طراحی و تحلیل EMI در مبدل های سوئیچینگ فرکانس بالا

مبدل‌های قدرت سوئیچینگ به دلیل مزیت‌های زیادی همچون کاهش حجم و وزن آنها به عنوان جزء اصلی هر نوع دستگاهی که نیاز به تغذیه دارد به کار می‌روند. (طراحی و تحلیل EMI در مبدل های سوئیچینگ فرکانس بالا در تبریز)

امروزه گسترش مبدل های دو جهته، یکی از موضوعات مهم در الکترونیک قدرت می باشد. مبدل دو جهته، مبدلی است که در آن امکان انتقال توان بین دو منبع در هر دو جهت وجود دارد. در این مبدل ها جهت عبور جریان می تواند معکوس شود، در حالیکه پلاریته ولتاژ هر دو منبعی که به مبدل متصل است بدون تغییر باقی می ماند. با توجه به این ویژگی ها، این مبدل ها به طور گسترده ای در بسیاری از کاربرد های صنعتی مانند خودروهای الکتریکی هیبرید/پیل سوختی، منابع تغذیه بدون وقفه، فتو ولتائیک، پیل سوختی و… مورد استفاده قرار می گیرند. (طراحی مبدل حرارتی)

انواع مختلف مبدل های دو جهته  :

مبدل های دو جهته به دو دسته مبدل های دو جهته غیر ایزوله و مبدل های دو جهته ایزوله تقسیم میشود.

مبدل های دو جهته غیر ایزوله به دلیل سادگی ساختار و کنترل مورد توجه می باشند. در مبدل های سوئیچینگ، افزایش فرکانس سوئیچینگ به منظور کاهش حجم المان ها مطلوب است. اما با افزایش فرکانس سوئیچینگ، تلفات سوئیچینگ و نویز emi افزایش می یابد. که برای رفع مشکلات فوق، مبدل های سوئیچینگ نرم مورد استفاده قرار می گیرند. (مبدل های سوئیچینگ)

از مساعل مهم در طراحی و تحلیل EMI در مبدل های سوئیچینگ فرکانس بالا :

به دلیل حجم قابل ملاحظه منابع تغذیه در دستگاههای الکترونیکی، کاهش حجم و وزن آنها یکی از مسایل مهم طراحی می باشد. در منابع تغذیه سوئیچینگ این فرایند با افزایش فرکانس سوئیچینگ انجام می شود. در فرکانسهای سوئیچینگ بالا، تلفات سوئیچینگ و نویز emi افزایش می یابدکه باعث محدود شدن فرکانس کار و کاهش راندمان مدار می شود.

روشهای سوئیچینگ نرم، راه حل مناسبی برای کاهش تلفات سوئیچینگ و نویز در فرکانسهای بالا هستند. اولین روش سوئیچینگ نرم اسنابرهای تلفاتی هستند که هر چند تلفات را از سوئیچ دور می کنند ولی کمکی به افزایش راندمان کل مدار نمی کنند. در واقع اسنابرهای تلفاتی بیشتر نقش حفاظت سوئیچ های قدرت و کاهش emi را بر عهده دارند و تاثیری در افزایش راندمان کلی مدار نمی گذارند. بعد از آن مبدلهای رزنانسی و شبه رزنانسی پیشنهاد شدند که تلفات سوئیچینگ مدار را کاهش می دهند ولی باعث پیچیدگی سیستم کنترل و افزایش استرس جریان و ولتاژ سوئیچها می شوند. در این مبدلها انتقال توان طی یک فرایند رزنانس انجام می گیرد که معمولا باعث ایجاد پیک های بزرگ جریان و یا ولتاژ می شود. (طراحی و تحلیل EMI در مبدل های سوئیچینگ فرکانس بالا در تبریز)

چالش‌های اصلی در کنترل EMI در مبدل‌های فرکانس بالا

افزایش فرکانس کلیدزنی: با هدف افزایش بهره‌وری و کاهش اندازه قطعات، طراحان به سراغ فرکانس‌های بالاتر می‌روند که باعث افزایش EMI می‌شود.

ساختار پیچیده مدارات: مبدل‌های مدرن از توپولوژی‌های پیچیده‌تری استفاده می‌کنند که مسیرهای نویز بیشتری را ایجاد می‌کنند.

کاهش فیلترینگ به دلیل محدودیت فضا: در دستگاه‌های کامپکت مانند شارژرهای سریع، استفاده از فیلترهای بزرگ امکان‌پذیر نیست.

راهکارهای عملی برای کاهش EMI در طراحی بردهای سوئیچینگ

استفاده از تکنیک‌های PCB Layout پیشرفته
قرارگیری صحیح گره‌های اتصال زمین (GND)، کوتاه کردن مسیرهای جریان بالا، و جداسازی مسیرهای حساس از منابع نویز، به‌طور چشمگیری تداخل را کاهش می‌دهد.

بهره‌گیری از شیلدینگ و فیلترهای EMI
استفاده از فیلترهای EMI در ورودی و خروجی مبدل‌ها، و محافظت فلزی برای قسمت‌های حساس، باعث کاهش انتشار امواج ناخواسته می‌شود.

مدولاسیون فرکانس کلیدزنی (Spread Spectrum)
این تکنیک با پخش توان فرکانس کلیدزنی در باند فرکانسی وسیع‌تر، پیک انرژی نویز را کاهش داده و تطابق با استانداردهای EMI را آسان‌تر می‌کند.

تحلیل EMI با استفاده از ابزارهای نرم‌افزاری مدرن
نرم‌افزارهایی مانند LTspice، ANSYS HFSS و Keysight ADS ابزارهایی ضروری برای شبیه‌سازی و تحلیل دقیق رفتار نویز در طراحی مدارهای الکترونیکی هستند. آشنایی با این ابزارها به شما اجازه می‌دهد تا قبل از تولید برد واقعی، رفتار الکترومغناطیسی مدار را بررسی و بهینه‌سازی کنید.

چرا یادگیری طراحی EMI برای تعمیرکاران و مهندسین برد ضروری است؟

تکنسین‌ها و مهندسینی که در زمینه تعمیر بردهای الکترونیکی فعالیت دارند، اغلب با مشکلاتی روبرو می‌شوند که ریشه در EMI دارد. اگر EMI را نشناسید، ممکن است تعمیرات شما موقتی یا ناکارآمد باشند.

با یادگیری طراحی و تحلیل EMI:

علت دقیق خرابی بردها را بهتر متوجه می‌شوید

می‌توانید طراحی‌ها را بهینه و مطابق با استانداردهای جهانی انجام دهید

در بازار کار از رقبا پیشی خواهید گرفت

اگر به دنبال یادگیری مهارت‌هایی هستید که شما را به یک متخصص واقعی در حوزه تعمیر و طراحی برد تبدیل کند، همین حالا در دوره جامع آموزش تعمیر برد در تبریز ثبت‌نام کنید.