة التداخل الكهرومغناطيسي؛ قناة الاقتران، أي القناة أو الوسيط لنقل التداخل الكهرومغناطيسي؛ المعدات الحساسة، أي الأجهزة أو المعدات أو الأنظمة الفرعية أو الأنظمة التي تضررت بسبب التداخل الكهرومغناطيسي. وبناء على ذلك فإن الإجراءات الأساسية للتحكم في التداخل الكهرومغناطيسي هي: قمع مصادر التداخل، قطع مسار الكارثة، تقليل استجابة الأجهزة الحساسة للتداخل أو زيادة مستوى الحساسية الكهرومغناطيسية.
وفقًا لمبدأ العمل لتحويل مصدر الطاقة، من المعروف أن تحويل مصدر الطاقة أولاً يصحح تردد الطاقة من التيار المتردد إلى تيار مباشر، ثم يحوله إلى تيار متردد عالي التردد، وأخيرًا يخرجه من خلال التصحيح والتصفية للحصول على جهد تيار مباشر ثابت . في الدائرة، يعمل الصمام الثلاثي للطاقة والصمام الثنائي بشكل أساسي في حالة التبديل، ويعملان بترتيب ميكروثانية؛ عندما يتم تشغيل وإيقاف الصمام الثلاثي والصمام الثنائي، يتغير التيار بشكل كبير خلال وقت الصعود والهبوط، مما يسهل توليد طاقة التردد اللاسلكي وتشكيل مصادر التداخل. في الوقت نفسه، فإن محاثة التسرب للمحول والذروة الناتجة عن تيار الاسترداد العكسي للصمام الثنائي الناتج ستشكل أيضًا تداخلًا كهرومغناطيسيًا محتملاً.
عادة ما يعمل تبديل مصدر الطاقة بتردد عالٍ، ويكون التردد أعلى من 02 كيلو هرتز، لذلك لا يمكن تجاهل السعة الموزعة. من ناحية، تحتوي لوحة العزل بين المشتت الحراري ومجمع أنبوب التبديل على منطقة اتصال كبيرة وصفيحة عازلة رقيقة، لذلك لا يمكن تجاهل السعة الموزعة بينهما عند التردد العالي، وسيعمل التيار عالي التردد التدفق إلى المشتت الحراري من خلال السعة الموزعة ثم إلى أرضية الهيكل، مما يؤدي إلى تداخل في الوضع الشائع؛ من ناحية أخرى، هناك سعة موزعة بين المراحل الأولية لمحول النبض، والتي يمكنها دمج جهد الملف الأولي مباشرة مع الملف الثانوي وإنتاج تداخل في الوضع المشترك على خطي الطاقة مع خرج التيار المستمر للملف الثانوي لف.
ولذلك، فإن مصادر التداخل في تحويل إمدادات الطاقة تتركز بشكل رئيسي في المكونات مثل أنابيب التبديل، والثنائيات، والمحولات عالية التردد، وكذلك دوائر إدخال وإخراج التيار المتردد.
2 تدابير لمنع التداخل الكهرومغناطيسي لتحويل مصدر الطاقة
عادة، يعتمد التحكم EMI في تحويل مصدر الطاقة بشكل أساسي على تكنولوجيا الترشيح، وتكنولوجيا التدريع، وتكنولوجيا الختم، وتكنولوجيا التأريض. يمكن تقسيم تداخل EMI إلى تداخل التوصيل والتداخل الإشعاعي وفقًا لمسار الإرسال. يقوم تحويل مصدر الطاقة بشكل أساسي بإجراء التداخل، ويكون نطاق تردده هو الأوسع، حوالي 10 كيلو هرتز-30 ميجا هرتز. يتم حل التدابير المضادة لقمع التداخل الذي تم إجراؤه بشكل أساسي في ثلاثة نطاقات تردد: 10 كيلو هرتز-150 كيلو هرتز، و150 كيلو هرتز-10 ميجا هرتز وما فوق. يقع التداخل الطبيعي بشكل أساسي في نطاق 10 كيلو هرتز إلى 150 كيلو هرتز، والذي يتم حله بشكل عام بواسطة مرشح LC العام. يقع تداخل الوضع الشائع بشكل أساسي في نطاق 150 كيلو هرتز-10 ميجا هرتز، والذي يتم حله عادةً عن طريق مرشح رفض الوضع الشائع. تهدف التدابير المضادة لنطاق التردد فوق 10 ميجاهرتز إلى تحسين شكل المرشح واتخاذ تدابير التدريع الكهرومغناطيسي.
2.1 باستخدام مرشح EMI لإدخال التيار المتردد.
عادة، هناك طريقتان لنقل تيار التداخل على الموصل: الوضع المشترك والوضع التفاضلي. التداخل الشائع هو التداخل بين السائل الحامل والأرض: التداخل له نفس الحجم والاتجاه، ويوجد بين أي أرض نسبية لمصدر الطاقة أو بين الخط المحايد والأرض. يتم إنتاجه بشكل أساسي بواسطة du/dt، كما ينتج di/dt أيضًا بعض التداخل في الوضع الشائع. تداخل الوضع التفاضلي هو التداخل بين الموائع الحاملة: التداخل متساوي في الحجم ومعاكس في الاتجاه، ويوجد بين خط الطور والخط المحايد لمصدر الطاقة وخط الطور وخط الطور. عندما ينتقل تيار التداخل على الموصل، يمكن أن يظهر في كل من الوضع المشترك والوضع التفاضلي. ومع ذلك، لا يمكن لتيار التداخل في الوضع الشائع أن يتداخل مع الإشارات المفيدة إلا بعد أن يصبح تيار تداخل في الوضع التفاضلي.
يوجد النوعان المذكوران أعلاه من التداخل في خط نقل طاقة التيار المتردد، وعادةً ما يكون تداخل الوضع التفاضلي منخفض التردد وتداخل الوضع الشائع عالي التردد. بشكل عام، سعة تداخل الوضع التفاضلي صغيرة، والتردد منخفض، والتداخل الناتج صغير؛ يتميز تداخل الوضع الشائع بسعة كبيرة وتردد عالي، ويمكنه أيضًا إنتاج إشعاع عبر الأسلاك، مما يسبب تداخلًا كبيرًا. إذا تم استخدام مرشح EMI مناسب عند طرف إدخال مصدر طاقة التيار المتردد، فيمكن قمع التداخل الكهرومغناطيسي بشكل فعال. يظهر الشكل 1 المبدأ الأساسي لمرشح EMI لخط الطاقة، حيث يتم استخدام مكثفات الوضع التفاضلي C1 وC2 لتقصير دائرة تيار تداخل الوضع التفاضلي، بينما يتم استخدام مكثفات التأريض للخط المتوسط C3 وC4 لتقصير الدائرة دائرة تدخل الوضع المشترك الحالي. يتكون ملف الاختناق ذو الوضع المشترك من ملفين متساويين في السماكة وملفوفين على قلب مغناطيسي في نفس الاتجاه. إذا كان الاقتران المغناطيسي بين الملفين قريب جدًا، فإن محاثة التسرب ستكون صغيرة جدًا، وهو أمر ضعيف في نطاق تردد خط الطاقة.
ستصبح مفاعلة الوضع صغيرة جدًا؛ عندما يتدفق تيار الحمل عبر خانق الوضع المشترك، فإن خطوط المجال المغناطيسي المتولدة من الملفات المتصلة على التوالي على خط الطور تكون معاكسة لتلك التي تولدها الملفات المتصلة على التوالي على الخط المحايد، وتلغي بعضها البعض في المغناطيسي الأساسية. لذلك، حتى في حالة الحمل الكبير الحالي، لن يكون القلب المغناطيسي مشبعًا. بالنسبة لتيار التداخل في الوضع المشترك، تكون المجالات المغناطيسية الناتجة عن الملفين في نفس الاتجاه، مما سيوفر محاثة كبيرة، وبالتالي يلعب دورًا في تخفيف إشارة التداخل في الوضع المشترك. هنا، يجب أن يكون ملف الاختناق ذو الوضع الشائع مصنوعًا من مادة مغناطيسية من الفريت ذات نفاذية عالية وخصائص تردد جيدة.
