Reka Bentuk dan Peningkatan Ujian Prestasi EMC untuk Penjana Tegangan Elektronik

1 Gambaran Prestasi EMC bagi Transformator Voltan Elektronik
1.1 Definisi & Keperluan EMC

Keserasian Elektromagnetik (EMC) merujuk kepada kemampuan peranti/sistem untuk beroperasi tanpa gangguan dalam persekitaran elektromagnetik tertentu dan mengelakkan gangguan elektromagnetik yang tidak dapat diterima kepada entiti lain. Bagi transformator voltan elektronik, EMC memerlukan prestasi pengukuran yang stabil dalam situasi kompleks, tanpa mengganggu peranti lain. Prestasi EMC mereka mesti dipertimbangkan dan dijamin semasa reka bentuk dan pembuatan.

1.2 Prinsip Kerja

Transformator voltan elektronik menggunakan induksi elektromagnetik dan pengukuran elektronik berketepatan tinggi untuk menukar isyarat voltan tinggi dalam sistem kuasa kepada isyarat voltan rendah. Secara umumnya terdiri daripada sensor utama, litar penukaran sekunder, dan unit pemprosesan isyarat: sensor utama menukar isyarat voltan tinggi kepada arus/voltan lemah yang berkadar dengan voltan utama; litar sekunder lebih lanjut menukar ini kepada isyarat digital/analog standard; unit pemprosesan menyaring, mengamplifikasi, dan menyesuaikan isyarat untuk meningkatkan ketepatan dan kestabilan pengukuran. Mereka boleh mengukur voltan, arus, dan kuasa sirkuit tunggal (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1), atau voltan/arus sirkuit tunggal/berbilang.

1.3 Analisis Gangguan Elektromagnetik & Sensitiviti

Transformator voltan elektronik tunduk kepada gangguan elektromagnetik daripada peralatan elektrik lain (contohnya, impuls petir, overvoltase sementara dari operasi pemintas), yang merosakkan prestasi pengukuran (contohnya, peningkatan ralat, bacaan tidak stabil).

2 Analisis Ujian Prestasi Keserasian Elektromagnetik bagi Transformator Voltan Elektronik (EVT)
2.1 Kandungan Ujian dan Kriteria Penilaian

Ujian prestasi keserasian elektromagnetik bagi EVT adalah langkah penting untuk memastikan operasi yang stabil dan tepat dalam persekitaran kerja sebenar. Ujian fokus pada penilaian keupayaan anti-gangguan EVT dan prestasinya di bawah pelbagai gangguan elektromagnetik. Kriteria penilaian dibahagikan kepada Gred A dan Gred B berdasarkan keparahan hasil ujian:

• Gred A: Mengekalkan prestasi normal dalam had spesifikasi ketepatan. Penilaian memerlukan bahawa apabila EVT diserang oleh gangguan elektromagnetik, ketepatan pengukurannya mesti berada dalam had yang ditetapkan. Ini memastikan isyarat voltan keluaran sepadan dengan nilai sebenar dan tidak mengganggu pemantauan dan kawalan normal sistem kuasa.

• Gred B: Membolehkan penurunan sementara prestasi pengukuran yang tidak berkaitan dengan fungsi perlindungan. Kriteria membenarkan penurunan sementara prestasi pengukuran di bawah gangguan elektromagnetik, dengan syarat ia tidak mengganggu operasi normal fungsi perlindungan atau menyebabkan reset/pemulihan peranti. Isyarat voltan keluaran mesti dikawal dalam 500 V untuk mengelakkan gangguan atau kerosakan tidak perlu kepada sistem kuasa.

2.2 Ujian Gangguan Terkonduksi

Gangguan terkonduksi merujuk kepada gangguan elektromagnetik yang ditransmisikan melalui laluan konduktif (contohnya, wayar, paip logam). Bagi EVT, gangguan terkonduksi adalah cabaran utama.

• Ujian Transien Pantas/Eksplosi (EFT/B): Meniru gangguan sementara daripada beban induktif (contohnya, relai, kontak) semasa pemintasan, yang biasanya mempunyai spektrum frekuensi yang luas dan boleh mengganggu operasi EVT. Ujian menerapkan siri eksplosi transien pantas kepada EVT, mengamati kestabilan dan ketepatan isyarat voltan keluaran untuk menilai keupayaan anti-gangguan.

• Ujian Imuniti Sempadan (Impuls): Meniru overvoltase/aruskah sementara dari operasi pemintas, sambaran petir, dll. Peristiwa ini membawa tenaga tinggi dan tempoh pendek, memberi kesan serius kepada isolasi dan ketepatan pengukuran EVT. Ujian menerapkan voltan sempadan kepada EVT untuk mengesahkan keupayaaannya untuk menahan gangguan tanpa kerosakan atau penurunan prestasi.

2.3 Ujian Gangguan Diradiasi

• Ujian Imuniti Medan Magnet Frekuensi Kuasa: Menilai prestasi EVT dalam persekitaran medan magnet frekuensi kuasa. Dengan menerapkan medan magnet frekuensi kuasa yang dikawal, ujian mengamati kestabilan dan ketepatan isyarat voltan keluaran untuk menilai keupayaan anti-gangguan.

• Ujian Imuniti Medan Magnet Osilasi Redam: Meniru medan magnet osilasi redam yang dihasilkan semasa operasi pemintas isolasi di substansi kuasa tegangan tinggi. Medan ini mempunyai kadar penyusutan pantas dan frekuensi tinggi, yang boleh mengganggu ketepatan pengukuran EVT. Ujian menerapkan medan magnet osilasi redam untuk memeriksa sama ada EVT mengekalkan prestasi pengukuran yang stabil.

• Ujian Imuniti Medan Magnet Pulsa: Meniru medan magnet pulsa dari sambaran petir pada bangunan atau struktur logam lain. Medan ini mempunyai masa naik pantas dan intensiti puncak tinggi, yang mengancam isolasi dan ketepatan pengukuran EVT. Ujian menerapkan medan magnet pulsa untuk mengesahkan keupayaan EVT untuk menahan gangguan tanpa kerosakan atau penurunan prestasi.

• Ujian Imuniti Medan Elektromagnetik Radiasi Frekuensi Radio: Menilai prestasi EVT dalam persekitaran radiasi frekuensi radio (RF) (contohnya, sumber elektromagnetik industri, siaran radio, stesen pangkalan komunikasi mudah alih). Dengan menerapkan medan radiasi RF yang dikawal, ujian mengamati kestabilan dan ketepatan isyarat voltan keluaran untuk menilai keupayaan anti-gangguan.

3 Prinsip Reka Bentuk untuk Keserasian Elektromagnetik Transformator Voltan Elektronik
3.1 Prinsip Reka Bentuk Litar

• Reka Bentuk Ground Mengapung: Dalam reka bentuk litar, gunakan teknologi ground mengapung untuk mengasingkan garis isyarat dari rangka. Ini mencegah arus gangguan pada rangka daripada berhubungan langsung ke litar isyarat, mengurangkan gangguan bunyi dan meningkatkan ketepatan dan kestabilan isyarat.

• Susun Atur Laluan Wayar yang Rasional: Susun atur laluan wayar kuasa, ground, dan pelbagai garis isyarat - ini adalah kunci untuk mengurangkan gangguan penghubungan. Dalam reka bentuk litar EVT, pastikan penghubungan antara garis minimal. Kaedah seperti litar bertingkat dan routing ortogonal (untuk mengelakkan larian selari) mengurangkan induksi elektromagnetik dan penghubungan kapasitif.

• Reka Bentuk Kapasitor Penapis: Implementasikan kapasitor penapis pada input kuasa modul untuk menekan isyarat gangguan yang masuk melalui bekalan kuasa. Pilih kapasitor berdasarkan parameter seperti kapasitans, rating voltan, dan ciri-ciri frekuensi untuk menapis bunyi frekuensi tinggi dan gangguan dari sumber kuasa secara efektif.

• Reka Bentuk Logik Tahap Rendah: Elakkan tahap logik tinggi yang tidak perlu untuk mengurangkan penggunaan kuasa litar dan gangguan frekuensi tinggi. Dalam reka bentuk litar EVT, beri prioritas kepada peranti logik tahap rendah (contohnya, peranti 3.3 V) untuk mengurangkan emisi dan penerimaan bunyi frekuensi tinggi.

• Kawalan Masa Naik/Turun: Pilih masa naik dan turun yang paling lambat yang dibenarkan (dalam had fungsi litar) untuk mengelakkan penghasilan komponen frekuensi tinggi yang tidak perlu. Ini membantu mengurangkan bunyi frekuensi tinggi dalam litar dan meningkatkan kestabilan dan ketepatan isyarat.

3.2 Prinsip Reka Bentuk Struktur Dalaman

• Struktur Pelindung Tertutup Penuh: Gunakan perisai tertutup penuh untuk rangka, memastikan hubungan baik antara semua permukaan dan grounding yang betul. Ini secara efektif menghalang gangguan medan elektromagnetik luar, melindungi litar elektronik dalaman daripada gangguan luar.

• Minimalisasi Panjang Wayar Paparan: Pastikan semua wayar paparan di dalam rangka sependek mungkin untuk mengurangkan radiasi elektromagnetik dan penghubungan gangguan. Dalam reka bentuk dalaman EVT, optimalisasi susun atur dan penempatan komponen untuk meminimumkan panjang wayar paparan.

• Pengumpulan dan Pengikatan Wayar: Kumpulkan wayar mengikut jenis isyarat (contohnya, pisahkan garis digital dan analog) dan mantapkan jarak yang sesuai antara kumpulan. Ini mengurangkan crosstalk antara wayar, meningkatkan kejelasan dan ketepatan isyarat.

• Penyambungan Lem Konduktif: Gunakan lem konduktif pada semua sendi antara muka rangka untuk memastikan hubungan elektrik yang baik dan keberkesanan perisai. Ini mengurangkan rintangan hubungan dan meningkatkan prestasi perisai.

4 Strategi untuk Meningkatkan Prestasi Keserasian Elektromagnetik Transformator Voltan Elektronik
4.1 Reka Bentuk Anti-Gangguan Port Kuasa
4.1.1 Pasang Penapis Kuasa

Penapis kuasa adalah peranti penekan gangguan elektromagnetik yang berkesan yang boleh menapis bunyi frekuensi tinggi dan puls sementara dalam bekalan kuasa, memastikan kebersihan input kuasa. Semasa memilih penapis kuasa, pilih model dan spesifikasi penapis yang sesuai mengikut daya dinilai dan persekitaran kerja EVT, dan pastikan penapis dipasang dekat dengan inlet kuasa untuk kesan penapisan terbaik.

4.1.2 Gunakan Reka Bentuk Bekalan Kuasa Berlebihan

Untuk meningkatkan kebolehpercayaan bekalan kuasa EVT, reka bentuk bekalan kuasa berlebihan digunakan, iaitu, dua atau lebih modul kuasa dikonfigurasikan. Apabila satu modul kuasa gagal, modul kuasa lain boleh dengan cepat mengambil alih tugas bekalan kuasa untuk memastikan operasi normal EVT. Ini bukan sahaja meningkatkan keupayaan anti-gangguan EVT tetapi juga meningkatkan kestabilan keseluruhan.

4.1.3 Perkukuhkan Pelindungan dan Grounding Garis Kuasa

Garis kuasa adalah salah satu laluan penting untuk penyebaran gangguan elektromagnetik. Untuk mengurangkan gangguan elektromagnetik pada garis kuasa, kabel berselerai digunakan untuk membungkus garis kuasa dalam lapisan pelindung logam, mengurangkan radiasi dan penghubungan gelombang elektromagnetik. Pada masa yang sama, pastikan grounding yang baik untuk garis kuasa, mengarahkan arus gangguan ke dalam tanah untuk mengelakkan kerosakan pada EVT.

4.2 Perlindungan Pelepasan Statik Port Isyarat
4.2.1 Pasang Komponen Penyerapan Gangguan Sementara

Komponen penyerapan gangguan sementara, seperti Supresor Voltan Sementara (TVS) dan varistor, boleh dengan cepat menyerap tenaga pelepasan semasa pelepasan statik dan mengawal voltan pada tahap yang selamat, melindungi komponen elektronik dalaman EVT daripada kerosakan. Semasa memilih komponen penyerapan gangguan sementara, pilih model dan spesifikasi komponen yang sesuai mengikut ciri-ciri isyarat dan persekitaran kerja EVT.

4.2.2 Gunakan Kaedah Penghantaran Isyarat Diferensial

Kaedah penghantaran isyarat diferensial boleh secara efektif menolak gangguan mod bersama dan meningkatkan keupayaan anti-gangguan isyarat. Dalam reka bentuk port isyarat EVT, kaedah penghantaran isyarat diferensial digunakan, membahagikan isyarat menjadi saluran positif dan negatif untuk penghantaran. Maklumat yang berkesan diekstrak dengan membandingkan perbezaan isyarat antara kedua-dua saluran, yang bukan sahaja meningkatkan kualiti penghantaran isyarat tetapi juga mengurangkan gangguan pelepasan statik pada EVT.

4.3 Pengoptimuman Prestasi Pelindungan Rangka
4.3.1 Pilih Bahan dengan Ketelapan Magnetik Tinggi

Pilihan bahan rangka sangat penting untuk kesan pelindungan. Untuk meningkatkan keupayaan pelindungan medan magnet rangka, bahan dengan ketelapan magnetik tinggi, seperti plat besi, dipilih, yang boleh menyerap dan mendispersikan tenaga medan magnet dengan efektif dan mengurangkan gangguan medan magnet pada dalaman EVT. Ketelapan magnetik relatif logam ditunjukkan dalam Jadual 1.

4.3.2 Optimumkan Reka Bentuk Struktur Rangka

Reka bentuk struktur rangka juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi kesan pelindungan. Dalam reka bentuk rangka EVT, struktur pelindung tertutup penuh digunakan untuk memastikan hubungan dan grounding yang baik antara pelbagai permukaan.

4.3.3 Perkukuhkan Rawatan Grounding Rangka

Rawatan grounding rangka sangat penting untuk kesan pelindungan. Dalam reka bentuk rangka EVT, perlu memastikan hubungan grounding yang baik antara rangka dan tanah, mengarahkan arus gangguan ke dalam tanah.

Mereka juga memancarkan gangguan seperti harmonik frekuensi tinggi dan radiasi elektromagnetik, yang memberi kesan kepada peranti lain. Merancang mereka memerlukan penanganan cabaran gangguan dan sensitiviti ini dengan langkah-langkah penekanan dan perlindungan.

5 Kesimpulan

Kertas ini melakukan penyelidikan dan reka bentuk mendalam tentang prestasi keserasian elektromagnetik transformator voltan elektronik. Serangkaian langkah dicadangkan, termasuk prinsip reka bentuk litar, prinsip reka bentuk struktur dalaman, dan strategi peningkatan prestasi keserasian elektromagnetik. Tujuannya adalah untuk meningkatkan keupayaan anti-gangguan dan kestabilan EVT dalam persekitaran elektromagnetik kompleks, memastikan ia dapat mengukur isyarat voltan dengan tepat dan dapat dipercayai dalam sistem kuasa, dan memberikan jaminan yang kuat untuk operasi selamat dan stabil sistem kuasa.