ความถี่ต่ำมาจากสองส่วน: โหมดดิฟเฟอเรนเชียลและการกรองโหมดทั่วไป

การกรองโหมดดิฟเฟอเรนเชียลจะพยายามลดเสียงรบกวนบนสายไฟของสายส่งคืนปัจจุบัน

ซึ่งหมายความว่ามีเสียงรบกวนบนสายไฟนั้นอยู่ในเปลือกและสายส่งกลับ ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการกรองคือการแบ่งมันออกเป็นลูปก่อนที่มันจะออกจากเชลล์ เพื่อให้แน่ใจว่ามันจะส่งคืนและไม่สามารถวัดได้ ตั้งตัวเหนี่ยวนำบนสายไฟเพื่อป้องกันไม่ให้ไฟฟ้าดับ และจัดให้มีตัวเก็บประจุระหว่างแหล่งจ่ายไฟและสายส่งกลับเพื่อให้ช่องสัญญาณอิมพีแดนซ์ต่ำและมีสัญญาณรบกวน โดยปกติแล้ว LISN (Line Impedance Stabilization Network) จะใช้ในการทดสอบเชิงพาณิชย์ แหล่งจ่ายไฟที่ทดสอบเชื่อมต่อกับ LISN ผ่านทางตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ โดยมีอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิด 50 ω

บางครั้งเสียงอาจมีน้อยมากจนไม่จำเป็นต้องมีการเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน 50 ω จะสร้างเส้นทางตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าซึ่งเพียงพอที่จะถ่ายโอนสัญญาณรบกวนส่วนใหญ่ได้ เพื่อให้วงจรนี้ทำงานได้ ต้องจำกัด ESR ของตัวเก็บประจุ ลองใช้ตัวเก็บประจุแบบหลายชั้นและตัวเก็บประจุแบบพลาสติกที่เป็นโลหะ

เลือกค่าตัวเลข

การกรองโหมดดิฟเฟอเรนเชียลจะแสดงในวงจรต่อไปนี้:

ประกอบด้วยวงจร LC ลำดับที่สอง ตามการวัด เรารู้สเปกตรัมของเสียงก่อนที่จะกรอง และในเวลาเดียวกัน เรารู้ว่าตัวกรองลำดับที่สองที่ได้รับการออกแบบจะลดทอนเสียงรบกวนที่ 40 dB/Dec นี่คือจุดเริ่มต้นที่กำหนดจุดเปลี่ยนของตัวกรอง

ขั้นแรก ค้นหาส่วนประกอบโหมดดิฟเฟอเรนเชียลความถี่ต่ำสุด เช่น 20dB ที่ 100kHz จากนั้นความถี่ดาวนั้นคือ 100kHz/ 10 ＝30kHz (เนื่องจากรากที่สองของสองขั้ว)

ตอนนี้ให้วาดเส้นตรงที่ด้านบนของสัญญาณรบกวน (30kHz) โดยมีความชัน 40dB/Dec หากไม่มีจุดสูงสุดอื่นๆ ความถี่เรโซแนนซ์ของตัวกรองจะเป็น 30kHz เพื่อเลือกพารามิเตอร์ LC พารามิเตอร์ LC มีตัวเลือกมากมาย ราคาของตัวเหนี่ยวนำมีราคาแพงกว่าของตัวเก็บประจุ และตัวเลือกควรชั่งน้ำหนักราคาและการสูญเสีย

การกรองโหมดทั่วไป

ตัวกรองโหมดทั่วไปออกแบบได้ง่ายกว่าตัวกรองโหมดดิฟเฟอเรนเชียล เนื่องจากมีเพียงไม่กี่ประเภทให้เลือก
ตัวกรองโหมดทั่วไป:ความจุโหมดทั่วไป (เรียกว่าความจุ Y ในธุรกิจ; X คือความจุโหมดดิฟเฟอเรนเชียล)+โช้คโหมดทั่วไป

ดังแสดงในรูปด้านล่าง:

ตัวเก็บประจุโหมดร่วมจะสับสายลงกราวด์ ในขณะที่โช้คโหมดร่วมให้อิมพีแดนซ์ที่สมดุล กล่าวคือ ให้อิมพีแดนซ์เท่ากันสำหรับต้นทางและสายส่งกลับ และนำเสนอเส้นทางอิมพีแดนซ์สูงสำหรับสัญญาณรบกวนในโหมดร่วม . สำหรับการเหนี่ยวนำโหมดดิฟเฟอเรนเชียลจะเป็นศูนย์

การเลือกตัวเลข

ตรงกันข้ามกับองค์ประกอบการเลือกโหมดดิฟเฟอเรนเชียลโหมดทั่วไป ตัวเก็บประจุที่นี่มีราคาแพงกว่าตัวเหนี่ยวนำมีสองเหตุผล:

1.การต่อสายดินของตัวเก็บประจุจะต้องสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้า 3kV ได้ทันทีแม้กระทั่งแรงดันไฟฟ้า 6kV ดังนั้นจึงมีขนาดใหญ่มาก นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดด้านความปลอดภัยที่เข้มงวดเกี่ยวกับค่าของกระแสที่ไหล ซึ่งจะจำกัดค่าสูงสุดที่ตัวเก็บประจุแบบโหมดทั่วไปสามารถใช้ได้ โดยทั่วไปจะมีนาโนฟารัดหลายตัว

ดังนั้น,คุณเลือกความจุสูงสุดที่อนุญาต และใช้เทคโนโลยีเดียวกันกับที่กำหนดไว้ก่อนหน้านี้ LC ให้ใช้ขั้นตอนเดียวกันเพื่อกำหนดค่าตัวเหนี่ยวนำ อย่าตกใจหากคุณคำนวณค่าโช้คโหมดทั่วไปขนาดใหญ่ คอยล์โหมดร่วมสองตัวไหลเป็นกระแสเดียวกัน แต่ดูเหมือนว่าจะไม่มีกระแสสุทธิ หลายๆ รอบไม่มีความอิ่มตัว

2.เมื่อคำนวณค่าความเหนี่ยวนำที่ต้องการ ตัวเก็บประจุโหมดทั่วไปสองตัวจะเชื่อมต่อแบบขนาน (ค่าเป็นสองเท่า) และขดลวดโช้คโหมดทั่วไปสองตัวเชื่อมต่อแบบอนุกรม

ดังนั้น,รับการหมุน 2 ครั้งและการเหนี่ยวนำ 4 เท่า ทำให้คุณลดเสียงรบกวนได้มากขึ้น 8 เท่า ความจุเท่ากับ 9.4nF ในขณะที่ตัวเหนี่ยวนำคือ 4mH และความถี่ตัดของมันคือ 26kHz

ความจุและข้อจำกัด

มีข้อจำกัดด้านความถี่ที่สอดคล้องกันของความจุ ซึ่งจำกัดการใช้งานในการกรอง EMI ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามี ESR มาก ซึ่งหมายความว่าถือเป็นตัวต้านทานที่สูงกว่าความถี่ RC และไม่ใช่ขั้วอีกต่อไป

ตัวอย่างเช่น ความจุ = 100 μ f ESR = 100 mω ซึ่งกลายเป็นความต้านทานที่ความถี่ 16kHz ไม่ได้ใช้สำหรับการควบคุม EMI อีกต่อไป

จริงๆ แล้วตัวเก็บประจุแบบเซรามิกหรือพลาสติกมักใช้สำหรับการกรอง EMI

พวกมันยังถูกจำกัดเนื่องจากการเหนี่ยวนำตะกั่ว

ตัวเก็บประจุ 1 μF มีประสิทธิภาพต่ำกว่า 1MHz เท่านั้น

สูงกว่า 1MHz สามารถเข้าถึง 10MHz ด้วยตัวเก็บประจุ 100nF

เพื่อลดสัญญาณรบกวน สามารถใช้ 1 μF, 100nF และ 10nF แบบขนานได้

นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดในการเหนี่ยวนำ (ความต้านทานของคอยล์ แม้ว่าจะไม่ดีต่อการสูญเสียพลังงาน แต่ก็ไม่มีอิทธิพลที่ชัดเจนต่อการลดเสียงรบกวน)

ข้อจำกัดที่สำคัญที่สุดคือความจุแบบกระจายซึ่งอาจเชื่อมต่อแบบขนานกับตัวเหนี่ยวนำ เหนือความถี่ที่กำหนด รีแอคแตนซ์แบบคาปาซิทีฟจะต่ำกว่ารีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำ และที่สูงกว่าความถี่นี้ ตัวเหนี่ยวนำจะไม่ปิดกั้นสัญญาณรบกวนอีกต่อไป

ตัวอย่าง: สมมติว่า 1mH มีความจุ 100pF จากนั้นอิมพีแดนซ์แบบเหนี่ยวนำของมันจะหยุดเพิ่มขึ้นเหนือประมาณ 500kHz และลดลงตามจริง แน่นอนว่ายิ่งค่าความเหนี่ยวนำน้อยลง ความจุไฟฟ้าแบบกระจายก็จะยิ่งน้อยลงและความถี่คัตออฟก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ตัวเหนี่ยวนำสองตัวสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมแทนตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ตัวเดียวได้ เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำสองตัวเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มความเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุของตัวเหนี่ยวนำก็เชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อลดความจุไฟฟ้า แต่ในทางปฏิบัติไม่เคยทำสิ่งนี้เลยวาริสเตอร์มีความจุ นักออกแบบหลายคนจำเป็นต้องใช้วาริสเตอร์เพื่อดูดซับแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวของระบบส่งไฟฟ้าวาริสเตอร์มีความจุขนาดเล็กและสามารถใช้เป็นส่วนหนึ่งของการกรองซึ่งมีกำไรเพิ่มขึ้นอย่างไม่คาดคิดหมายเหตุ: เพิ่มวาริสเตอร์ระหว่างต้นทางและเส้นกลับลงกราวด์ วาริสเตอร์ยังมีกระแสรั่วไหลด้วย ดังนั้นความจุ Y ควรลดลงตามไปด้วย

ตัวเหนี่ยวนำสองตัวที่มีแกนแม่เหล็กหนึ่งแกน: ตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วมและโหมดดิฟเฟอเรนเชียล ช่วยประหยัดต้นทุนและปริมาณอย่างไรก็ตาม การออกแบบควรคำนึงถึง: การม้วนโช้คโหมดทั่วไป เช่น 47 รอบในด้านหนึ่ง ในขณะที่การม้วนอีกด้านหนึ่งของเส้นแหล่งกำเนิดอีก XNUMX รอบตัวเหนี่ยวนำนี้ยังคงเป็นโช้คโหมดทั่วไป แต่ตอนนี้มีตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมที่มีความเหนี่ยวนำ (48 2 -47 2 )AL ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าการพันรอบหนึ่งรอบบนแกนแม่เหล็กดังกล่าวมาก อย่างไรก็ตาม สนามแม่เหล็กคอมโพสิตในแกนแม่เหล็กไม่เป็นศูนย์ ดังนั้นคุณควรตรวจสอบว่าแกนแม่เหล็กไม่ควรอิ่มตัวที่กระแสสูงสุด

มีการลดทอน 100dB หรือไม่?

ตัวกรองความถี่ต่ำใช้ตัวกรองแบบสองขั้วเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเพิ่มตัวเก็บประจุอีกหนึ่งตัว ตัวเหนี่ยวนำอีกหนึ่งตัว หรือตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุอีกหนึ่งตัวสำหรับการกรองลำดับสูง เนื่องจากตัวกรองดังกล่าวออกแบบได้ยาก

สำหรับการออกแบบเชิงพาณิชย์ การกรองลำดับสูงต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำอื่น ซึ่งหมายความว่าการผลิตเป็นเรื่องยาก ยกเว้นในกรณีพิเศษ ไม่จำเป็นต้องมีตัวกรองดังกล่าว การลดทอนแบบสี่ขั้วนั้นเร็วมาก และอาจแย่กว่านั้นหากจำเป็นต้องใช้หกขั้วหากมีการคำนวณว่าตัวเหนี่ยวนำจำเป็นต้องลดทอนลง 60~80dB ในย่านความถี่ต่ำ วิธีที่ดีที่สุดคือย้อนกลับไปศึกษาการเดินสายของวงจร

วิธีที่เป็นไปได้: เพิ่มความถี่ในการสลับเพื่อลดข้อกำหนดในการกรอง มีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของส่วนประกอบ และมีการรั่วไหลและการรบกวนข้ามระหว่าง via ในโครงร่าง PCB จริงระหว่างบรรทัดล่างและบรรทัดบนสุด สามารถรับการลดทอนได้ 100dBคุณสามารถซื้อตัวกรองเชิงพาณิชย์ได้ เนื่องจากตัวกรองจะทำให้การลดทอนสัญญาณทำได้ดีกว่าด้วยตัวมันเองเนื่องจากอุปกรณ์เชิงพาณิชย์รายใหญ่ให้ความสนใจในการหลีกเลี่ยงการรบกวนรูปแบบวงจร และได้ปิดผนึกตัวกรองไว้ในเปลือกโลหะแน่นอนคุณสามารถทำได้ด้วยตัวเอง แต่ต้นทุนจะสูงกว่า

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: บทความนี้ทำซ้ำจาก "Power Core City" บทความนี้นำเสนอเฉพาะความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียน และไม่ได้นำเสนอมุมมองของ Sacco Micro และอุตสาหกรรม มีไว้สำหรับการพิมพ์ซ้ำและแบ่งปันเพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาเท่านั้น โปรดระบุแหล่งที่มาต้นฉบับและผู้แต่งเมื่อพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดใด ๆ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

โทรศัพท์บริษัท: +86-0755-83044319
แฟกซ์/แฟกซ์:+86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว
ที่อยู่: ห้อง 809 บล็อก C อาคารเทคโนโลยี Zhantao เลขที่ 1079 Minzhi Avenue เขตหลงหัวใหม่ เซินเจิ้น