EMI Filtre Dizaynı

EMI Filtre Dizaynı

EMI kelimesi ingilizce electromagnetic interference olup, türkçe karşılığı ise elektromanyetik etkileşimdir. SMPS gibi yüksek frekans kullanan, çok hızlı biçimde voltaj ve(ya) akım sinyalleri değişen sistemler, etrafına ve bağlı olduğu şebekeye yüksek frekanslı sinyaller yaymaktadır. Bu yüksek frekanslı sinyaller ise, çevredeki hassas cihazları etkileyebilmektedir. Özellikle, yüksek frekans yayan filtresiz cihazla aynı şebeke hattını kullanan hassas cihazlar, yüksek frekanslı sinyallerden oldukça etkilenmektedir.
EMI filtre dizaynına başlamadan önce iki tür gürültü türünü bilmemizde fayda olacaktır.
İlki common – mode denilen, şebeke hatları olan faz ve nötr arasında bulunan, şebekenin toprağında yer almayan ve bu yüzden sadece faz – nötr arası ölçümde görülebilien gürültü, parazit türüdür.
Differential – mode ise, şebeke hatları ile toprak arası ölçülebilen parazit türüdür.
Bu iki tür parazit ise, kendine has filtre dizaynları ile azaltılabilmektedir.
Yukarda (a) da common – mode, (b) de ise differential – mode parazit türlerini görmektesiniz. Aslında bu tür parazitler conducted yani iletilen parazit türleridir ve şebeke hatlarını yada SMPS deki topolojiye göre değişebilen bazı yerleri kullanırlar. Radiated denilen, yayılan gürültüler ise, havada yüksek frekans gürültü sinyali olarak yayılmaktadır. Bizim şu an kontrol etmeye çalıştığımız ise conducted gürültü türleridir.
Yukada ise, common – mode ve differential – mode filtreleri içeren EMI filtresini görmektesiniz. Cx ve Cy kapasitörleri de EMI filtre dizaynında yer almaktadırlar.
Bi yukardaki resmin (a) da common – mode akımlarının nasıl olduğuna dikkat ederseniz, parazit sinyalinin H1 den girip H2 den çıktığını görebilirsiniz. Bu da bize, common – mode bobini dizayn ederken sarım hakkında ipucu vermektedir. Parazit sinyali H1 den girip, H2 den çıktığı için, common – mode bobininin bu iki zıt akımı engelleyebilmesi için iki farklı sarımın aynı nüve içinde olması gerekmektedir. Bu parazit sinyalini engelleyebilmenin yada azaltabilmenin tek yolu, bu iki zıt sinyalinin aynı nüvede ters akı yaratacak şekilde sarım yapmaktır. Şöle ki, üst resimde görebileceğiniz üzere, common – mode bobinleri aynı nüvede ve aynı fazda olacak şekilde sarılmıştır. Aynı fazda sarılan nüveler, farklı fazlarda yani, parazit sinyalinin H1 e noktalı sarımdan girerken, bobinin öbür tarafından noktasız yerden girecektir. Bu yüzden bu iki parazit sinyali aynı nüvede farklı yönde akı üreterek birbirlerini söndüreceklerdir. Toroid nüve resmi üzerinden açıklamayı daha sonra yapmayı düşünüyorum. Differential – mode bobinleri ise farklı nüvelerde sarılan farklı bobinlerdir fakat değerleri aynıdır. Bu bobinlerde ise differential – mode parazite yüksek empedans gösteren bobinlerdir. Değerleri ise common – mode bobinlerden daha düşüktür. EMI filtresinin toplam tepki hızını düşürmemek için differential – mode düşük endüktanstan oluşmaktadır.
Bu formülde ise, fsw anahtarlama frekansı, Att ise aldığım kaynağın belirttiğine göre seçilebilecek iyi bir değer olan,  -24dB parazit sinyalin zayıflama değeridir. Yani Att yerine -24 yazılmalıdır. fc ise seçilen filtrenin corner (köşe) frekansıdır. Bu da, bu formülde çıkacak olan frekansın, -24dB değerde azaltılacağını söylemektedir.
0.707 olarak girilen değer ise damping factor yada türkçesi sönümlendirme, azaltma faktörüdür. Bu değer en az olarak 0.707 seçilmelidir. Kaynakta fc frekansı 50kHz anahtarlama frekansına göre 12.5 kHz çıkmıştır. Burada bulunan L endüktansı ise, common – mode filtresi için kullanılan bobinlerin değeridir. RL ise, hat empedansıdır ve varsayım olarak 50 alınmıştır. Formülden çıkan C kapasitansı ise bi önceki devrede yer Cy kapasitörleridir. Bu kapasitörler ise minimum 2500VRMS voltaj değerine sahip olmaları gerekmektedir. Bu gereksinimden dolayı yukardan çıkan C kapasitans değerinde bu kadar yüksek voltaja sahip kapasitör kimi zaman bulunamayabilir. O yüzden 2500VRMS voltaj değerinde bulabileceğiniz en yüksek kapasitanslı kapasitörü seçip, fc aynı kalacak şekilde, L yi formülden çekebilirsiniz.
Faz – nötr arasında yer alan Cx kapasitörlerin değerleri ise, 0.001uF ile 0.5uF arasında değişmektedir.
Buradaki Ld bobin değeri ise, differential – mode bobinlerin endüktans değeridir. Damping factor ise burada minimum 0.5 alınmalıdır.
Yukardaki resimde, common – mode bobinini toroid ferrite nüve üzerinde nasıl saracağınızı göstermektedir. L1 ve L2 yi faz ve nötr olarak kabul edip parazitin L1(a) dan girip L1(b) den aynı anda çıktığını varsayarsak, sarımın toroid nüve içinde farklı akı yönü gösterecek şekilde akı ürettiğini gözlemleyebilirsiniz. 3mm lik izolasyon için aralık bırakılacağı da kaynaklarda vurgulanmaktadır. Buradaki nüve ferrite olmak zorundadır. Kaynaklarda, DC akımın burada dolaşmayacağı için, ferrite nüve seçilebileceğinin altı çizilmektedir.
Buradaki L2 bobini ise differential – mode bobinleridir. Burada, bobinin peak akımlarını kaldırabilmesi için bobinin powder core nüvelerden seçilmesi gerektiği kaynaklarda yazmaktadır. Peak akımlarının süresi burada şebeke frekans düzeyinde olduğu için, nüveyi saturasyona sokma etkisi vardır. Bu yüzden differential – mode bobin nüveleri powder core nüveler seçilmektedir.
Aşağıdaki tablodan AWG ye göre, sisteminizin şebekeden çekmiş olduğu max RMS akımına göre teli seçmelisiniz. EMI filtresinde kullanılacak olan bobin telinin tek tel seçip sarabilirsiniz. Deri etkisi EMI filtresinde göz ardı edilebilmektedir. Tablonun sağ tarafında, chassis wiring ve power x-mission olmak üzere iki ayrı gruba ayrılmıştır.
Chassis wiring, eğer sarım şekliniz birden çok teli paralel bağlama şeklinde, demet halinde olmayıp, tellerin herhangi biri diğer tellerin içinde kalmayacaksa ve tüm tellerin hava ile teması sağlanacaksa, hava sirkülasyonu varsa seçilmelidir. Yani sadece tek tel kullanacaksanız chassis wiring bölümündeki akımları baz alabilirsiniz.
Power x-mission (power transmission) ise, teller demet halinde, birbirine paralel sarılıp, diğer tellerin içinde kalan tellerin hava sirkülasyonu sağlanmıyorsa seçilmelidir. Birden çok teli paralel sarmanız halinde, power x-mission sütunundaki akımları baz almalısınız.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Şu HTML etiketlerini ve özelliklerini kullanabilirsiniz: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>