يواجه مهندسو التصميم الذين يعملون على تطبيقات التداخل الكهرومغناطيسي المنخفض (EMI) تحديين رئيسيين: الحاجة إلى تقليل EMI لتصميماتهم مع تقليص حجم الحل أيضًا. يضمن الترشيح السلبي للواجهة الأمامية لتخفيف التداخل الكهرومغناطيسي الذي تم إجراؤه الناتج عن مصدر طاقة التبديل الامتثال لمعايير EMI التي تم إجراؤها ، ولكن يمكن أن تتعارض هذه الطريقة مع الحاجة إلى زيادة كثافة الطاقة للتصميمات منخفضة التداخل الكهرومغناطيسي ، خاصةً بالنظر إلى الآثار السلبية لارتفاع تبديل السرعات على توقيع EMI الكلي. تميل هذه المرشحات السلبية إلى أن تكون كبيرة الحجم ويمكن أن تشغل ما يصل إلى 30٪ من الحجم الإجمالي لمحلول الطاقة. لذلك ، يظل تقليل حجم مرشح EMI مع زيادة كثافة الطاقة أولوية لمصممي النظام.
تصفية EMI النشطة (AEF) التكنلوجيا، وهو نهج جديد نسبيًا لتصفية EMI، يخفف EMI ويمكّن المهندسين من تحقيق انخفاض كبير في حجم المرشح السلبي وتكلفته، إلى جانب تحسين أداء EMI. لتوضيح الفوائد الرئيسية التي يمكن أن تقدمها AEF فيما يتعلق بأداء EMI وتوفير المساحة، سأقوم في هذه المقالة الفنية بمراجعة النتائج من تصميم وحدة تحكم الجهد المتزامن في السيارات مع وظيفة AEF المدمجة.
تصفية EMI
يقلل التصفية السلبية من الانبعاثات التي يتم إجراؤها من الطاقة الإلكترونية الدارة الكهربائية باستخدام المحاثات والمكثفات لخلق عدم تطابق مقاومة في مسار التيار الكهرومغناطيسي. في المقابل ، يستشعر التصفية النشط الجهد االكهربى في ناقل الإدخال وينتج تيارًا من الطور المعاكس يلغى مباشرة مع تيار EMI الناتج عن مرحلة التبديل.
ضمن هذا السياق ، ألق نظرة على دوائر التصفية المبسطة الخاملة والنشطة في الشكل 1 ، حيث iN و ZN تشير على التوالي إلى المصدر الحالي والمعاوقة للدائرة المكافئة لـ Norton لضوضاء الوضع التفاضلي لـ DC/DC منظم.
يستخدم مرشح EMI النشط الذي تم تكوينه مع استشعار الجهد وإلغاء التيار (VSCC) في الشكل 1ب دائرة مضخم تشغيلي (op-amp) كمضاعف سعوي ليحل محل الفلتر مكثف (CF) في التصميم السلبي. تستخدم موانع الاستشعار والحقن والتعويض في المرشح النشط كما هو مبين قيم سعة منخفضة نسبيًا مع آثار أقدام صغيرة للمكونات لتصميم مصطلح كسب يُشار إليه بالرمز GOP. يتم تعيين السعة النشطة الفعالة من خلال كسب الدائرة op-amp ومكثف الحقن (CNJI).
يتضمن الشكل 1 تعبيرات لترددات قطع المرشح الفعالة. يتيح GOP الفعال تصميمًا نشطًا مع تقليل مغو وقيم مكثف وتردد قطع مكافئ لتلك الخاصة بالتنفيذ السلبي.
تحسين أداء التصفية
يقارن الشكل 2 تصميمات مرشحات EMI السلبية والنشطة بناءً على اختبارات EMI التي تم إجراؤها للوفاء بمعيار اللجنة الدولية الخاصة للاضطرابات الراديوية (CISPR) 25 الفئة 5 باستخدام كاشفات الذروة والمتوسطة. يستخدم كل تصميم مرحلة طاقة تعتمد على وحدة التحكم DC/DC المتزامنة LM25149-Q1، مما يوفر خرجًا قدره 5 فولت و6 أمبير من دخل بطارية السيارة بقدرة 13.5 فولت. ويبلغ تردد التبديل 440 كيلو هرتز.
توفير مساحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور
يقدم الشكل 4 مقارنة تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمرحلتي المرشح السلبي والنشط التي قدمت النتائج في الشكل 2. تقل بصمة المحرِّض من 5 مم في 5 مم إلى 4 مم في 4 مم. بالإضافة إلى ذلك ، تم استبدال اثنين من المكثفات 1210 التي تتفاقم بشكل كبير مع الجهد المطبق بالعديد من مكونات 0402 الصغيرة والمستقرة القيمة لاستشعار AEF والحقن والتعويض. يعمل محلول المرشح هذا على تقليل البصمة بحوالي 50٪ ، بينما ينخفض الحجم بأكثر من 75٪.
مزايا المكون السلبي
كما ذكرت ، فإن قيمة محاثة المرشح المنخفضة لـ AEF تقلل من البصمة والتكلفة مقارنة بالمحث في تصميم المرشح السلبي. علاوة على ذلك ، عادةً ما يكون للمحث الأصغر ماديًا هندسة متعرجة ذات سعة منخفضة للملف الطفيلية وتردد أعلى للرنين الذاتي ، مما يؤدي إلى أداء ترشيح أفضل في نطاق التردد الأعلى الذي تم إجراؤه لـ CISPR 25: 30 ميجا هرتز إلى 108 ميجا هرتز.
تتطلب بعض تصميمات السيارات مكثفات إدخال متصلة في سلسلة للحصول على متانة آمنة من الفشل عند توصيلها مباشرة عبر سكة إمداد البطارية. نتيجة لذلك ، يمكن أن تدعم الدائرة النشطة توفيرًا إضافيًا للمساحة ، حيث يتم توصيل مكثفات الاستشعار والحقن الصغيرة 0402/0603 في سلسلة لتحل محل المكثفات المتعددة 1210. تعمل المكثفات الأصغر على تبسيط عملية شراء المكونات حيث أن المكونات متوفرة بسهولة وليست مقيدة بالعرض.
وفي الختام
وسط التركيز المستمر على EMI، خاصة في تطبيقات السيارات، يتيح المرشح النشط الذي يستخدم استشعار الجهد وحقن التيار توقيع EMI منخفضًا ويؤدي في النهاية إلى تقليل البصمة والحجم، بالإضافة إلى تحسين تكلفة الحل. يساعد تكامل دائرة AEF مع وحدة التحكم المتزامنة في حل المفاضلات بين EMI المنخفض وكثافة الطاقة العالية في منظم تيار مستمر/تيار مستمر التطبيقات.