Bu uygulama notu, iletilen emisyonları (conducted emission) ortak (CM) ve diferansiyel (DM) modlarına (sırasıyla CM ve DM1, DM2 ve DM3) ayırarak üç fazlı bir güç hattı filtresinin (PLF) nasıl doğru bir şekilde tasarlanacağını ve optimize edileceğini açıklamaktadır. Örnek olarak gerçek bir test vakası kullanılarak önerilen çözüm, güç hattı filtresinin toplam maliyetini ve boyutunu en aza indirmeye ve performansını optimize etmeye odaklanmaktadır. Bu, ancak test edilen cihazın (DUT) kodlanmış emisyonlarındaki baskın modun ölçülmesi ve tespit edilmesinden sonra yapılabilir.
İşin kapsamı
Özellikle otomotiv sektörüyle bağlantılı üç fazlı uygulamaların son zamanlarda katlanarak artması nedeniyle, üç fazlı sistemler için iletilen emisyon (CE) ölçümleri önemli bir endişe kaynağı haline gelmektedir. Üç fazlı bir güç hattı filtresi (Power Line Filter – PLF) tasarlamak için farklı stratejiler ve teknikler kullanılabilir. Bu makalenin amacı, ortak mod (Common Mode – CM) ve diferansiyel modlar (DM1, DM2 ve DM3) hakkında bilgi mevcut olduğunda bir PLF tasarımının ne kadar kolay hale geldiğini göstermektir. Ölçümler için kullanılan cihaz, EMZER tarafından tasarlanan ve üretilen yenilikçi bir EMI Alıcısı olan EMSCOPE-RX4’tür ve yalnızca CISPR-16’ya göre tanımlanan genel iletilen emisyonları ölçmekle kalmaz, aynı zamanda bunları CM ve DM’lere de ayırma imkanı sunar. Bu bilgi, test altındaki belirli ekipman (EUT) için en uygun güç hattı filtresini uygulamak için hangi bileşenlerin gerekli olduğuna doğru bir şekilde karar vermek için esastır.
Giriş
EMSCOPE RX4, aynı anda dört hatta kadar iletilen emisyonların ölçülmesini sağlayan benzersiz bir alıcıdır. Ayrıca, dünya çapında üç fazlı bir sistemin modal gürültüsünü doğrudan hesaplayabilen tek alıcıdır. Ayrıca, Şekil 1’de görüldüğü gibi, dört Geçici Sınırlayıcı ve isteğe bağlı olarak 16-A tek fazlı çift bağlantı noktalı V ağı Hat Empedans Stabilizasyon Ağı (LISN) entegre eder. Tüm bu özellikler, herhangi bir EUT’nin ölçümünü ve uygun güç hattı filtresinin tasarımını ve uygulanmasını kolaylaştırarak test ve hata uygulamalarında onlarca saati önemli ölçüde azaltır.
Üç fazlı ölçümler
EMSCOPE-RX4, L1, L2, L3 veya N’deki gerilimleri (yani VL1VL1, VL2VL2, VL3VL3 ve VNVN) üç dedektörü aynı anda kullanarak (tepe, yarı-tepe ve ortalama) ölçebilir. Bu, burada EMI ölçümleri olarak adlandırılır.
Alternatif olarak, EMSCOPE-RX4 modal emisyonları, yani ortak mod (CM) ve diferansiyel mod (DMs) emisyonlarını da ölçebilir. Bu durumda ölçülen gerilimler VCMVCM, VDM1VDM1, VDM2VDM2 ve VDM3VDM3’tür.
Üç fazlı sistemler, üç faz L1, L2 ve L3 iyi dengelenmişse nötrden (N) vazgeçebilir. Buna göre, modal ölçümler aşağıda gösterildiği gibi hesaplanır [1, 2]:
- Nötr hattı kullanılmıyorsa:
VCM=(VL1+VL2+VL3)3VCM=(VL1+VL2+VL3)3,
VDM1=VL1−VCMVDM1=VL1−VCM,
VDM2=VL2−VCMVDM2=VL2−VCM,
VDM3=VL3−VCMVDM3=VL3−VCM.
- Nötr hat kullanılıyorsa:
VCM=(VL1+VL2+VL3+VN)4VCM=(VL1+VL2+VL3+VN)4,
VDM1=VL1−VCMVDM1=VL1−VCM,
VDM2=VL2−VCMVDM2=VL2−VCM,
VDM3=VL3−VCMVDM3=VL3−VCM.
Gerçek bir EUT kullanarak pratik bir örnek
Şekil 2, bir EUT, üç fazlı bir LISN ve dört portlu EMI alıcısından (EMSCOPE-RX4 gibi) oluşan ölçüm kurulumunun blok diyagramını göstermektedir.
Bu ölçüm düzeneği, gerçek bir üç fazlı EUT’nin iletilen emisyonlarını ölçmek için kullanılmıştır. Şekil 3, CISPR 32 sınıf A limitleri ile birlikte quasi-peak dedektörleri kullanılarak LISN’nin hat terminallerinde kaydedilen ölçülen iletilen emisyonları göstermektedir. EUT’nin uyumlu olmadığı görülebilir. Quasi-peak izi, anahtarlamalı güç kaynağının harmoniklerinden biri nedeniyle 630 kHz’de ve 5 MHz’de sınırın üzerindedir.
Bu nedenle, ürünü uyumlu hale getirmek için iletilen emisyonların azaltılması gerekir. Bu, EUT’nin güç hattı terminallerine bir güç hattı filtresi yerleştirilerek yapılabilir. Bu filtreyi monte etmek için en iyi yer, filtrelenmiş güç hattına elektromanyetik alan kuplajını önlediğinden, güç hattı ağ terminallerinin muhafazaya girdiği yerdir. Mümkünse, metal bir muhafaza, filtre giriş kablosundan ve filtrelenmiş güç hattından herhangi bir kapasitif kuplajı engellemeye yardımcı olur.
Bir güç hattı filtresinin en basit yapısı, diferansiyel modları azaltmak için üç hat ve nötr arasında X tipi kapasitörler ve ortak modu azaltmak için hatlardan ve nötrden toprağa bir ortak mod boğucu ve Y tipi kapasitörler içerir. Şekil 5’te sırasıyla nötrsüz ve nötrlü üç fazlı güç hattı filtrelerinin bir örneği gösterilmektedir.
Bu nedenle, güç hattı filtre bileşenlerinin her biri modal bileşenlerden yalnızca birini etkilediğinden, her bir EUT için uygun bir güç hattı filtresi tasarlamak amacıyla ölçülen iletilen emisyonların modal yapısını anlamak çok önemli hale gelmektedir. Bununla birlikte, elektromanyetik uyumluluk (EMC) standartları hattan toprağa ve nötrden toprağa iletilen emisyon ölçümlerini tanımlar ve bu nedenle ticari elektromanyetik girişim (EMI) alıcıları, bu standart prosedürlere dayandıkları için ortak ve diferansiyel modları ayırmak üzere tasarlanmamıştır. Bu nedenle, EMC mühendislerinin çoğu, modal emisyonları ölçmek için doğru araca sahip olmadıklarından, güç hattı filtresi tasarım stratejilerini, önceki ürünlerde kabul edilebilir bir sonuç sağlamış olabilecek ticari bir güç hattı filtresi kullanarak veya uzun ve sıkıcı bir deneme-yanılma sürecinden sonra yeni bir tane kullanarak sınırlandırmaktadır.
EMSCOPE-RX4, EUT’nin modal iletilen emisyonlarının ölçülmesini sağlar. Şekil 6, quasi-peak dedektörlerle ölçülen EUT tarafından üretilen iletilen emisyonların modal ayrışımını göstermektedir.
Modal ayrıştırma sayesinde DM3’ün baskın mod olduğunu belirlemek mümkündür. Diğer modal gürültüler sınırın altında olduğundan, ek azaltma gerektirmezler. 3]’e göre, DM3 diferansiyel mod gürültüsünü filtrelemek için iki CX kondansatörü doğru elemanlardır. Kondansatörler 1-3 ve 2-3 hatları arasına yerleştirilmelidir. Bu özel durumda, Cx kapasitörlerinin değeri 0,47 uF’dir (en uygun olanı bulmak için farklı değerler test edilebilir). Şekil 7, iki X tipi kapasitörün 1-3 ve 2-3 hatları arasına bağlanmasından önce ve sonra kaydedilen DM3’ü göstermektedir.
Görülebileceği gibi, 630 kHz’de 21 dB’lik ve 5 MHz’de 30 dB’nin üzerinde bir azalma elde edilmiştir. Ayrıca, bu iki kapasitörün eklenmesi, Şekil 8 ve Şekil 9’da görüldüğü gibi DM1 ve DM2 modlarına da zayıflama ekler.
Beklendiği gibi, bu kapasitörler Şekil 10’da görüldüğü gibi CM gürültüsü üzerinde herhangi bir etki yaratmamaktadır.
Belirli bir EUT için en uygun güç hattı filtresini tasarlamak için modal gürültünün ayrı ayrı ölçülmesi gerektiği görülebilir. Bu özel durumda, iki CX kapasitöründen oluşan bir güç hattı filtresinin en uygun yapılandırma olduğu bulunmuştur. Dolayısıyla, 1-2 hatları arasına yerleştirilen bir CX kondansatörü veya bir ortak mod bobini gibi diğer tüm bileşenler gereksiz olacak ve yalnızca PLF’nin boyutunu ve maliyetini artırmaya katkıda bulunacaktı.
Bu örnek, modal emisyonların ölçümünü sağlayabilen tek ticari cihaz olan EMSCOPE kullanılarak optimum bir filtrenin tasarımının nasıl kolayca elde edildiğini, tasarımda zamandan tasarruf edildiğini ve daha ucuz bir nihai ürün elde edildiğini göstermektedir.
Kaynak: https://emzer.com/wiki/doku.php?id=public:three_phase:start
