حلقه خفه

خفگی حلقوی یک جزء الکتریکی است که در مهندسی برق برای محدود کردن یا فیلتر جریان در یک سیستم الکتریکی استفاده می شود. آنها از هسته های حلقه مغناطیسی پیچیده شده با سیم پیچ های مسی تشکیل شده اند.

خفگی های حلقه ای در برنامه های مختلف برای کاهش یا از بین بردن تداخل یا اثرات ناخواسته استفاده می شوند. به عنوان مثال ، از آنها برای فیلتر کردن تداخل یا نویز با فرکانس بالا با اتصال کوتاه با فرکانس بالا استفاده می شود و در نتیجه جریان را محدود می کند. این امر به ویژه در دستگاه هایی مانند رایانه ها ، تجهیزات ارتباطی ، سیستم های صوتی و تصویری که نیاز به انتقال سیگنال بدون تداخل دارند بسیار مهم است.

علاوه بر این ، از خفه کننده حلقه نیز برای محدود کردن جریان در مدار AC استفاده می شود. آنها با محدود کردن مقدار اوج جریان ، به تثبیت جریان کمک می کنند و از این طریق از آسیب دیدن تجهیزات جلوگیری می کنند. در الکترونیک قدرت نیز از آنها برای فیلتر کردن جریان DC برای اطمینان از منبع تغذیه ثابت استفاده می شود.

به طور خلاصه ، از خفه کننده حلقه برای فیلتر کردن تداخل ، محدود کردن جریان فعلی و اطمینان از منبع تغذیه پایدار در سیستم الکتریکی استفاده می شود.

خفگی حلقوی نوع خاصی از خفگی است که از یک هسته آهنی حلقوی و یک سیم پیچ تشکیل شده است. هسته آهن حلقوی از مواد مغناطیسی مانند پودر آهن یا فریت تشکیل شده است تا یک حلقه بسته تشکیل شود. سیم پیچ در اطراف هسته آهن حلقوی پیچیده شده و از سیم عایق تشکیل شده است.

عملکرد خفگی حلقه محدود کردن یا کنترل جریان در مدار است. آنها عمدتاً برای فیلتر کردن تداخل در منبع تغذیه استفاده می شوند. سیم پیچ خفه یک میدان مغناطیسی در اطراف هسته حلقه ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی به عنوان سلف عمل می کند و یک نیروی الکتروموتور پشتی (نیروی الکتروموتور) تولید می کند که جریان را محدود می کند.

تفاوت اصلی بین دریچه گاز حلقوی و سایر انواع دریچه گاز در طراحی آنها است. چوکهای حلقوی دارای یک هسته آهنی حلقوی بسته هستند ، در حالی که سایر چوپها می توانند اشکال مختلفی مانند کویل ها یا هسته های آهنی به شکل E داشته باشند. هسته حلقه بسته خفه حلقه محافظ مغناطیسی بهتری را فراهم می کند و از این طریق تداخل و تلفات در مدار را کاهش می دهد.

تفاوت دیگر مغناطیس هسته حلقه است. انتخاب ماده مغناطیسی هسته حلقه بر القای و مقاومت چوک تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، خفگی حلقه فریت دارای القای زیاد و مقاومت کم است ، در حالی که خفگی حلقه پودر آهن دارای القای کمتر و مقاومت بالاتری است.

به طور خلاصه ، خفه شدن حلقه روشی مؤثر برای محدود کردن جریان در مدار و فیلتر کردن تداخل فراهم می کند. طراحی هسته حلقه بسته و انتخاب مواد مغناطیسی آنها را از سایر انواع خفه کننده ها متمایز می کند.

خفگی های حلقه ای نسبت به سایر خفگی ها در مدارهای الکترونیکی مزایای مختلفی دارند:

1استقراء بالا: در مقایسه با سایر چوپها ، چوپهای حلقه ای از استقراء بالایی برخوردار هستند. این امر باعث می شود تا تداخل فرکانس بالا و منبع تغذیه پایدار به طور مؤثر سرکوب شود.

2از دست دادن کمتر: به دلیل هسته حلقه بسته ، خفه حلقه نشت شار مغناطیسی کمتری دارد ، بنابراین تلفات کمتری نسبت به سیم پیچ هوا یا خفه هسته فریت دارد. این منجر به راندمان بالاتر و تولید گرمای کمتری می شود.

3تداخل الکترومغناطیسی پایین (EMI): به لطف طراحی آن ، خفه حلقه سرکوب EMI بهتری را فراهم می کند. آنها می توانند تداخل با فرکانس بالا را به طور مؤثر فیلتر کنند و از این طریق کیفیت سیگنال را بهبود بخشند.

4طراحی جمع و جور: خفه کننده های حلقه ای معمولاً دارای طراحی جمع و جور هستند و همین امر باعث می شود آنها برای مدارهای الکترونیکی با فضای محدود مناسب باشند.

5اتصال مغناطیسی پایین: در مقایسه با سایر خفه ها ، اتصال مغناطیسی بین سیم پیچ های خفه حلقوی پایین تر است. این خطر تداخل و اتصال متقابل بین سیم پیچ ها را کاهش می دهد.

6ظرفیت بار زیاد: چوک های حلقوی به دلیل طراحی و مواد آنها معمولاً بسیار الاستیک هستند. آنها می توانند جریان و ولتاژ بالا را بدون تأثیرگذاری بر عملکرد کنترل کنند.

این مزایا باعث می شود که خفه شدن حلقه برای برنامه هایی که نیاز به فیلتر موثر تداخل ، راندمان بالا و طراحی جمع و جور دارند ، انتخاب مناسبی باشد.

اندازه و انتخاب مواد هسته حلقه به طور مستقیم بر عملکرد خفه حلقه تأثیر می گذارد.

اندازه هسته حلقه:
هرچه هسته توروئیدی بزرگتر باشد ، سیم پیچ های بیشتری نیز می توانند در آن قرار بگیرند ، که منجر به القاء بیشتر می شود. استقراء بالاتر می تواند تداخل فرکانس بالا را بهتر سرکوب کرده و قله های فعلی را به طور مؤثر کاهش دهد.
هسته حلقه بزرگتر همچنین سطح تبادل گرما بزرگتری را فراهم می کند ، که باعث خنک شدن بهتر دریچه گاز می شود.

انتخاب مواد هسته حلقه:
انتخاب مواد بر خواص مغناطیسی هسته حلقه تأثیر می گذارد. موادی مانند پودر آهن یا فریت از نفوذپذیری مغناطیسی بالایی برخوردار هستند که منجر به القای بیشتر می شود. این امر سرکوب بهتر سیگنال های تداخل و فیلتر کارآمدتر را امکان پذیر می کند.
انتخاب مواد همچنین بر اشباع مغناطیسی هسته حلقه تأثیر می گذارد. اگر سیم پیچ توروئیدی اشباع شود ، دیگر نمی تواند القاء مورد نیاز را حفظ کند و عملکرد خفه کننده به خطر می افتد.
بعضی از مواد همچنین از هدایت حرارتی بهتری نسبت به بقیه برخوردار هستند که می تواند منجر به خنک کننده کارآمدتر شود.

به طور خلاصه ، حلقه های بزرگتر با مواد نفوذپذیری بالا و هدایت حرارتی خوب می توانند با فراهم آوردن القایی بالاتر و خنک کننده بهتر ، عملکرد خفه کننده حلقه را بهبود بخشند.

خفه کننده های حلقه ای در برنامه ها و صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند ، به خصوص در مواردی که به انرژی کارآمد یا انتقال سیگنال تمیز نیاز دارند. در اینجا چند مثال آورده شده است:

1فن آوری منبع تغذیه: خفگی حلقه اغلب برای تعویض منبع تغذیه برای سرکوب سیگنال های تداخل با فرکانس بالا و تأمین ولتاژ DC تمیز استفاده می شود. آنها به کاهش تداخل الکترومغناطیسی غیر ضروری (EMI) و افزایش راندمان منبع تغذیه کمک می کنند.

2الکترونیک: خفه کننده های حلقه ای در دستگاه های مختلف الکترونیکی مانند رایانه ها ، تلویزیون ها ، تقویت کننده های صوتی و دستگاه های صفحه اصلی برای فیلتر کردن سیگنال های نویز و ارائه عملکرد بهتر استفاده می شوند. آنها همچنین به کاهش نوسانات نویز و ولتاژ کمک می کنند.

3ارتباطات از راه دور: خفه کننده حلقه در سیستم های ارتباطی برای فیلتر کردن سیگنال های تداخل و اطمینان از انتقال سیگنال روشن استفاده می شود. به عنوان مثال ، آنها در مدارهای مودم های DSL ، روترها ، سیستم های تلفنی و سیستم های ارتباطی ماهواره ای استفاده می شوند.

4صنعت خودرو: در وسایل نقلیه مدرن از خفه کننده های حلقه ای در سیستم های مختلف برای کاهش تداخل الکتریکی و اطمینان از عملکرد قابل اعتماد استفاده می شود. آنها در کنترل موتور ، سیستم های روشنایی ، سیستم های سرگرمی و سایر قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند.

5اتوماسیون صنعتی: در سیستم های اتوماسیون صنعتی ، خفه کننده های حلقه معمولاً بخشی از اینورترها ، کنترل کننده های موتور و سایر مدارهای الکترونیکی هستند. آنها به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی و اطمینان از عملکرد مطمئن سیستم کمک می کنند.

6 انرژی تجدید پذیر: خفه کننده های حلقه ای نیز در نیروگاه های خورشیدی ، توربین های بادی و سایر سیستم های انرژی تجدید پذیر استفاده می شوند. آنها به تثبیت منبع تغذیه ، کاهش تداخل و بهبود بهره وری انرژی کمک می کنند.

به طور کلی ، برنامه ها و صنایعی که نیاز به منبع تغذیه تمیز ، انتقال سیگنال قابل اعتماد و کاهش تداخل الکترومغناطیسی دارند ، بیشترین بهره را از استفاده از خفه کننده های حلقه ای می برند.

فرمول L = AL × N² برای محاسبه چوک‌های تورییدی به کار می‌رود، که در آن L القاپذیری به واحد میکروهنری (µH)، AL ضریب القاپذیری هسته (nH/N²) و N تعداد دورها است. مقدار AL به هسته بستگی دارد و توسط سازنده مستندسازی می‌شود.

برای طراحی عملی، ابتدا مقدار القا مورد نیاز را تعیین کنید، یک هستهٔ توریodal مناسب انتخاب کرده و تعداد دورهای لازم را محاسبه کنید: N = √(L/AL). ظرفیت جریان‌بری و تراکم شار اشباع مادهٔ هسته را در نظر بگیرید.

اصل کارکرد خفه کن جریانی-جبران‌شده بر مبنای حذف اجزای جریان مغناطیسی در سیم‌پیچ‌ها با جریان‌های مخالف روی هسته مشترک است. در حالی که جریان تفاضی عملیاتی (سیگنال مفید) میدان‌های مغناطیسی خنثی‌کننده ایجاد می‌کند و تقریباً بدون مانع از خفه کن عبور می‌کند، تداخل حالت مشترک در جهت یکسان عمل می‌کند. این امر منجر به ایجاد القای اضافی بالا می‌شود که عملاً جریان‌های تداخل فرکانس بالا را از طریق امپدانس بالا مسدود می‌کند، بدون اینکه سیگنال مفید را به طور قابل توجهی تضعیف کند.

برای طراحی فنی، مهندسان باید کیفیت کوپلینگ و القای مزاحم مشترک را در نظر بگیرند که آن نیز تأثیر نامطلوبی بر سیگنال تفاضلی دارد. طراحی هسته با کیفیت بالا از مواد نانوکریستالی یا فریت‌ها تضمین می‌کند که حتی در سطوح بالای تداخل نامتقارن، اشباع مغناطیسی جلوگیری شود. با استفاده هدفمند از نفوذپذیری وابسته به فرکانس، توسعه‌دهندگان می‌توانند ویژگی‌های تضعیف را به‌طور دقیق با طیف EMC مورد انتظار مدار تنظیم کنند.

برای محاسبهٔ القاپذیری یک خفهٔ جریان‌جبران‌شده، مقدار مورد نیاز را بر اساس امپدانس لازم در فرکانس تداخل بحرانی تعیین کنید. هدف دستیابی به بالاترین امپدانس ممکن برای جریان‌های حالت مشترک است تا افت درجه‌ای لازم مطابق استاندارد EMC تضمین شود.

هنگام تعیین ابعاد، همواره القای stray (حدود ۱-۲٪ از القای اسمی) را در نظر بگیرید، زیرا این مقدار تداخل‌های متقارن را تضعیف می‌کند. انتخاب هسته، مانند نانوکریستالی یا فریت، باید به‌طور مطمئن اثرات اشباع ناشی از عدم تقارن در جریان بار را حذف کند.

فاصله هوایی در خفه‌کننده ذخیره‌ای با هستهٔ توریodal ضریب نفوذ مؤثر را کاهش می‌دهد و از اشباع مغناطیسی در جریان‌های مستقیم بالا جلوگیری می‌کند. بدون فاصله هوایی، مادهٔ هسته به اشباع می‌رسد و القا به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد.

فاصله‌ی هوایی تعریف‌شده ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی را خطی می‌کند و رفتار دمایی را تثبیت می‌نماید. عرض این فاصله به‌طور مستقیم کاهش مقدار AL را تعیین می‌کند و امکان طراحی دقیق برایمبدل‌های DC/DC و منابع تغذیه سوئیچینگ را فراهم می‌آورد.

فرکانس گوشه‌ای فیلتر LC تعیین می‌کند که چگونه چوک سرکوب تداخل محاسبه شود: fc = 1 / (2π × √(L × C)). برای سرکوب مؤثر تداخل، فرکانس قطع باید حداقل یک دهه پایین‌تر از پایین‌ترین فرکانس تداخلی باشد که باید تضعیف شود.

علاوه بر این، جریان اشباع حداکثر القا را محدود می‌کند - مقادیر بالای القا نیازمند هسته‌هایی با شکاف هوایی یا هسته‌های پودری هستند. مقاومت DC نباید از افت ولتاژ در عملکرد اسمی بیشتر باشد. معمولاً، چوک‌های مود مشترک و مود تفاضلی ترکیب می‌شوند: چوک‌های مود مشترک با نفوذپذیری بالا برای تداخل فرکانس پایین، و چوک‌های مود تفاضلی برای مودهای تفاضلی.

تفاوت بین خفه‌کننده‌های سیم‌پیچی و خفه‌کننده‌های توریodal در عملکرد و طراحی آنها نهفته است: سیم‌پیچ‌ها به طور کلی به اجزای القایی اشاره دارند، خفه‌کننده‌ها سیم‌پیچ‌هایی هستند که به طور ویژه برای محدود کردن جریان و فیلتر کردن طراحی شده‌اند، در حالی که خفه‌کننده‌های توریodal به هندسه هسته به شکل دونات اشاره دارند.

خفه‌کننده‌های تورییدی به لطف مدار مغناطیسی بسته‌شان، کمترین میدان‌های مزاحم و حداکثر کارایی را بدون تابش خارجی ارائه می‌دهند. خفه‌کننده‌های هسته EI یا سیم‌پیچ‌های هوایی میدان‌های مزاحم بیشتری دارند، اما از نظر مکانیکی می‌توانند مستحکم‌تر نصب شوند. اصطلاحات هم‌پوشانی دارند: یک چوک توریodal از نظر عملکردی یک چوک و از نظر ساختاری یک سیم‌پیچ است - انتخاب نامگذاری به موضوع مورد توجه بستگی دارد.

عملکرد چوک جبران‌شده جریان بر مبنای جبران مغناطیسی است: سیگنال‌های مفید از هر دو سیم‌پیچ در فازهای مخالف عبور می‌کنند و در هسته میدان‌های مغناطیسی خنثی‌کننده ایجاد می‌کنند. هسته اشباع نمی‌شود و چوک عملاً هیچ تأثیری بر سیگنال‌های پوش-پول ندارد و امپدانس آن بسیار کم است.

از سوی دیگر،تداخل حالت مشترک به صورت هم‌فاز از هر دو سیم‌پیچ عبور می‌کند، میدان‌های مغناطیسی آن‌ها را جمع کرده و امپدانس بالایی ایجاد می‌کند - معمولاً ۱ تا ۱۰۰ میلی‌هانری در فرکانس‌های تداخل بالاتر از ۱۵۰ کیلوهرتز. این اثر نامتقارن، خفه کننده‌های جبران جریان را در فیلترهای EMC ضروری می‌سازد: سیگنال‌های مفید بدون اتلاف عبور می‌کنند، در حالی که تداخل فرکانس بالا بین هادی و زمین به طور مؤثر تضعیف می‌شود. کاربرد در فیلترهای تغذیه، کنترل موتور و منابع تغذیه سوئیچینگ.

هسته های تورییدی کاشکه شامل چوک‌های تورییدی جبران‌شده جریان مطابق با EN 138100 برای سرکوب تداخل حالت مشترک، چوک‌های اصلاح ضریب توان ( PFC ) مطابق با EN 61000-3-2 برای اصلاح ضریب توان، و چوک‌های KLL برای جریان‌های نوسان بالا در مدارهای PFC با حداقل تلفات توان هستند.

مواد مغناطیسی نرم (فریت‌ها، آلیاژهای نانوکریستالی) بازدهی بالا را در طراحی فشرده تضمین می‌کنند. شرکت کاشکه کامپوننتس (Kaschke Components) از سال ۱۹۵۵ این هسته‌های توریodal را برای کاربردهایی از سمعک گرفته تا سیستم‌های فتوولتائیک تولید می‌کند. شرکت روتیما (ROTIMA) به عنوان شریک توزیع رسمی، هسته‌های توریodal کاشکه را به همراه مشاوره فنی برای منابع تغذیه سوئیچینگ، فیلترهای EMC و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی - با زمان تحویل کوتاه از موجودی در آلمان و سوئیس - تأمین می‌کند.