Łatwe dostosowanie konwerterów AC/DC do wymagań EMC
Artykuł pokazuje jak zaprojektować wielozadaniowe przetwornice AC/DC, które minimalizują koszty, maksymalizują wydajność i redukują rozmiar układu, zachowując jednocześnie bezpieczeństwo użytkownika i urządzenia oraz zapewniając parametry EMC.
Jak wspomniano, seria LS-R3 obejmuje 3-watowe konwertery, takie jak LS03-13B03R3 z wyjściem 3,3V DC, aż do 10-watowego LS10-13B24R3 z wyjściem 24V DC. Wszystkie trzy serie (3, 5 i 10W) obejmują modele dostarczające napięcie wyjściowe od 3,3 do 24V DC. Przykłady konstrukcji w dalszej części materiału oparte są na serii 5-watowych przetworników LS05-13BxxR3.
Podstawowa konstrukcja zaczyna się od bezpiecznika i - aby zmniejszyć prąd rozruchowy i zapewnić ograniczony poziom ochrony przed przepięciami - dodaje rezystor drutowy 12 omów (Ω) (np. 3-watowy AC03000001209JAC00 firmy Vishay), kondensator wejściowy (np. 450BXW22MEFR12.5X20 firmy Rubycon, 22 mikrofarady (μF), 450 woltów) oraz podstawowy filtr wyjściowego (np. Nichicon RS81C271MDN, o mocy 270 mikrofaradów (µF) i 16 woltów) (Rysunek 2).
Ta podstawowa implementacja spełnia wymagania poziomu 3 dla EMS, ale nie spełnia wyższych parametrów EMI lub EMS i jest przeznaczona jedynie dla najbardziej budżetowych projektów, o bardzo podstawowych potrzebach w zakresie wydajności. W zależności od bezpiecznika, może pracować z wejściami od 85 do 305V AC i wytwarza izolowane wyjście DC. Przy minimalnym filtrowaniu wyjściowym nie spełnia większości specyfikacji EMI lub EMS i ma stosunkowo wysokie tętnienia wyjściowe.
Rysunek 2: Ilustracja prezentuje budżetowy projekt, spełniający wymagania poziomu 3 EMS i składa się z czterech elementów zewnętrznych (bezpiecznik, czarny element po lewej; kondensator wejściowy, czarny cylinder pośrodku; rezystor wejściowy po lewej stronie kondensatora wejściowego; kondensator filtra wyjściowego, biały cylinder po prawej stronie). (Źródło: Mornsun)
W przypadku projektów, które wymagają silniejszego filtrowania wyjściowego i wyższego poziomu wydajności EMI, można dodać kolejne trzy komponenty (Rysunek 3). Kondensator Y, umieszczony po pierwotnej i wtórnej stronie przetwornika, znacznie zredukuje szumy i poprawi wydajność EMI (Uwaga: aby spełnić wymagania normy IEC/EN60335 dla urządzeń domowych, może być konieczne dodanie drugiego kondensatora Y). Z kolei dodanie filtra Pi znacznie zmniejsza tętnienie wyjściowe. Można to osiągnąć za pomocą kondensatora wyjściowego w podstawowej konstrukcji i dodając kondensator elektrolityczny, taki jak 35THV47M6.3X8 firmy Rubycon, o mocy 47 μF i 35 woltów, wraz z cewką indukcyjną.
Rysunek 3: Konstrukcja drugiego poziomu dodaje kondensator Y (niebieski komponent) po stronie pierwotnej i wtórnej w celu silniejszej redukcji szumów i zakłóceń elektromagnetycznych oraz zawiera filtr Pi (zaprojektowany na bazie oryginalnego białego kondensatora wyjściowego i dodanie kondensatora elektrolitycznego, przedstawia go czarny element w prawym górnym rogu) a także cewkę indukcyjną (szara część poniżej kondensatora elektrolitycznego) w celu zmniejszenia tętnień wyjściowych. (Źródło: Mornsun)
Projekty, które wymagają poziomów EMI klasy A lub klasy B i wydajności EMS na poziomie 4, można również oprzeć o płytki LS-R3 (Rysunek 4). Umieszczenie cewki indukcyjnej działającej w trybie różnicowym na wejściu umożliwia spełnienie przez projekt wymagań EMI klasy A.
Rysunek 4: Ograniczenia EMI klasy A można spełnić, dodając cewkę wejściową w trybie różnicowym (L1, czarny cylinder w dolnej części PCB). Zakłócenia EMI klasy B można spełnić, dodając kondensator X (CX1, komponent żółty, środek), a poziom EMS 4 można osiągnąć dodając warystor (MOV1, komponent niebieski u góry po lewej) na wejściu AC . (Źródło: Mornsun)
Ograniczenia EMI klasy B można spełnić, dodając kondensator X, na przykład kondensator foliowy B32671Z6104K000 firmy TDK (0,1 μF, 630 woltów). Wydajność EMS na poziomie 4 można osiągnąć dodając warystor, na przykład warystor MOV (metal oxide varistor) firmy TDK o oznaczeniu B72214S0351K101. Kompletny obwód, który spełnia wymogi EMI wg CISPR32/EN55032 w klasie B oraz wymogi EMS wg IEC/EN61000 (EFT ±4 kV i przepięcie ±2 kV) pokazano na Rysunku 5.
Rysunek 5: Schemat obwodu spełniający wymagania poziomu EMI (wg. CISPR32/EN55032) klasy B oraz EMS (wg IEC/EN61000) (EFT ±4 kV i przepięcie ±2 kV). (Źródło: Mornsun)
Na rysunku 5 CY2 jest drugim wspomnianym wcześniej kondensatorem Y, który jest niezbędny do spełnienia normy IEC/EN60335 dla urządzeń domowych, natomiast LDM to induktor różnicowy.