magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 46 reszA cikksorozat 39. részében megvizsgáltuk, hogyan okoz közös módusú áramot a szigeteletlen kapcsolóüzemű tápegységeinek kapcsolófokozatában keletkező, nagyfeszültségű lengés, amely áramot kelt a kondenzátorokon kereszül a földpotenciálú, közös vezetékben. Ez a cikk a szigetelt tápegységeket tekinti át hasonló szempontból.

 

 

 

„Szelidítsük meg” a szigetelt kapcsolóüzemű tápegységek közös módusú zavarsugárzását – 1. rész

A leválasztott tápegységekben a nagyfeszültségű tranziensek okozta közös módusú áram még kellemetlenebb problémákat okoz, mint a szigeteletlenek esetében, mert a leválasztótranszformátor szekunder tekercse is a földpontra kapcsolódik. A különbséget a primer és a szekunder tekercsek között mérhető jelentékeny parazita kapacitás okozza. Az 1. ábra egyszerűsítve mutatja a problémát okozó konfigurációt. Az áramkör egy offline működésű, szigetelt flyback tápegységet ábrázol, amely a 110…230 V-os hálózati váltakozó feszültséget egyenirányítja, és ezzel 100…400 V-os egyenfeszültséget ad át a teljesítménykapcsoló fokozatnak. A teljesítménykapcsoló gyors be- és kikapcsolásai 500…600 V-os kapcsolt feszültséghullámként jelennek meg a Q1-tranzisztor nyelőelektródáján, amely a teljesítménytranszformátor primer tekercsére kapcsolódik. Ez a kapcsolóval modulált feszültség áramot kelt a transzformátor primer és szekunder tekercse közötti szórt kapacitáson. Ez az áram kétféle módon jut el a földelt pontig: egyrészt a terhelésen át, „tervezett módon”, másrészt a földpotenciálú pont felé mérhető szórt kapacitásokon keresztül. A C1-kondenzátor nélkül ez az áramkör a váltakozó áramú hálózaton és a tápegység bemeneti kapcsán keresztül záródna, ahol több mint valószínű, hogy az elektromágneses interferenciára (EMI) megengedett specifikációt meghaladó zajt okozna.

 

Texas Pow 1

1. ábra A nagyfeszültségű Q1-kapcsolótranzisztor közös módusú áramot kelt a C_STRAY parazita kapacitásban


Ezt az áramot különösen nehéz szűrni, mivel a nagy forrás­im­pedancia miatt áramgenerátoros jellegű. A transzformátor szórt kapacitása 100 pF nagyságrendű, amelynek – egy tipikus kapcsolóüzemű tápegység kapcsolási frekvenciáján – néhányszor 10 kΩ az impedanciája. Ezért az az ötlet, hogy helyezzünk egy induktivitást az áram útjába, nem okoz gyakorlati javulást. Például ahhoz, hogy a zavaráramot a tizedére csökkenthessük, legalább 100 kΩ-os reaktanciájú, tehát nagyjából 0,1 H induktivitású tekercsre lenne szükségünk, 10 pF-nál kisebb szórt kapacitással, ami gyakorlatilag kivitelezhetetlen.
A C1-kondenzátor beépítése jelenti az alternatív megoldást. Ez ugyanis „helyben” zárja a zavarjel áramkörét; a közös módusú zavaráram jelentős része a tápegységen belül záródik a váltakozó áramú hálózat helyett. A C1 a rendszer forrásimpedanciáját is csökkenti, ezért a sorba kapcsolt, közös módusú L1 szűrőinduktivitás hatásosabbá és megvalósíthatóvá válik.
A közös módusú zavarszűrő tervezésének egyik fontos lépése a C1-kondenzátor értékének meghatározása. Egyszerű lenne a válasz, ha ezt egyedül az elektromágneses zavarok szempontjából vizsgálnánk: minél nagyobb, annál jobb. A nagyobb kapacitás kisebb EMI-jelet eredményez, és a nyereség a kapacitásérték négyzetével arányos. Azonban a nagyobb kapacitás nagyobb hálózati frekvenciájú áramot is jelent a közös földpont felé. Ez az áram biztonsági okokból korlátozva van az áramütések elkerülése érdekében abban az esetben, ha a tápegység földelő vezetéke leszakad, és az áramkör egy személy testén keresztül záródik, amint azt a a 2. ábrán is láthatjuk. Az IEC 601-1-szabvány a megengedett maximális áramot jelenleg 0,5 mAeff-ben állapítja meg, de még ennél is szigorúbb szabály bevezetését tervezik. 230 V-os bemeneti váltakozó feszültséget feltételezve az IEC-szabványból a C1-kondenzátor értékére 4700 pF-os megengedett maximális érték adódik.

 

Texas Pow 2

2. ábra A nem megfelelően megválasztott, „túlméretezett” C1-kondenzátor áramütés okozója lehet


Összegezve, a nagy sebességű feszültségváltozást (nagy dV/dt) mutató hullámformáknál a földelt közös pont felé közös módusú zavaráram keletkezik. Ezt az áramot a nagy forrásimpedancia miatt különösen nehéz szűrni. A szűréshez egy szűrőkondenzátorra van szükség, hogy a zavaráram részére alternatív útvonalat kínáljon és csökkentse a forrásimpedanciát. Miközben az EMI-zavarszűrés szempontjából a minél nagyobb kondenzátor lenne a kedvezőbb, a teljes kapacitást biztonsági megfontolások korlátozzák.
A következő folytatásban a közös módusú szűrő induktivitásának kérdését vizsgáljuk meg, amely teljessé teszi az EMI-csökkentésre szolgáló közös módusú szűrők tervezési szempontjainak áttekintését.

www.ti.com/power-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

41. rész

42. rész

43. rész 

44. rész

45. rész

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.