إن استخدام أجهزة التبديل ذات فجوة النطاق العريض مثل تلك المصنوعة من كربيد السيليكون أو نيتريد الغاليوم في مصادر الطاقة قد أتاح ترددات تحويل أعلى ومعدلات تدفق أسرع ، مما يسمح بتقليل حجم المكونات السلبية مع تحسين خسائر التبديل أيضًا. ومع ذلك ، مع هذه التحولات ذات التبديل السريع ، تزداد مخاوف التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) داخل الدائرة. تلعب تصميمات مرشحات EMI دورًا متزايد الأهمية في مصادر الطاقة هذه.
تصفية EMI
تعد مصادر الطاقة في وضع التبديل جزءًا مهمًا من أنظمة تحويل الطاقة. يمكن أن تكون هذه الإمدادات مصدرًا للتوافقيات الحالية للإدخال وإجراء EMI ، والتي يمكن أن تؤثر على تشغيل المعدات المحيطة المتصلة بنفس مصدر الإدخال المتصل بالشبكة. يعد التخفيف من هذا التداخل ذي النمط المشترك (CM) جزءًا أساسيًا من أي تصميم لإمداد الطاقة. يوضح الشكل 1 نطاقات تردد EMI التوافقية والتي تم إجراؤها المصنفة من قبل اللجنة الكهروكيميائية الدولية (IEC) واللجنة الدولية المتخصصة للاضطرابات الراديوية (CISPR).
في حين أن تصحيح عامل القدرة يمكن أن يحد من توافقيات الإدخال حتى نطاق تردد 2 كيلو هرتز ، إلا أن مرشحات EMI مطلوبة لتخفيف الترددات الأعلى وتلبية معايير مثل CISPR 11 للصناعة و CISPR لتطبيقات السيارات. تعتمد المرشحات السلبية على إدخال عناصر سلسلة ذات مقاومة عالية مثل خنق CM وعناصر تحويل ذات مقاومة منخفضة مثل المكثفات. لتقليل الترددات ذات الأهمية ، يمكن أن تكون اختناقات CM في المرشحات السلبية كبيرة وثقيلة ومكلفة ، وغالبًا ما تهيمن على الحجم الإجمالي للمرشح.
تعتمد مرشحات EMI النشطة (AEFs) على الأجهزة النشطة للتحكم والاستشعار بالجهد أو اضطراب التيار وحقن إشارة معاكسة تلغي هذه الضوضاء. يمكن أن تقدم AEFs العديد من المزايا على المرشحات السلبية ، بما في ذلك ما يلي:
- تتميز AEFs بهيكل مرشح أبسط مع تردد تشغيل واسع.
- يؤدي تقليل حجم الخانق CM إلى مصادر طاقة أخف وأرخص وأصغر ، إلى جانب تقليل خسائر المحرِّض الطفيلي.
- يمكن أن تؤدي الحرارة المنخفضة المتولدة مقارنة بالفلاتر السلبية إلى تحسين موثوقية مكثفات المرشح وعمرها.
- لا تحتاج AEFs إلى أي مكونات مغناطيسية إضافية.
- تتم الإشارة إلى AEF IC للجهد المنخفض إلى أرضية الهيكل ، مما يوفر أمانًا محسنًا.
- توفر AEFs حلاً مستقلاً يوفر مرونة أكبر في تصميم اللوحة.
- يمكن تصميم AEFs لتلبية مناعة زيادة الجهد الكهربائي ، وفقًا لمعيار IEC 61000-4-5.
ICs AEF المستقلة
قدمت شركة Texas Instruments (TI) مجموعة جديدة من AEF ICs المستقلة. تتكون هذه العائلة الجديدة من TPSF12C1 و TPSF12C3 للتطبيقات التجارية أحادية وثلاثية الطور ، بالإضافة إلى TPSF12C1-Q1 و TPSF12C3-Q1 لتطبيقات السيارات. تسمح هذه الأجهزة لمصممي إمدادات الطاقة بتقليص اختناقات CM بنسبة تصل إلى 80٪. يوضح الشكلان 2 (أ) و 2 (ب) مثالاً على تقليل حجم خنق CM الذي يمكن تحقيقه.
تستشعر عائلة AEF ICs الجديدة ضوضاء عالية التردد على كل خط طاقة باستخدام مجموعة من مكثفات الاستشعار وتقوم بحقن تيارات إلغاء الضوضاء مرة أخرى في خطوط الطاقة باستخدام مكثف حقن. يستخدم التضخيم السعوي لزيادة صافي السعة النشطة وبالتالي خفض قيم خنق CM لتوهين المرشح المستهدف.
بيانات التطبيق والأداء النموذجية لـ TPSF12C1-Q1
يظهر مثال تخطيطي للدائرة لاستخدام TPSF12C1-Q1 في الشكل 3. يمكن أن تشتمل التطبيقات على شواحن على متن سيارات EV ، وإمدادات DC / DC معزولة في الخوادم ، وعاكسات للتحكم في المحرك.
يوفر TPFS12C1-Q1 IC مسارًا منخفض المقاومة لضوضاء CM ، مما يتيح ما يصل إلى 30 ديسيبل من تقليل الضوضاء عند الطرف الأدنى من نطاق التردد المحدد (100 كيلو هرتز إلى 3 ميجا هرتز). يوضح الشكل 4 مثالاً على أداء EMI لهذه الشريحة.
كما هو مبين في الشكل 2 (ب) ، يسمح AEF باستخدام اثنين من الخانقين نانوكريستال سعة 2 مللي أمبير في الساعة لتحقيق أداء توهين CM مكافئ لمختنقين سعة 12 مللي أمبير. في هذا المثال ، يحقق AEF انخفاضًا إجماليًا في فقد النحاس بنسبة 60٪ عند 10 أ.
تأتي العائلة الجديدة من AEF ICs من TI في 14 حزمة SOT رائدة. تحتوي الأجزاء على مرشح خط إدخال مدمج في الجهاز يسمح بمطابقة أفضل. يقوم هذا المرشح بجمع الإشارات من مدخلات الإحساس لإنشاء إشارة تمثل ضوضاء CM بدون مكونات تردد الخط. يمكن إنشاء شبكة تعويض بإضافة مكثفين خارجيين ومقاومات لإنشاء شبكة تأخير وتعيين خصائص الكسب.
تعمل الأجزاء على نطاق واسع من جهد الإمداد من 8 إلى 16 فولت وتشمل حماية UVLO عندما ينخفض الإمداد عن النطاق الطبيعي. تحتوي الأجزاء على حماية مدمجة من درجة الحرارة الزائدة إذا تجاوزت درجة حرارة الوصلة حوالي 175 درجة مئوية. يسمح دبوس التمكين بتوفير الطاقة عندما يكون النظام في وضع الخمول ، مما يقلل من استهلاك التيار الهادئ النموذجي من 12.5 مللي أمبير إلى 50 مللي أمبير.
قال كارستن أوبيتز ، المدير العام لشركة TI للتبديل بين المنظمين ، في البيان الصحفي للإعلان عن الظهور الأول: “لتلبية احتياجات العملاء من أنظمة عالية الأداء ومنخفضة التكلفة ، تواصل TI التقدم في ابتكارات الطاقة لمواجهة تحديات تصميم EMI بطريقة فعالة من حيث التكلفة”. من هذه AEF المرحلية. “نعتقد أن هذه المحفظة الجديدة من AEF ICs المستقلة ستساعد المهندسين بشكل أكبر على حل تحديات التصميم وتعظيم الأداء وكثافة الطاقة في تطبيقات السيارات والمؤسسات والفضاء والتطبيقات الصناعية.”
اكتشاف المزيد من مجلة الإخلاص
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
