PHÂN TÍCH MẠCH của một bộ lọc EMI CHO VIỆC dự đoán từ TRƯỜNG gần PHÁT RA

Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 1 PHÂN TÍCH MẠCH CỦA MỘT BỘ LỌC EMI CHO VIỆC DỰ ĐOÁN TỪ TRƯỜNG GẦN PHÁT RA Giảng viên hướng dẫn PGS.TS Đào Ngọc Chiến Học viên thực hiện Nguyễn Đình Nhất MSHV CB110886 Lớp KTTT1 1.Tóm tắt Trong bài báo này , một phân tích mạch của bộ lọc nhiễu điện từ được sử dụng khi di chuyển có tốc độ có thể thay đổi, được thực hiện để dự đoán các tần số cộng hưởng của bức xạ từ trường gần nó. Các thông số của bộ lọc được xác định bằng cách đo đạc và mô hình của bộ lọc tích hợp những thông số liên quan. Nó được sử dụng để tính toán trở kháng đầu vào và chức năng truyền đạt của bộ lọc trong các chế độ bình thường và đặc biệt. Song song là việc đo các thông số từ trường gần được thực hiện và tần số cộng hưởng tương ứng của một bức xạ tối đa của chức năng truyền đạt. Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 2 I/GIỚI THIỆU Quét cận trường không được đưa vào trong tiêu chuẩn , ngoại trừ việc phát ra từ IC , nó tạo ra công cụ thuận tiện cho việc mô tả hệ thống phát xạ phức tạp và phân tích nguyên nhân của nhiễu điện từ [ứng dụng của trường gần trong tương thich điện từ- EMC]. Từ việc quét cận trường , các mô hình tương đương có thể được rút ra cho đại diện điện từ trường [Mô hình bức xạ điện từ trong trường gần]. Từ các thông số quét cận trường trên một thiết bị công nghiệp, một bộ chỉnh tốc độ (ASD) đã xác định 3 nguồn bức xạ chính : _ Nguồn cung cấp điện cho chuyển mạng nội bộ (SMPS) _Nguồn biến áp _ Bộ lọc EMI [dùng để xác định nguồn bức xạ trong ổ cứng có tốc độ thay đổi] Từ khi bộ lọc EMI nằm ở đầu vào ASD, nó tập trung tất cả các nhiễu của hệ thống Hình 1[Mô hình có chứa bộ lọc EMI trong ổ cứng tốc độ điều chỉnh được]. Phần chính đã bị triệt tiêu trong bộ lọc tuy nhiên một lực lượng nhỏ bức xạ trong từ trường gần từ các thành phần bị ảnh hưởng (chế độ dẫn điện thường CM) và các thành phần liên kết tạo thành bộ lọc. Hậu quả của việc này là phá hủy các chức năng , bộ phận nhạy cảm của hệ thống như cảm biến, các bộ lọc khác , các thiết bị điện mức thấp và nó cũng phát xạ ra trường xa. Do đó, phân tích những ảnh hưởng này đã được đề xuất để khắc phục hoặc hạn chế ảnh hưởng. Một chương trình liên quan đến phổ của từ trường gần và dòng điện của từng nguồn riêng biệt đã được phát triển. Nó bao gồm việc thiết lập một mô hình mạch tương đương bao gồm các thành phần ảnh hưởng và xác định tần số cộng hưởng bằng cách phân tích trở kháng. Nó được triển khai cho cả các loại nguồn (SMPS và nguồn biến áp). Theo bộ lọc liên quan, quá trình này được điều chỉnh và đây là mục đích của bài viết này . Nói đơn giản , bộ lọc cùng một lúc với nguồn bức xạ và cũng là nạn nhân của nguồn khác. Và mặt khác, trái với các nguồn khác của từ trường gần của ASD, bộ lọc được thiết kế để hoạt động trong chế độ thông thường và cả chế độ đặc biệt (CM-DM) mà cả 2 trường hợp đều phát ra từ trường gần. Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 3 Hình 1 Bộ lọc EMI và nguồn biến áp Trong phần 2 , nghiên cứu bộ lọc EMI được mô tả và các thiết lập đo được trình bày. Trong phần 3 , mô hình điện 2 cổng của bộ lọc cho mỗi chế độ được thực hiện . Trên thực tế, vì lý do kinh tế bộ lọc được thiết kế cho 3 pha hoặc 1 pha ASD nhưng có một cần thiết là thiết lập mô hình một pha. Nhờ các mô hình này, trở kháng đầu vào và chức năng truyền đạt của bộ lọc sẽ tính được. Phần này dành riêng cho xác định các ảnh hưởng của từng bộ phận cần thiết của bộ lọc cho mô hình bộ lọc hoạt chỉnh CM-DM. Trong phần cuối , quét từ trường gần được trình bày và hoàn thiện mô hình điện sử dụng để liên quan đến các tần số cộng hưởng trong bức xạ từ trường của chức năng truyền đạt. Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 4 II/MIÊU TẢ BỘ LỌC EMI Bộ lọc EMI được xếp vào một loại mô hình π (Hình 1) và nó được cấu tạo bởi 6 tụ DM có điện dung C x và 3 tụ CM có điện dung C y . L CM là cảm kháng của cuộn cảm CM. Tất cả các thành phần được thiết kế trên 1 lớp mạch in PCB một mặt còn lại là lớp đất. Để giảm độ tự cảm của các kết nối , các dây dẫn có kích thước và có thể thấy tronh Hình 2. Hình 2: Ảnh chụp bộ lọc Hình 3: Thiết lập đo CM Hình 4: Thiết lập đo DM Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 5 Vì những lý do kinh tế, nhà sản xuất đã thiết kế bộ lọc 3 pha, cấu trúc liên kết này được lưu giữ khi bộ lọc được sử dụng trong pha chính, đó là trường hợp của chúng tôi, dòng thứ 3 cho phép mở mạch. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng bộ lọc EMI thu thập hai nguồn chính của ASD, biến tần và SMPS. Trong hình 1 nguồn DM và CM được đại diện tương ứng bởi các nguồn hiện hành song song với điện dung và các nguồn điện áp với các điện trở. Các nguồn kích thích các yếu tố ảnh hưởng của bộ lọc và tạo ra cộng hưởng cụ thể sẽ được phân tích. Đối với điều này, cả hai chế độ (DM/CM) sẽ được tách ra. Các bộ lọc EMI được đặc trưng bởi các phép đo đạt được với các bộ lọc bên trong ASD nhưng bị ngắt kết nối từ bus DC của ASD mà nó không tự cung cấp. Trong cả hai chế độ, chúng ta đo điện trở đầu vào bộ lọc Z in được nhìn thấy bởi các nguồn với các bộ lọc ngắn và mở mạch và chuyển giao TF với trở 50Ω (xem hình 3,4). Chúng tôi chỉ ra điện áp V out là đo gián tiếp. Thực tế, chúng tôi đo là hiện hành trong một 50Ω tải = cách sử dụng thăm dò băng thông rộng hiện nay để đảm bảo cách nhiệt I/O tốt. Điện áp V out là suy luận từ đo lường hiện hành bằng cách sửa chữa nó với đầu dò yếu tố F rote . Phương pháp này thay thế cho sử dụng một balun. Hình 5: Sơ đồ điện của bộ lọc với CM Hình 6: Mô hình bộ lọc C Các kết quả đo sẽ được trình bày trong phần III-C và so sánh với các kết quả mô hình. Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 6 III/ MÔ HÌNH LỌC A. Chuyển đổi ba điểm cuối tới hai điểm cuối và chế độ phân chia Chúng tôi sử dụng ASD pha đơn – có bộ lọc EMI là giồng như trong cấu hình 3 pha mà 1 pha được sử dụng. Trong phần đầu tiên , bộ lọc EMI 3 pha được thay thế tương đương với 1 pha cho mỗi chế độ. 1,CM : Trong CM, đề án điện của bộ lọc EMI được trình bày trong Hình 5. Xét rằng các giá trị của L và M được cho trước và 1/wC x << wL mạch tương đương của bộ lọc CM được thay thế trong Hình 6. Điện cảm tương đương của bộ lọc trong CM , ký hiệu L CM được định nghĩa bằng   = ( + 2) 3 (1) Một điện dung tương đương của    được định nghĩa như sau:    = 3  (2) 2,DM : Trong DM đề án điện của bộ lọc EMI được trình bày trong hình 7. Sử dụng các giả định giống như trước đây và giả sử rằng bộ lọc hoàn toàn cân bằng, nó có thể được đại diện bởi các mạch tương đương trong Hình 8. Điện cảm tương đương của các bộ lọc trong DM được biểu thị L DM xác định bởi:   = 2      (3) Điện dung tương đương của bộ lọc    à    cũng được định nghĩa như sau :    = 0.5  (4) Và    = 1.5   5  Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 7 Hình 7: Sơ đồ điện bộ lọc với DM Hình 8: Bộ lọc mô hình DM Bảng 1 : Thông số sử dụng cho mô hình Capacitor C x C x = 1.05µF ESR x = 0.085Ω ESL x = 43nH Capacitor C y C y = 68 nF ESR y = 0.085Ω ESL y = 40nH B. Đặc tính và mô hình hóa từng thành phần bộ lọc _Những ảnh hưởng về hiệu suất lọc của điện dung ảnh hưởng trong một điện dẫn và điện cảm tác động trong một tụ điện được biết đến . Những tác động này có thể được đo bằng một điện trở phân tích và mô phỏng 3D. Các tác động ảnh hưởng ảnh hưởng đến hiệu ứng liên quan đến bố trí và đóng gói khó khăn để nắm bắt và sau đó để mô hình. Đầu tiên các mô hình của tụ C x và C y sẽ được trình bày tóm tắt, thứ 2 mô hình của các điện cảm trong chế độ thông thường sẽ được trình bày. 1,Tụ C x và C y : Để đưa vào tài khoản chỉ đơn giản là các thông số của tụ C x và C y , một mô hình RL-C series với giá trị không đổi đã được lựa chọn C x là một điện dung ESR x là Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 8 điện trở nối tiếp tương đương và ESL x là điện cảm tương đương. Các đại diện này cùng loại được thông qua cho C y Công thức điện trở:    , =  , +  , + 1  , (6) Hình 9: Mô hình cuộn cảm CM trong CM Bảng 2: Các thông số cho mô hình CM Thông số Giá trị l 1 1150µH l 2 130µH l 3 10µH r1 300Ω r 2 300Ω r 3 450Ω C p 9pF Những giá trị này được liệt kê trong bảng I , đo lường cho thấy rằng mô hình này lên đến 100MHz. 2,Cuộn cảm CM : Trong mục III-A chúng ta định nghĩa 2 giá trị tương đương cho điện cảm thành phần bị lỗi mỏi chế độ. Vì vậy cả 2 chế độ cho mô hình đã được liên tục phân biệt. Vật liệu từ tính được sử dụng cho cuộn cảm là một dải thạch anh nano, cái mà có độ thẩm thấu thay đổi nhanh theo tần số. Điều này dẫn đến một mô hình cụ thể dựa trên các phép đo thực nghiệm [Tần số cao trong bộ lọc EMI]. Trong từng trường hợp , một mạch tương đương của cuộn cảm là được rút ra và điện trở của nó Z I được tính toán. Các thông số của mô hình được xác định bởi sự phù hợp với điện trở Z i thu được bằng cách tính toán và biện pháp đo lường. Các thí nghiệm được thực hiện cách sử dụng một điện trở HP4191 phân tích. Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 9 Trong một bước đầu tiên , điện dẫn được đo khi đứng một mình . Ảnh hưởng cuối cùng của các dấu vết PCB sẽ được phân tích sau đó. Các mô hình của cuộn cảm CM trong CM sau đó trong DM được trình bày. a/CM : Để mô hình phi tuyến của CM với tần số , mang RL thang được sử dụng. Hình 9 cho thấy các mạch tương đương. C p đại điện cho các tác động tương đương điện dung giữa các cuộn dây (bao gồm tất cả các hiệu ứng tĩnh điện). Trong khi các thang mạng RL cho phép để mô tả cốt lõi thạch anh nano phi tuyến. Từ mạch tương đương này, điện trở    được thể hiện . Các thông số l i ,r i (i = 1,2,3) và C p thu được bằng cách phù hợp với biểu hiện của module điện trở dữ liệu đo lường. Những thông số được liệt kê trong Bảng II. Hình 10 trình bày những so sánh giữa các module và và các giai đoạn của    thu được bằng cách tính toán và phương pháp đo lường. Những đường cong lên đến 100MHz. b/DM: Trong cấu hình , các mạch tương đương là một mạch RLC song song đơn giản (xem Hình 11). Các điện cảm rò L f dùng để xác định trở kháng DM. Các giá trị của tất cả các thông số của mạch này tương đương được liệt kê trong Bảng III và họ dẫn đến kết hợp thỏa đáng giữa các    thu được bằng cách tính toán và thu được bằng đo lường được hiển thị trong Hình 12. Hình 10: So sánh thực hiện bằng mô hình và đo thực tế Hình 11: Trở kháng CM trong DM Tương tác điện từ Nguyễn Đình Nhất CB110886 10 Bảng 3: Thông số của CM trong mô hình DM Thông số Giá trị R p 3000Ω C pp 4pF L f 1.05µH R s 0.01Ω Hình 12: So sánh giữa mô hình và đo thực tế của DM c/Ảnh hưởng của các vết PCB : Để phân tích ảnh hưởng của PCB, điện dung ảnh hưởng giữa các dây dẫn PCB và giữa dây dẫn và mặt đất cần đo. Trên thực tế , các lớp đất được nhúng trong PCB và điện dung ảnh hưởng đủ lớn. Ảnh hưởng quan trọng nhất được thấy trong CM cho các kết nối đầu ra của bộ lọc , nó được tích hợp như là một C pcb1 . Điện dung trong mô hình CM của bộ lọc EMI được trình bày trong Hình 13. Hiện tượng này cũng được đưa vào trong mô hình DM, tác động nhạy cảm nhất nằm ở hai đầu của điện cảm DM, nò được đại diện bởi C pcb2 điện dung thêm C. Hoàn thành mô hình hóa bộ lọc EMI.