Elektromagnetinės spinduliuotės (EMI) mažinimas aukštos galios atgalinio ryšio transformatorių grandinėse

EMI generavimo supratimas Atgalinės eigos transformatoriuose

dv/dt ir di/dt laiko būsenos kaip pagrindiniai išspinduliuojamojo EMI šaltiniai

Greiti įtampos perėjimai (dv/dt) ir srovės smūgiai (di/dt), atsirandantys grįžtamojo transformatoriaus perjungimo cikluose, sukuria intensyvius elektromagnetinius laukus – todėl jie yra spinduliuojamosios elektromagnetinės sąveikos (EMI) pagrindiniai šaltiniai. Greitesni perjungimo greičiai sustiprina aukšto dažnio harmonikas, stumdamiesi emisijas į problemiškus radijo dažnių ruožus. Mažinti aukšto dv/dt perjungimo mazgo kontūrų fizinį plotą ir įtraukti tinkamai pritaikytus slopinimo grandynus yra du veiksmingiausi būdai slopinti parazitines svyravimus, kurie sukelia šias emisijas.

Parazitinės susijungimo kelios: tarpvijų talpa ir nutekėjimo induktyvumo poveikis

Tarpvijų talpa sukuria nenorimą laidžiąją kelią bendrojo režimo triukšmui tarp pirminės ir antrinės vijų grandinės. Tuo tarpu nuotėkio induktyvumas kaupia energiją išsijungimo metu, dėl ko atsiranda įtampos viršukilis ir rezonansinis žvangėjimas. Abu šie reiškiniai kartu sukuria susietas rezonansines grandines, kurios skleidžia elektromagnetinį triukšmą tiek laidžiuoju, tiek spinduliuojamuoju būdu. Transformatoriaus geometrijos optimizavimas – pavyzdžiui, naudojant persipynusias vijas arba integruojant Faradėjaus ekranus – pašalina šiuos parazitinius ryšius nepakenkiant galios perdavimo efektyvumui.

Atbulinio transformatoriaus projektavimo strategijos EMI slopinimui

Ekranuotos vijos ir bendrojo režimo triukšmo kompensavimo technikos

Elektrostatiniai ekranai, įmontuoti tarp pirminės ir antrinės vijų grandinės, nukreipia poslinkio sroves nuo jautrių grandinės mazgų, taip žymiai sumažindami talpinį susiejimą – pagrindinį spinduliuojamojo EMI kelį. Transformatoriaus susiejimo modeliavimo rezultatai, paskelbti IEEE Transactions on Power Electronics (2024 m.) parodė ≥10 dB bendrojo režimo (CM) triukšmo sumažėjimą naudojant ekranuotas konfigūracijas. Kai šie ekranai derinami su kompensavimo technikomis – pavyzdžiui, priešingomis apvijų fazėmis arba subalansuotais vijų santykiais – jie nutraukia rezonanso kilpas, kurios kitu atveju stiprintų CM emisijas. Pavyzdžiui, priešinga papildomosios apvijos jungtis gali neutralizuoti talpines sroves pagrindiniame transformatoriuje, užtikrindama 15 dB slopinimą 30 MHz dažnyje.

Optimalus vyniojimo tvarkos ir sluoksnio geometrijos parinkimas, siekiant sumažinti talpos–nutekėjimo induktyvumo kompromisus

Strateginiai vyniojimo išdėstymai padeda išspręsti įprastą įtampą tarp tarpvynio talpos ir nutekėjimo induktyvumo. Sumažinta antrinės apvijos konstrukcija (P-S-S-P konfigūracija) sumažina pirminės–antrinės apvijos talpą 40 % lyginant su įprastine sluoksnių dėliojimo schema, kaip nustatyta „Journal of Power Electronics“ (2023). Paeiliui besikeičiantys sluoksnių plotis – siauresni aukštos varžos mazguose – sumažina nuotėkio induktyvumą 25 %, išlaikant mažą talpą. Apsukus apvalų laidą į tarpusavyje persidengiančius folijos vyniojimus dar labiau sumažinamos lauko emisijos paviršiai, todėl artimosios zonos elektromagnetinis triukšmas (EMI) sumažėja 8–12 dB dažnių diapazone nuo 50 iki 100 MHz. Dalinės posūkių geometrijos taip pat pašalina didelės dv/dt vertės karštuosius taškus vyniojimų kraštuose.

Grandinės lygio filtravimas ir impedanso valdymas

X/Y kondensatoriai, bendrosios grandinės (CM) varžos ir slopinamieji elementai skleidžiamojo elektromagnetinio triukšmo (EMI) kontrolės tikslais

Veiksmingas išspinduliuotos EMI kontrolės įgyvendinimas atšokančiojo transformatoriaus grandinėse remiasi suderinta varžos valdymo ir filtravimo strategija. X kondensatoriai perduoda diferencialinės būsenos triukšmą tarp linijos laidų; Y kondensatoriai nukreipia bendrosios būsenos sroves iš linijos į žemę einančių kelių. Bendrosios būsenos (BB) varžos įterpia aukštą varžą BB srovėms, naudodamos magnetiškai susietas apvijas – tinkamai parinkus jas, pasiekiamas 20–40 dB slopinimas virš 1 MHz dažnio. RC arba RCD slopintuvai sumažina įtampų smūgius, kuriuos sukelia nutekėjimo induktyvumas, slopindami aukštųjų dažnių drebėjimą iki 70 %. Norint maksimaliai padidinti veiksmingumą:

• X/Y kondensatorius reikia montuoti kuo arčiau triukšmo šaltinių
• BB varžas reikia įrengti tiesiogiai prie transformatoriaus sąsajų
• Slopintuvo laiko konstantas reikia pritaikyti prie transformatoriaus jungimo dinamikos
  Ši daugiasluoksnė strategija mažina rezonansines sąveikas ir užtikrina patikimą atitiktį CISPR 32 klasės B išspinduliuotų emisijų riboms.

Geriausios praktikos PCB išdėstyme, skirtos atšokančiojo transformatoriaus sukeltam EMI sumažinti

Didelės dv/dt vertės kilpų ploto ir žemės grįžtamojo kelio nutrūkimų mažinimas

Didelės dv/dt lašinamųjų transformatorių grandinėse kylantys laikinieji reiškiniai sukuria stiprius elektromagnetinius laukus – išspinduliuotos emisijos intensyvumas tiesiogiai priklauso nuo kilpos ploto. Norint tai sumažinti, perjungimo tranzistorius reikia įrengti šalia transformatoriaus ir didelės srovės laidus vedžioti taip, kad atstumas tarp jų būtų ≤5 mm, kad būtų sumažinti magnetinio susijungimo keliai. Taip pat ypač svarbu užtikrinti nepertraukiamus žemės grįžtamuosius kelius: fragmentuoti žemės plokštumos sukelia varžos nutrūkimus, kurie gali padidinti bendrojo režimo triukšmą iki 20 dB, remiantis CISPR 32 klasės B etaloniniais duomenimis. Norint supresuoti įtampų smūgius, žemės laiduose reikia naudoti daugybę perėjimo skylučių kas λ/10, vengti stačiųjų kampų laidų lenkimų, o daugiasluoksnėse plokštėse – vienas kitą veikti maitinimo ir žemės plokštumas, kad kilpos plotas būtų sumažintas 40–60 % lyginant su viensluoksnių plokščių sprendimais.

Dažniausiai užduodami klausimai

Koks yra pagrindinis EMI šaltinis lašinamuosiuose transformatoriuose?

Pagrindiniai EMI šaltiniai atšaukiamuosiuose transformatoriuose yra dv/dt ir di/dt laikinieji reiškiniai per jungimo ciklus, kurie sukuria stiprius elektromagnetinius laukus.

Kaip tarpvijų talpa gali paveikti EMI generavimą?

Tarpvijų talpa sukuria laidumo kelią triukšmui tarp vijų, todėl prisideda tiek prie laidžiosios, tiek prie spinduliuojamosios EMI.

Kokia apsauginių ekranų funkcija EMI slopinime?

Transformatoriaus vijose įmontuoti ekranai sumažina talpinį susijungimą, kuris yra svarbus spinduliuojamosios EMI kelias, taip pat padeda nutraukti rezonanso kilpas, kurios stiprina triukšmą.

Kaip spausdintosios plokštės (PCB) išdėstymas gali paveikti EMI atšaukiamuosiuose transformatoriuose?

Veiksmingas PCB išdėstymas sumažina spinduliuojamąją emisiją mažindamas aukšto dv/dt kilpų plotus ir užtikrindamas nuolatinius žemės jungimus, kad būtų išvengta triukšmo padidėjimo.