A Közös Módusú Fojtótekercsek Magyarázata és Alkalmazása az Elektronikában

Az egyik leggyakoribb mágneses alkatrész az induktivitás, amelynek meghatározott induktivitás értéke van, ezért impedanciája a frekvencia növekedésével nő. Ez önmagában tekinthető elsőrendű nagyfrekvenciás szűrőnek. Amikor pedig a szűrendő objektumról szóló megbeszélésünk egyetlen áramkör (hurok vagy kör) helyett két vagy több pályára változik, akkor minden útra legalább egy induktort kell elhelyezni, hogy ugyanazt a nagyfrekvenciás szűrési hatást elérjük - ezt pedig könnyen és ügyesen meg lehet valósítani gyakorlati mágneses komponensekkel, amit itt közös módusú fojtóként említünk.

Miért? Mert amikor több pálya van (például a leggyakoribb esetben kettő), akkor az azonos irányú áram által generált mágneses fluxus „megosztható” egy másik áramkörrel, így ekvivalensként további impedancia nyerhető, amit másképp mágneses csatolásnak nevezünk. Így két egymással csatolt tekercset egy mágneses mag köré tekerve jobb szűrési eredmény érhető el, mintha két különálló induktort használnánk. A cikk elején említettük, egy közös módusú induktor nem más, mint egy olyan induktor, amely egyszerre van két áramkörbe kötve. Funkciója az, hogy csökkentse vagy gyengítse a mindkét áramkörben előforduló közös módusú zajt. A fentiek bemutatták az általános módú induktorok alapvető funkcionális jellemzőit, nevezetesen a szűrést.

Végül az észrevétlen olvasók észre fogják venni, hogy az általános módusú induktorokat induktorként említik, de nem különböztetik meg a teljesítmény induktoroktól. Ezek nem veszik figyelembe a telítési áramot vagy az energiatárolást, és angol nevük choke (fojtó) szóra végződik. Ezért alapvető jelentésük még mindig fojtó. Éppen a fojtó hatása miatt tudnak szűrést végezni, ezért helyesebb lenne őket általános módusú fojtótekercseknek nevezni, ami jobban tükrözi elvüket.

A Közös Módusú Fojtók Működési Elve és Tervezése

Differenciális és Közös Módusú Működés Különbségei

Először is meg kell különböztetni a transzformátorokat és az általános módú induktorokat, amelyek szintén csatolási műveletet igényelnek, mivel a szűrés a vonalon lévő zajt nyomja el (vagy elnyeli). Az gerjesztés irányából nézve ez közös módusú, míg a transzformátorok a teljesítményt képviselő feszültség-gerjesztési áramot továbbítják, ami differenciális módusú. Ezért, hasonlóan a biztonsági kondenzátor kapcsolásához, az általános módú induktoroknak Y-kapcsolásban (a földelési vagy referencia földelési áramkörön keresztül) kell lenniük, míg a transzformátoroknak X-kapcsolásban (a bemeneti és kimeneti áramkörök között) kell lenniük.

Az alábbi táblázat összefoglalja a közös módusú és differenciális módusú áramkörök fő jellemzőit:

Mire figyeljünk, ha közös autónk van?

Mágneses Csatolás és Indukció

Ahogy az 1. ábrán látható, az árammal ellátott tekercs A egy mágneses teret hoz létre a környezetében (itt a tekercsen), amelyet a Фa mágneses fluxus (vagy →Ba) jelöl, utalva a közös módusú induktivitás mágneses fluxussűrűségére, alkalmazási besorolására és kiválasztására. A mágneses tér erőssége az áram nagyságától, a tekercs menetszámától, a hatékony keresztmetszeti területtől és attól függ, hogy van-e mágneses mag a tekercsben. Ezek között, ha van egy mágneses mag a szíja közepén, a mágneses átjárhatósága minél nagyobb, annál nagyobb a megfelelő egyenértékű mágneses áramkör hossza minél rövidebb, annál nagyobb a mágneses áramlás. Ez egy standard induktanciaszövet és a megfelelő térbeli mágneses áramlás eloszlását. Megjegyzendő, hogy a mágneses áramlás eloszlása nem függ a áramváltozástól, és egy identitási kapcsolat. Lényege a Maxwell elektromágneses egyenleteiben szereplő Gauss mágneses mező törvényéből származik.

Amikor egy másik, a térben elhelyezett B tekercs egy meghatározott helyzetben közelít az áram alatt lévő A tekercshez (az 1. ábrán látható módon), akkor az A tekercs által kibocsátott mágneses fluxus egy része szükségszerűen áthalad a B tekercsen, ezzel létrehozva egy közös kapcsolódási viszonyt. Az Ampère-törvény szerint, amikor a B tekercs által körülvett hurokban a mágneses fluxus megváltozik, akkor a B tekercs hurokjában indukált elektromotoros erő, azaz indukált feszültség jön létre.

Előre látható, hogy ha a B tekercs egy nyitott vezetőtekercs, akkor nem alakulhat ki hurokáramkör, csupán a tekercs két végpontja között keletkezik indukált feszültség. Mivel az áramkörben nincs áram, így természetesen nem jön létre ennek megfelelő térbeli mágneses mező sem. Ugyanakkor, ha a B tekercs zárt hurkot alkot, akkor biztosan létrejön egy hurokáram, azaz indukált áram. Ugyanakkor, mivel az indukált áram is létrejön, az fordított irányú térbeli mágneses mező-eloszlást hoz létre. A B és az A tekercs közötti térbeli kapcsolat függvényében az A tekercs szükségszerűen osztozik a B tekercs által kibocsátott mágneses fluxuson.

Akkor tehát mi lesz az ilyen kölcsönös indukció végső eredménye? Nyilvánvaló, hogy ha az A tekercs csupán állandó áramot bocsát ki, akkor a B tekercs nem érezhet semmilyen változást a mágneses fluxusban, amellyel a rögzített pozícióban osztoznak. Ezért csupán akkor jöhet létre kölcsönös indukció, ha az A tekercsben változó áram (például váltóáram) keletkezik. Egy-egy arány esetén (csak arra az esetre koncentrálva, amikor egy tekercs párosítva van egy másik tekercsel), az indukált áram mindig ellentétes hatású a mágneses fluxusváltozással. Ennélfogva a megfelelő B tekercs befolyása az A tekercsre éppen megszünteti az A tekercs által a B tekercs felé megosztott mágneses fluxusváltozást. A két tekercs által megosztott mágneses fluxusok változásai egymást éppen semlegesítik.

Mágneses tér csatolás rögzített pozícióban (különböző az elektromos motoroktól vagy generátoroktól) a különböző tekercsek közötti kölcsönhatást írja le, amelyet a váltóáramú körülmények között megosztott mágneses fluxus okoz. Mint teljesítményátalakításhoz vagy jelválasztáshoz használt transzformátor, illetve mint közös módusú induktor áramkompensációhoz, ez is példa mágneses tér csatolásra.

Opel Vectra C - Common Rail rendszer áttekintése

Csatolási Tényező és Szórási Induktivitás

Közös módusú induktor tervezése vagy gyártása során mindig elkerülhetetlen egy kérdés: milyen paramétereknek kell a két tekercsnek megfelelnie a követelmények teljesülése érdekében? Vagy más szavakkal, az áramon és az egyoldali induktivitáson túl, milyen további követelmények vannak a kettő kapcsolatának figyelembevételére?

Egy gyakori paraméterkövetelmény az, hogy mindkét oldalon a mérési hiba elegendően kicsi legyen, esetleg a csatolási tényezőnek nagy értékűnek kell lennie (például 98%). Ez annak oka, hogy mint áramkompensációs típusú közös módusú induktornál, ha a szórási induktivitás túl nagy, akkor jelentős hatással van a differenciális módusú jelre, ami felesleges differenciális módusú impedanciát okozhat (ez pedig jelcsillapodáshoz vagy a differenciális módusú sávszélesség csökkenéséhez vezethet), illetve a mágneses mag telítődését is kiválthatja, befolyásolva a közös módusú zajsuppressziót. Ezért szükséges a mágneses tér csatolási tényezőjének kontrollálása.

Amikor mágneses térkapcsolódás jön létre két tekercs között egy csatoló közegen (mágneses mag) keresztül, amelynek homogén a mágneses permeabilitása, akkor az A tekercstől a B tekercsig megosztott meghatározott mágneses fluxus , Ezzel szemben egyenlő . Az előbb említettek szerint a mágneses tér csatolása két tekercs között egy csatoló közegen (mágneses mag) keresztül történik, amelynek mágneses permeabilitása egyenletes. A fenti magyarázat szerint két tekercs, amely ugyanarra a mágneses magnak van felcsévélve, ugyanakkora kölcsönös induktivitással rendelkezik, amelyet M-mel jelölünk. A részletes bizonyítási folyamat a Neumann-féle képletre hivatkozva végezhető el.

Tegyük fel most, hogy a teljes mágneses fluxus tekercs A-nál a megosztott rész az arány , azaz . A fentiekben ismertetett módon származik a mágneses térkapcsolódási tényező k: a tényleges közös módusú induktivitást úgy lehet meghatározni, hogy külön-külön mérjük a két tekercs tekercselésének induktivitását (a másik tekercs nyitott állapotban van), valamint a szórási induktivitást (a másik tekercs zárt állapotban van, ), és az egymásra ható induktivitás illetve a csatolási tényező k értékei. Konkrétan egy nagyon szimmetrikus közös módusú induktor esetén, amelyet magas permeabilitású gyűrű alakú mágneses magon (például MnZn ferrit gyűrű) tekercseltek fel, a két tekercselés induktivitása nagyon közel esik egymáshoz, és a szórási induktivitás nagysága közel lenne . Látható, hogy minél nagyobb a csatolási tényező, annál kisebb a szórási induktivitás.

Közös Módusú Fojtók Alkalmazási Területei

Zajcsökkentés Tápegységekben

A közös módusú induktivitás alkalmazásának meghatározásához először meg kell érteni, hogyan keletkezik a közös módusú zaj: az ábra 2-ben látható módon (Infineon 60 W-os kapcsolóüzemű tápegységének referenciaterve: DEMO_5QSAG_60W1), a bemeneti csatlakozó a 85~300 VAC hálózati bemenet, és a tápkapcsok L, N vezetékei közös földet képeznek a referenciafölddel. Valójában ezen referenciaföldhöz csatlakozik a zöld színű földelővezeték is, amely fizikai földeléshez csatlakozik.

Fiesta MK6 dízel javítási útmutató

Az L és N vezetékek most teljesítik a fő tápfeszültségkört, és a Flyback transzformátor primer oldalára kerülnek kapcsolva. A hűtés korlátozása érdekében hűtőközeg (alumínium hűtőborda) van csatlakoztatva a házához, ami növeli annak magasfeszültségű csatlakozóinak talajjal szembeni szórt kapacitását, kapacitív csatolást hoz létre, és a magas frekvenciájú bemeneti feszültséget zajos potenciálként csatolja be. A bemeneti port L és N vezetékein ez a potenciál szintén megjelenik a referenciaföldön keresztül, így létrejön egy közös módusú zajforrás. Megjegyzendő, hogy a kapacitív csatolás mint fő közös módusú zajforrás, amellyel az EMC-tesztelés során végzett vezetett emissziós vizsgálatoknak szembe kell nézniük, széles körben jelen van mindenféle AC-DC alapú tápegységben, különböző topológiai struktúrákkal.

Ugyanakkor valójában a transzformátor primer és szekunder oldalán is számos apró áramkör található, és mindegyik ilyen kis áramkör növeli az induktív csatolás zajáramát, ami szintén nehezen előrejelezhető közös módusú vagy differenciális módusú zajt eredményez. Ezért jelentős bizonytalanságot okoz az EMC rendszerbeállítás során, ami éppen az oka annak, hogy ma még mindig nem lehet szimulációs szoftverekre támaszkodni az elektromágneses kompatibilitás szimulálásához.

A közös módusú zaj nagyságának becsléséhez általában szükséges a közös módusú zajkörben lévő szórt kapacitás feltételezése, amely jellemzően tízes pF tartományban van. A 2. ábrán bemutatott példában feltételezve egy 20 pF-es szórt kapacitást, amikor a bemeneti tápfeszültség 230 V váltakozó áramú, és a fő teljesítménykapcsoló tranzisztor kapcsolási frekvenciája 200 kHz, a teljes be- és kikapcsolási impulzusszélesség 1 µs, a növekedési és lecsengési idő pedig 0,2 µs. A bemeneti csatlakozón a maximális feszültség , az áramkörön keresztüli váltakozó áramú bemenet kitöltési tényezője . Egy közös módusú zajjal rendelkező áramkörben, ha nem kötünk be közös módusú induktort, a maximális közös módusú áram becsülhető a soros ekvivalens impedancia (például vezeték ellenállás, parazita induktivitás stb.) figyelmen kívül hagyásával, ahogy az a 3. ábrán látható.

Azaz a közös módusú és a differenciál módusú zaj amplitúdói összetevődnek, de nyilvánvalóan ha a közös módust elnyomjuk, akkor a végső mérési eredmények javulnak. Ezért például a hagyományos kommunikációs és ipari alkalmazásokra vonatkozó EMC szabványban, az EN55022-ben a QP amplitúdónak alacsonyabbnak kell lennie, mint: a 150 kHz és 500 kHz közötti tartományban. Ezért a maximális itt a közös módusú zaj csillapítását kell végrehajtani. A -20 dB-es csillapítási cél értékét véve példaként, egy egyszerű számítás révén megállapítható, hogy a közös módusú áramkör fő impedanciája az elszórt kapacitás impedanciája, amely körülbelül 25 KΩ. Ahogy azt a 4. ábra is mutatja, a szükséges közös módusú impedancia körülbelül 250 KΩ, amely átalakítható egy 125 mH-es közös módusú induktivitásra.

Jelvezetékek Zajcsillapítása

A közös módusú induktivitásokat nemcsak az áramellátó vezetékekben, hanem nagy sebességű jelvezetékeken is gyakran alkalmazzák, például USB 3.0, HDMI, LAN stb., vagy egyes LVDS jelvezetékek, mint például CAN BUS, SPI vagy RS232, RS485 stb. A közös módusú induktorok használatának funkciója a jelvezetékeken a közös módusú zaj elnyomásában is megnyilvánul, például bizonyos kommunikációs szabványok által előírt közös módusú elutasítási arány teljesülése érdekében. Ugyanakkor fontosabb szempont a velük járó áramkompenszációs hatás, amint azt már említettük, tehát áramkompensációs típusú közös módusú induktorok.

Ahogy az 5. ábrán látható, a nagy sebességű jelvezetékek általában differenciális átvitelt használnak a jelek továbbításához. A jelvezetékeken ellenállások, szórt kapacitások és elosztott induktivitások találhatók. A csavart érpár kábelek hatékonyan csökkenthetik a szórt kapacitásokat, de nem tudják eltávolítani az elosztott induktivitásokat. Ezért a vevő végén megjelenik egy differenciális bemeneti induktivitás, és a vezetéken folyó csatolódó áram zajt generál a jel diagramon. Ezek a zajok majdnem egyenlően oszlanak el a vevő mindkét végén a transzmissziós vonal szimmetriájának megfelelően. Mivel most a vevő bemeneti helyére egy közös módusú induktort helyeztünk, a majdnem egyenlő mennyiségű zaj ki fogja egymást oltani azáltal, hogy a közös módusú induktor tekercselési csatolásán haladnak keresztül, így lényegesen csökkentve a csatolódó zajt. Azaz az áram kompenzációs hatása csökkenti a vevőnél a bemeneti zajt.

A jel szemdiagramján, ahogy azt a 6. ábra is mutatja, a vezetéki összetett induktivitásból adódó beszúrási veszteség csökkentésével javul a jel-zaj viszony, ami különösen fontos hosszabb transzmissziós vonalak vagy nagysebességű jelvezetékek esetén. Általában az említett jelportokhoz használt transzmissziós vonalak impedanciája 90~120 Ω-os tartományba esik.

Közös Módusú Zaj Csökkentése Csöves Áramkörökben

Egy csöves áramkör tápegysége legalább két részre osztható. Az anódfeszt illetve a fűtőfeszültséget szolgáltató részre. A fűtőfeszültséget tekinthetjük úgy is, mint a fűtés két vezetéke közt föllépő differenciális zavarjel. Azaz a két vezeték potenciálja ellentétesen változik, és ellentétes irányú áramok folynak rajtuk. Ezt a differenciális zavart a fűtőszál hőtehetetlensége - föltéve hogy az nem túl nagy - meglehetősen jól kiszűri. Azaz nem okoz jelentős hőmérséklet változást a katódon, másrészt a fűtés - katód kapacitáson sem változik a feszültség. Ilyen szempontból vizsgálva az egzotikus fűtés szabályzókat, nem tűnik lényegesnek hogy 10mV vagy 5mV a fűtőfeszültségen lévő zavar.

Más a helyzet, ha a közös módusú zavarokat vizsgáljuk. Közös módusú zavarjel esetén a fűtés vezetékeinek potenciálja egy irányba változik. Akár egy vezetéknek is tekinthetjük azokat az egyszerűbb megértés érdekében. Ilyen típusú zavar ellen többnyire hatástalan a megszokott feszültség stabilizátor, bár a kiszolgáló áramkörei nyújthatnak valami csillapítást a közös módusú jelekre.

Ebben az esetben a fűtés-katód kapacitás feszültsége a közös módusú zavar miatt változik. Ez a változás a cső katódköri ellenállásától függően vezérlő jelként jelenik meg a cső katód körében, amit az természetesen fölerősít. A katódköri kondenzátor szerencsére csillapítja a becsatolt zavart, a kis értékű katód ellenálláson sem tud létrejönni nagy zavaró jel, de egy differenciál erősítő érzékenyebb lehet. A közös módusú zavar kapacitívan csatolódik a katódba, ezért frekvencia függő a mértéke. Nagyobb frekvenciákon esetleg a katód kondi sem csillapítja már.

Kis jelű fokozatokban különösen célszerű csillapítani a közös módusú zavarokat megfelelő fojtóval illetve áramköri elrendezéssel. Egy fonó előerősítő nem tekinthető nagyjelű áramkörnek, célszerű közös módusú fojtót elhelyezni a fűtésbe, másrészt egy-egy 10-100n kerámia kondenzátort beépíteni a csőfoglalatra a fűtés kivezetési és a föld közé. Az ilyen jellegű zavarok fő forrása az anód feszültség tekercse és a fűtő tekercs közti csatolás. Az anód feszültség egyenirányításakor létrejövő nagy frekvenciás jelek közös módusú zavarként jelennek meg a fűtés tekercsén, tekercsein.

Közös Módusú Vezérlés Differenciál-erősítőkben

A műveleti erősítők bemeneti fokozatai differenciál- erősítők, bipoláris vagy térvezérlésű tranzisztorral felépítve. A bipoláris tranzisztorok két bázisa, a FET- ek esetében a kapuelektródája képzi a földhöz képest a szimmetrikus bemeneteket.

Az erősítő vezérlése két módon történhet:

• Differenciális vezérlés: ilyenkor bipoláris tranzisztornál a két bázist a földhöz képest különböző jelek vezérlik.
• Közös módusú vezérlés: a vezérlő jel közös, szimmetrikus összetevőt nem tartalmaz. Ekkor a két bázist illetve a vezérlőelektródát a földhöz képest azonos jel vezérli.

Vezérlő jelek hatására a kimeneti feszültségek is felbonthatók összetevőikre. A differenciál-erősítő akkor ideális, ha a két tranzisztor paraméterei és a megfelelő ellenállások azonosak, tehát teljesen szimmetrikus áramkörről van szó. A valóságos differenciál-erősítő az alkatrészek szórása miatt nem lehet szimmetrikus, ezért az erősítő kimenetén feszültség jelenik meg nulla bemenő jel esetén is. Ezért az erősítőt szimmetrizálni kell, amit nullázásnak vagy ofszetkiegyenlítésnek nevezünk.

Olyan kollektor vagy emitterkörbe beépíthető potenciométer, amely alkalmas a kimenőfeszültség nullázására. A P potenciométer segítségével a két kollektor áramot azonos értékűre állítjuk be úgy, hogy a kimeneti feszültség nulla értéket vegyen fel.

A közös módusú feszültségerősítés Akkor, ha közös módusban vezéreljük a differenciál- erősítőt, felfogható két párhuzamosan kapcsolt, terheletlen közös emitterellenállással rendelkező fokozatnak. , vagyis a differenciális és a közös módusú feszültségerősítések hányadosa.

Másodszor, magának az általános módusú szűrő hatásának értékelése és mérése további segédáramkörök használatát igényli. A gyakorlati EMC (elektromágneses kompatibilitás) tesztelés során azonban gyakran csak a vevő (LISN - Lineáris impedancia stabilizáló hálózat) jeleit vizsgálják, amelyek a differenciális és közös módus kombinációjából adódnak, hogy megállapítsák, megfelel-e a vonatkozó előírásoknak (például CE tanúsítvány). Ezért az általános módusú induktor szerepe gyakran nem található meg a termékadatlapban, ez pedig az oka annak, hogy a mérnökök gyakran tapasztalatra támaszkodva választják ki a modellt.

Az alábbi fejezetben megismerkedünk a közös módusú induktorok alapvető felépítési elveivel, alkalmazási besorolásával és kiválasztásával, remélve, hogy hasznos lesz számára mint mérnöknek. Ugyanakkor, ha bármilyen kérdése lenne vagy szeretné megvitatni a vonatkozó ismertetést, vegye fel velünk a kapcsolatot. Mérnöki csapatunk a komponensek és alkalmazások szempontjából a lehető legnagyobb mértékű segítséget nyújtja majd.

tags: #kozos #modusu #vezerles #magyarázat

• Alkatrész katalógusok széles választéka
• Ablak sötétítés Magyarországon
• Vezérműszíj feszítő beállítása Fiat Bravo modellekhez
• Golf 2 külföldi okmányokkal - Mire figyelj?
• Piros belső a Mercedes A160-ban