Hjem > Nyheder > Indhold

Sådan vælges de rigtige almindelige choker

May 17, 2018

Almindelige choker (CM-kvælninger, også kendt som liniefiltre) bruges i vid udstrækning i switch-mode strømforsyninger (SMPS) til at undertrykke udført og udstrålet interferens efter behov for at imødekomme kravene til internationale elektromagnetiske kompatibilitetsstandarder (EMC). Det færdige produkt bør ikke indføre alvorlig elektromagnetisk forurening i det offentlige elektromagnetiske netværk og samtidig være beskyttet mod elektromagnetiske forstyrrelser fra det samme miljø. Det er især værd at nævne, at hvis den udførte interferens (for frekvensområdet fra 150 kHz til 30 MHz specificeret i EMC-standarder) effektivt kan styres, kan den udstrålede interferens også dæmpes (for støjfrekvenser> 30M MHz). Derfor er det kritisk at designe og vælge de passende almindelige choker, baseret på styrken og frekvensen af den elektromagnetiske interferens, for at få SMPS'er til at opfylde de relevante standarder. Jo mere effektivt og hurtigt dette kan gøres, jo mindre tid og omkostninger tager det at frigive et nyt produkt på markedet.

 

Det ser ud til, at den mest populære metode til valg af en CM-choke er at beslutte en passende afskæringsfrekvens fra et L-Cy lavpasfilter. Dette sigter mod at reducere den ledede støj i et specifikt frekvensområde i høj grad. Men for at begrænse produktets lækstrøm er det åbenlyst ikke ønskeligt at gøre værdien af Y-kondensatoren (Linie til jordkondensator) for stor, fordi dette fører til, at CM-kvælningsinduktansen skal være så høj som muligt. Ulempen med dette er, at jo højere chokens induktansværdi er, jo større er dens fysiske størrelse, og derfor tvinges ingeniører til en kostbar handel, da CM Chokes generelt tildeles en meget begrænset plads i SMPS-kredsløbet. Således ender de med at skulle finde en CM-choke, der passer ind i den lille tildelte plads og kun kan gøre det ved at bruge en højere permeabilitetskerne, som kommer til en øget pris. Der er en bedre måde!

IMAG1490.jpg

Kerner, der almindeligvis anvendes i CM-kvælninger, fremstilles generelt med materialer med høj permeabilitet, der starter ved permeabilitet på 5000 (5K) og går til 7000 (7K), 10.000 (10K) eller endda højere i MnZn-ferritmaterialer. Det vigtige spørgsmål er "Giver den højere induktans af en CM-choke et bedre resultat i undertrykkelse af / og immunitet mod EMI?"

For at få indsigt i dette spørgsmål blev CM-kvæler med forskellige kernematerialer først undersøgt. Toroidale kerner, trådmåler og antal omdrejninger blev identisk anvendt i testprøverne. Tre sæt af disse prøver blev fremstillet, kun differentieret med kernemateriale med initial permeabilitet på henholdsvis 5K, 7K og 10K. En impendensanalysator blev brugt til at feje frekvenser fra 10 kHz til 120 kHz på en enkelt vikling af disse almindelige choker. De opnåede induktans- og impendensfrekvensegenskaber er vist i henholdsvis fig. 1 og fig. 2.

Artikel 4 CMK Fig. 1

Fig. 1 - CM kvæler enkeltviklingsinduktansfrekvensegenskaber med identiske kernestørrelser, men forskellige indledende permeabilitetsmaterialer

  Resultater i fig. 1 viser, at induktans er proportional med kernematerialets oprindelige permeabilitet. Jo højere kernematerialets indledende permeabilitet, jo højere induktans har CM Choke med det samme antal omdrejninger og samme kernestørrelse. Induktansen af en 10K-materiale-choke har næsten det dobbelte af induktansen af en 5K-materiale-choke, når chokeren fungerer under 100 kHz, mens induktansen af en 7K-choke kun er lidt højere end den for 5K-materiale-chokeren i det samme frekvensområde.

 

Men impedansmålingerne afspejler ikke ydelsen af induktansresultaterne, som vist i fig. 2. Den oprindelige permeabilitet med det højere kernemateriale giver ikke altid højere impedans. Den bedste støjdæmpning falder til 7K-materialet, der har den højeste impedansværdi ved frekvensen mellem 300 kHz til 400 kHz. Dette frekvensområde er den optimale arbejdsfrekvens for 7K kernematerialet. 5K- og 10K-materialet har meget tæt spidsimpedansværdier, men forekommer i forskellige optimale frekvensområder. 5K-materiale-chok har sin højeste impedans ved frekvensen omkring 400 kHz, men 10K-materiale-chok viser sig at have top-impedansen i området mellem 200 kHz til 300 kHz. Når kernematerialet har højere indledende permeabilitet, har chokeren en stærkere evne til at undertrykke interferens med lavfrekvens fælles tilstand. Hvis frekvensen er højere end 200 kHz, fører 7K-chokeren gradvist impedansen over 5K- og 10K-materialerne. 7K-materiale-kvælningen har imidlertid en skarp klokkeformskurve sammenlignet med 5K- og 10K-materialet, hvis impedanskurver er meget glattere i nærheden af de maksimale impedansværdier.

Artikel 4 CMK Fig. 2

Fig. 2- CM CHK enkeltviklede impedansegenskaber for samme kernestørrelse, samme antal omdrejninger, men forskellige indledende permeabilitetsmaterialer

Derfor afsløres en stærk indikation her, at den rigtige måde at designe og vælge en CM-choke ikke kun skal tage hensyn til induktansen, men også det frekvensområde, inden for hvilket den interfererende frekvens forekommer. Derfor skal det passende kernemateriale vælges for at få et optimalt EMC-undertrykkelsesresultat uden at overdimensionere komponenten eller gå til dyre materialer af højere kvalitet.

 

For at opnå lignende induktanser på toroidale kerner af identisk størrelse med forskellige kernematerialer blev CM-kvælerne derefter viklet med forskellige antal vendinger ved hjælp af den samme trådmåler. Her målretter vi choker med induktans i frekvensområdet fra 10 kHz til 100 kHz. Ydelsen af disse CM-kvælninger er vist henholdsvis i Fig. 3 og Fig. 4.

 

Induktansekurverne vist i fig. 3 afspejler den optimale driftsfrekvens for de forskellige materialer. Frekvensen, der svarer til induktansen ved nul i fig. 3, falder sammen med den frekvens, hvor den maksimale impedans forekommer i fig. 4. (Bemærk: Frekvensen på dette punkt kaldes en ZPA-frekvens).

 

Det er velkendt, at der kræves et højere antal omdrejninger for en kerne med lavere permeabilitet for at have den ækvivalente induktans af en kerne med højere permeabilitet. Når man øger antallet af omdrejninger, er resultatet øget induktans OG kapacitans, idet sidstnævnte stiger i en langsommere hastighed, som det kan forstås i fig. 3.

Artikel 4 CMK Fig. 3

Fig. 3 CM CHK induktansegenskaber med enkelt vikling med samme induktans, men forskellige materialer i samme kerne størrelse

Artikel 4 CMK Fig. 4

Fig. 4 CM CHK-enkeltviklingsimpedansegenskaber med lignende induktans, men forskellige materialer i samme kernestørrelse

Impedanskurverne i fig. 4 illustrerer, at jo mere antallet af drejninger på en CM-choke er, desto stærkere er interferensbegrænsningsevnen choken . Den maksimale impedansværdi af 5K-materialet er næsten to gange den for 10K-materialets, selvom deres induktans er ret ens. Det højere antal omdrejninger betyder også en stigning i kobbertabet i chokeren, hvilket gør det mindre attraktivt, da den samlede produktivitet altid er et centralt hensyn.

På den anden side er den optimale frekvensspænding totalt forskellig for forskellige kernematerialer. Blandt de tre typer CM-kvælinger har 5K-kernemateriale-chokeren den skarpeste form. Den optimale frekvensspænding (båndbredde) for 10K-kernematerialets choke er bredere, og vi anbefaler kraftigt dens anvendelse i de SMPS-kredsløb, der har udført interferens i et meget lavere frekvensområde.

  Så det er klart, at kernematerialet bestemmer interferensbegrænsende frekvensområde, mens antallet af drejninger bestemmer dets interferensbegrænsende evne.

I betragtning af disse CM-chokers samlede ydeevne har 7K-materialet ikke kun vist den bedre ydelse i højfrekvensbåndet end 5K-materialet, men har også vist et bredere interferensbegrænsende frekvensbånd svarende til 10K-materialets ydeevne. Derfor bør 7K-kernemateriale-kvælninger være de første, der tages i betragtning af designingeniører.

Hvis du har et krav om CM-kvælning, bedes du se ovenstående fig. 5 kurver, der svarer til vores “off the shelf” CM-choke-produkter.

Artikel 4 CMK Fig. 5

Artikel 4 CMK Fig. 5b

Fig.5 Marque Magnetics “off the shelf” CM kvæler enkelt vindningsimpedansfrekvensegenskaber


Tabel I præsenterer mere detaljerede oplysninger om vores standard CM-choker. Hvis du har brug for en uden for denne tabel, kan vi give dig en tilpasset choke til din applikation.

 

HANG TUNG LTD, dit pålidelige valg til sårkomponenter !