Elektrostatiskais ekranējums komutācijas strāvas adapteriem

Viena no vissarežģītākajām specifikācijām komutācijas strāvas adapteru projektēšanā ir kopējā režīma vadītās RFI (radiofrekvenču traucējumu) strāvas samazināšana līdz pieņemamam līmenim. Šo vadīto troksni galvenokārt izraisa parazitārā statiskā elektrība un elektromagnētiskais savienojums starp jaudas pārslēgšanas komponentiem un iezemēto plakni. Iezemētā plakne var sastāvēt no šasijas, korpusa vai zemējuma vada atkarībā no elektroniskā aprīkojuma veida.

 

Komutācijas strāvas adapteru projektētājiem rūpīgi jāpārskata viss izkārtojums, jānosaka jomas, kurās var rasties šādas problēmas, un projektēšanas posmā jāievieš atbilstoši ekranēšanas pasākumi. Bieži vien ir grūti labot nepareizu RFI dizainu vēlākos posmos.

 

Lielākajā daļā lietojumu elektrostatiskā ekranēšana ir nepieciešama visur, kur augstfrekvences, augstsprieguma komutācijas viļņu formas var kapacitatīvi savienoties ar iezemēto plakni vai sekundāro izvadi. Tas ir īpaši svarīgi, ja komutācijas jaudas tranzistori un taisngriežu diodes ir uzstādīti uz siltuma izlietnēm, kas saskaras ar galveno šasiju. Turklāt magnētiskie lauki un kapacitatīvā sakabe var radīt troksni komponentos vai līnijās, kurās ir lielas komutācijas impulsu strāvas. Iespējamās problemātiskās jomas ietver izejas taisngriezi, izejas kondensatoru, kas uzstādīts uz šasijas, un kapacitatīvo savienojumu starp galvenā komutācijas transformatora primāro, sekundāro un serdi, kā arī citus piedziņas vai vadības transformatorus.

 

Ja komponenti ir uzstādīti uz siltuma izlietnēm, kas termiski savienotas ar šasiju, nevēlamu kapacitatīvo savienojumu var mazināt, novietojot elektrostatisko vairogu starp traucējošo komponentu un siltuma izlietni. Šim vairogam, kas parasti ir izgatavots no vara, jābūt izolētam gan no siltuma izlietnes, gan no komponenta (piemēram, tranzistora vai diodes). Tas bloķē kapacitatīvi savienotas maiņstrāvas, kuras pēc tam tiek novirzītas uz ērtu atskaites punktu ievades ķēdē. Primārajām sastāvdaļām šis atskaites punkts parasti ir līdzstrāvas barošanas līnijas kopējais negatīvais spailes, kas atrodas netālu no komutācijas ierīces. Sekundārajām sastāvdaļām atskaites punkts parasti ir kopējā spaile, kur strāva plūst atpakaļ uz transformatora sekundāro pusi.

 

Primārais komutācijas jaudas tranzistors ģenerē augstsprieguma, augstfrekvences komutācijas impulsu viļņu formas. Bez atbilstoša ekranējuma starp tranzistora korpusu un šasiju starp tām caur kapacitāti var savienot ievērojamas trokšņu strāvas. Vara vairogs, kas ievietots ķēdē, caur kapacitāti injicē jebkādu būtisku strāvu siltuma izlietnē. Siltuma izlietne savukārt uztur salīdzinoši mazu augstfrekvences maiņstrāvas spriegumu attiecībā uz šasiju vai iezemēto plati. Projektētājiem vajadzētu identificēt līdzīgas problemātiskās jomas un vajadzības gadījumā izmantot ekranējumu.

 

Lai novērstu RF strāvas plūsmu starp primāro un sekundāro tinumu vai starp primāro un iezemēto drošības vairogu, galvenie komutācijas transformatori parasti ietver elektrostatisko RFI vairogu vismaz primārajā tinumā. Dažos gadījumos starp primāro un sekundāro tinumu var būt nepieciešams papildu drošības vairogs. Elektrostatiskie RFI vairogi atšķiras no drošības vairogiem pēc konstrukcijas, atrašanās vietas un savienojuma. Drošības standarti nosaka, ka drošības vairogs ir jāpievieno iezemējumam vai šasijai, savukārt RFI vairogs parasti ir savienots ar ieejas vai izejas ķēdi. EMI vairogi un spaiļu bloki, kas izgatavoti no plānām vara loksnēm, pārvadā tikai nelielas strāvas. Tomēr drošības apsvērumu dēļ drošības vairogam ir jāiztur vismaz trīs reizes lielāka jaudas drošinātāja nominālā strāva.

 

Bezsaistes komutācijas jaudas transformatoros RFI vairogs ir novietots tuvu primārajam un sekundārajam tinumam, bet drošības vairogs atrodas starp RFI vairogiem. Ja sekundārais RFI vairogs nav nepieciešams, drošības vairogs ir novietots starp primāro RFI vairogu un jebkuriem izejas tinumiem. Lai nodrošinātu pareizu izolāciju, primārais RFI vairogs bieži ir līdzstrāvas izolēts no ievades strāvas līnijas, izmantojot virknes kondensatoru, kura nominālā vērtība parasti ir 0,01 μF.

 

Sekundāro RFI vairogu izmanto tikai tad, ja ir nepieciešama maksimāla trokšņu slāpēšana vai ja izejas spriegums ir augsts. Šis vairogs savienojas ar izejas līnijas kopējo spaili. Transformatora ekranējums jāpiemēro taupīgi, jo tas palielina komponentu augstumu un tinumu izmērus, izraisot lielāku noplūdes induktivitāti un veiktspējas pasliktināšanos.

 

 

Augstfrekvences vairoga cilpas strāvas var būt nozīmīgas pārslēgšanas pārejas laikā. Lai novērstu savienojumu ar sekundāro pusi, izmantojot transformatora normālu darbību, vairoga savienojuma punktam jāatrodas tā centrā, nevis tā malās. Šis izkārtojums nodrošina, ka kapacitatīvi savienotās vairoga cilpas strāvas plūst pretējos virzienos katrā vairoga pusē, novēršot induktīvās savienojuma efektus. Turklāt vairoga galiem jābūt izolētiem vienam no otra, lai izvairītos no slēgtas cilpas veidošanās.

 

Augstsprieguma izvadiem RFI vairogu var uzstādīt starp izejas taisngriežu diodēm un to siltuma izlietnēm. Zemam sekundārajam spriegumam, piemēram, 12 V vai zemākam, sekundāro transformatoru RFI vairogi un taisngriežu vairogi parasti nav nepieciešami. Šādos gadījumos izejas filtra droseles ievietošana ķēdē var izolēt diodes siltuma izlietni no RF sprieguma, tādējādi novēršot nepieciešamību pēc ekranēšanas. Ja diodes un tranzistora siltuma izlietnes ir pilnībā izolētas no šasijas (piemēram, ja tās ir uzstādītas uz PCB), elektrostatiskā ekranēšana bieži vien nav nepieciešama.

 

Ferīta tranformatoriem un augstfrekvences induktoriem bieži ir ievērojamas gaisa spraugas magnētiskajā ceļā, lai kontrolētu induktivitāti vai novērstu piesātinājumu. Šīs gaisa spraugas var uzglabāt ievērojamu enerģiju, izstarojot elektromagnētiskos laukus (EMI), ja vien tās nav pietiekami aizsargātas. Šis starojums var traucēt komutācijas strāvas adaptera vai tuvumā esošā aprīkojuma darbību un var pārsniegt izstaroto EMI standartus.

 

EMI starojums no gaisa spraugām ir vislielākais, ja ārējais kodols ir atstarpi vai kad spraugas ir vienmērīgi sadalītas starp poliem. Koncentrējot gaisa spraugu vidējā polā, starojumu var samazināt par 6 dB vai vairāk. Papildu samazinājums ir iespējams ar pilnībā slēgtu katla serdi, kas koncentrē atstarpi vidējā polā, lai gan katlu serdes reti tiek izmantotas bezsaistes lietojumos, jo augstāka sprieguma gadījumā ir nepieciešams šļūdes attālums.

 

Serdeņiem ar spraugām ap perimetra poliem vara vairogs, kas ieskauj transformatoru, var ievērojami vājināt starojumu. Šim vairogam ir jāveido slēgta cilpa ap transformatoru, kura centrā ir gaisa sprauga, un tam jābūt apmēram 30% no tinuma spoles platuma. Lai palielinātu efektivitāti, vara biezumam jābūt vismaz 0,01 collai.

 

Kaut arī ekranēšana ir efektīva, tā rada virpuļstrāvas zudumus, samazinot kopējo efektivitāti. Perifērijas gaisa spraugām vairoga zudumi var sasniegt 1% no ierīces nominālās izejas jaudas. Savukārt vidējā pola spraugas rada minimālus vairoga zudumus, bet tomēr samazina efektivitāti palielināto tinumu zudumu dēļ. Tāpēc ekranējums jāizmanto tikai nepieciešamības gadījumā. Daudzos gadījumos pietiek ar barošanas avota vai ierīces iekļaušanu metāla korpusā, lai atbilstu EMI standartiem. Tomēr video displeja gala ierīcēs bieži ir nepieciešama transformatora ekranēšana, lai novērstu elektromagnētiskos traucējumus CRT elektronu starā.

 

Papildu siltumu, kas rodas vara vairogā, var izkliedēt caur siltuma izlietni vai novirzīt uz šasiju, lai saglabātu darbības stabilitāti.