מיגון אלקטרוסטטי למיתוג מתאמי מתח

אחד המפרטים המאתגרים ביותר בתכנון של מתאמי מתח מיתוג הוא הפחתת זרם ה-RFI המוליך במצב נפוץ (רדיו תדר הפרעות) לרמה מקובלת. רעש מוליך זה נגרם בעיקר מחשמל סטטי טפילי וצימוד אלקטרומגנטי בין רכיבי מיתוג כוח למישור ההארקה. מטוס ההארקה עשוי להיות מורכב מהמרכב, הארון או חוט ההארקה, בהתאם לסוג הציוד האלקטרוני.

 

מעצבים של מתאמי מתח מיתוג צריכים לסקור ביסודיות את כל הפריסה, לזהות אזורים המועדים לבעיות כאלה, וליישם אמצעי מיגון מתאימים במהלך שלב התכנון. תיקון עיצוב RFI לא תקין בשלבים מאוחרים יותר הוא לעתים קרובות קשה.

 

ברוב היישומים, מיגון אלקטרוסטטי נחוץ בכל מקום שבו צורות גל מיתוג במתח גבוה בתדר גבוה עשויות להתחבר באופן קיבולי עם מישור ההארקה או הפלט המשני. זה חשוב במיוחד כאשר טרנזיסטורי כוח מיתוג ודיודות מיישר מותקנות על גופי קירור המתקשרים עם המארז הראשי. בנוסף, שדות מגנטיים וצימוד קיבולי עשויים להכניס רעש ברכיבים או קווים הנושאים זרמי פעימות מיתוג גדולים. אזורי בעיה פוטנציאליים כוללים את מיישר המוצא, קבל המוצא המותקן על המארז, וצימוד קיבולי בין הראשוני, המשני והליבה של שנאי המיתוג הראשי, כמו גם שנאי כונן או בקרה אחרים.

 

כאשר רכיבים מותקנים על גופי קירור המחוברים תרמית לשלדה, ניתן למתן צימוד קיבולי לא רצוי על ידי הצבת מגן אלקטרוסטטי בין הרכיב המפריע לגוף הקירור. מגן זה, העשוי בדרך כלל מנחושת, חייב להיות מבודד הן מגוף הקירור והן מהרכיב (למשל, טרנזיסטור או דיודה). הוא חוסם זרמי AC בשילוב קיבולי, אשר מופנים לאחר מכן לנקודת ייחוס נוחה במעגל הקלט. עבור רכיבים ראשיים, נקודת התייחסות זו היא בדרך כלל המסוף השלילי המשותף של קו אספקת החשמל DC, ליד התקן המיתוג. עבור רכיבים משניים, נקודת הייחוס היא בדרך כלל הטרמינל המשותף שבו הזרם זורם בחזרה לצד המשני של השנאי.

 

טרנזיסטור כוח המיתוג הראשוני מייצר צורות גל פולסי מיתוג במתח גבוה ובתדר גבוה. ללא מיגון הולם בין מארז הטרנזיסטור לשלדה, זרמי רעש משמעותיים יכולים להתחבר דרך הקיבול ביניהם. מגן נחושת המוצב במעגל מזריק כל זרם משמעותי לתוך גוף הקירור באמצעות קיבול. גוף הקירור, בתורו, שומר על מתח AC קטן יחסית בתדר גבוה הנוגע לשלדה או למישור ההארקה. על המעצבים לזהות אזורים בעייתיים דומים ולהחיל מיגון במידת הצורך.

 

כדי למנוע זרמי RF לזרום בין פיתולים ראשוניים ומשניים או בין מגן הבטיחות הראשוני והמוארק, שנאי מיתוג ראשיים כוללים בדרך כלל מגן RFI אלקטרוסטטי על הפיתול הראשוני לפחות. במקרים מסוימים, ייתכן שיידרש מגן בטיחות נוסף בין הפיתולים הראשוניים והמשניים. מגני RFI אלקטרוסטטיים שונים ממגני בטיחות במבנה שלהם, במיקומם ובחיבורם. תקני בטיחות מחייבים את מגן הבטיחות להתחבר למישור ההארקה או לשלדה, בעוד שמגן ה-RFI מחובר בדרך כלל למעגל הקלט או הפלט. מגני EMI ובלוקים סופיים, עשויים מיריעות נחושת דקות, נושאים רק זרמים קטנים. עם זאת, מטעמי בטיחות, מגן הבטיחות חייב לעמוד לפחות פי שלושה מהזרם הנקוב של נתיך החשמל.

 

בשנאי כוח מיתוג לא מקוון, מגן ה-RFI ממוקם קרוב לפיתולים הראשוניים והמשניים, בעוד שמגן הבטיחות ממוקם בין מגני ה-RFI. אם אין צורך במגן RFI משני, מגן הבטיחות ממוקם בין מגן ה-RFI הראשי לכל פיתולי המוצא. כדי להבטיח בידוד תקין, מגן ה-RFI הראשוני מבודד לרוב מקו המתח המבוא באמצעות קבל סדרתי, בדרך כלל בדירוג של 0.01 μF.

 

מגן ה-RFI המשני משמש רק כאשר נדרש דיכוי רעש מקסימלי או כאשר מתח המוצא גבוה. מגן זה מתחבר למסוף המשותף של קו המוצא. יש ליישם מיגון שנאי במשורה, מכיוון שהוא מגדיל את גובה הרכיב ואת ממדי הפיתול, מה שמוביל להשראת דליפה גבוהה יותר ולירידה בביצועים.

 

 

זרמי לולאת מגן בתדר גבוה יכולים להיות משמעותיים במהלך מעברי מעבר. כדי למנוע צימוד לצד המשני דרך הפעולה הרגילה של השנאי, נקודת חיבור המגן צריכה להיות במרכזו, לא בקצוותיו. סידור זה מבטיח שזרמי לולאת המגן המצמודים בקיבוליות זורמים בכיוונים מנוגדים על כל חצי של המגן, ומבטל השפעות צימוד אינדוקטיביות. בנוסף, הקצוות של המגן חייבים להיות מבודדים זה מזה כדי למנוע יצירת לולאה סגורה.

 

עבור יציאות מתח גבוה, ניתן להתקין את מגן ה-RFI בין דיודות מיישר המוצא לגוף הקירור שלהן. עבור מתחים משניים נמוכים, כגון 12V ומטה, מגני RFI של שנאים משניים ומיגוני מיישר אינם נחוצים בדרך כלל. במקרים כאלה, הצבת משנק מסנן המוצא במעגל יכולה לבודד את גוף הקירור של הדיודה ממתח RF, ולבטל את הצורך במיגון. אם הדיודה וגוף הקירור של הטרנזיסטור מבודדים לחלוטין מהמרכב (למשל, כשהם מותקנות על גבי PCB), לעתים קרובות אין צורך במיגון אלקטרוסטטי.

 

לשנאי פריט זבוב ומשרנים בתדר גבוה יש לעתים קרובות פערי אוויר משמעותיים בנתיב המגנטי כדי לשלוט על השראות או למנוע רוויה. פערי אוויר אלה יכולים לאחסן אנרגיה ניכרת, להקרין שדות אלקטרומגנטיים (EMI), אלא אם כן מיגון הולם. קרינה זו עלולה להפריע למתאם מתח המיתוג או לציוד סמוך ועלולה לחרוג מתקני EMI מוקרנים.

 

קרינת EMI ממרווחי אוויר היא הגדולה ביותר כאשר הליבה החיצונית מרווחת או כאשר המרווחים מחולקים באופן שווה בין הקטבים. ריכוז מרווח האוויר בקוטב האמצעי יכול להפחית את הקרינה ב-6 dB או יותר. הפחתה נוספת אפשרית עם ליבת סיר סגורה לחלוטין המרכזת את הפער בקוטב האמצעי, אם כי לעתים רחוקות נעשה שימוש בליבות סיר ביישומים לא מקוונים עקב דרישות מרחק זחילה במתחים גבוהים יותר.

 

עבור ליבות עם רווחים סביב עמודים היקפיים, מגן נחושת המקיף את השנאי יכול להחליש משמעותית את הקרינה. מגן זה צריך ליצור לולאה סגורה מסביב לשנאי, במרכזו על מרווח האוויר, ולהיות בערך 30% מרוחב הסליל המתפתל. כדי למקסם את היעילות, עובי הנחושת צריך להיות לפחות 0.01 אינץ'.

 

בעוד המיגון יעיל, הוא מציג הפסדי זרם מערבולת, ומפחית את היעילות הכוללת. עבור פערי אוויר היקפיים, הפסדי מגן יכולים להגיע ל-1% מהספק המוצא המדורג של המכשיר. פערי קוטב אמצעי, לעומת זאת, גורמים לאובדי מגן מינימליים אך עדיין מפחיתים את היעילות עקב הפסדי סלילה מוגברים. לכן יש להשתמש במיגון רק בעת הצורך. במקרים רבים, סגירת ספק הכוח או המכשיר בתוך מעטפת מתכת מספיקה כדי לעמוד בתקני EMI. עם זאת, בהתקני מסוף תצוגת וידאו, לרוב נדרש מיגון שנאי כדי למנוע הפרעה אלקטרומגנטית עם אלומת האלקטרונים CRT.

 

את החום הנוסף שנוצר במגן הנחושת ניתן לפזר באמצעות גוף קירור או להפנות אותו אל השלדה כדי לשמור על יציבות תפעולית.