Desatando la furia de la naturaleza: aprovechando el poder de los generadores de sobretensiones y los rayos

I. Estándar para Generador de sobretensiones de dispositivos electrónicos

El estándar nacional para equipos eléctricos. generador de sobretensión es GB/T17626.5 (equivalente al estándar internacional IEC61000-4-5).

II. Los estándares para generadores de sobretensiones simulan principalmente diversas situaciones causadas por rayos indirectos.

(1) Cuando un rayo cae sobre la línea externa, una gran cantidad de corriente fluirá hacia la línea externa o la resistencia a tierra, lo que resultará en tensión de interferencia.
(2) Los rayos indirectos (como los rayos entre nubes o dentro de las nubes) inducen voltaje y corriente en la línea externa.
(3) Cuando la caída de rayos cerca de objetos se crea a su alrededor un fuerte campo electromagnético que induce tensión en la línea externa.
(4) Cuando un rayo cae cerca del suelo, se introduce interferencia cuando la corriente de tierra pasa a través del sistema público de puesta a tierra.

III. Además de simular rayos, el estándar también simula interferencias inducidas por acciones de interruptores en ocasiones como subestaciones, que incluyen:

(1) interferencia de voltaje generada por el interruptor del sistema de suministro de energía principal (como el interruptor de un grupo de capacitores);
(2)voltaje de interferencia causado por el pequeño interruptor que salta cerca del dispositivo;
(3) dispositivos de conmutación con línea resonante acoplada;
(4) varias fallas sistemáticas, como cortocircuitos y arcos;
En la norma se describen dos generadores de formas de onda diferentes: uno es la forma de onda inducida por un rayo en la línea eléctrica y el otro es la forma de onda inducida en la línea de comunicación. Ambas líneas están blindadas, pero la impedancia de las líneas varía: la forma de onda inducida por el rayo en la línea eléctrica es relativamente estrecha (50 uS) y el borde de ataque es más agudo (1.2 uS); mientras que la forma de onda inducida en la línea de comunicación es relativamente amplia, pero el borde de ataque es más suave. En nuestro análisis del circuito, nos centramos principalmente en la forma de onda inducida por un rayo en la línea eléctrica y presentamos brevemente la tecnología de protección contra rayos de la línea de comunicación.

En el diseño de un circuito de supresión de sobretensiones en modo común, se supone que el modo común y el modo diferencial son independientes entre sí. Sin embargo, estas dos partes no son realmente independientes, porque los choques de modo común pueden proporcionar una inductancia de modo diferencial significativa. Esta inductancia de modo diferencial se puede simular mediante inductancias de modo diferencial separadas.

Para utilizar la inductancia del modo diferencial, en el proceso de diseño, el modo común y el modo diferencial no deben diseñarse al mismo tiempo, sino que deben realizarse en un orden determinado. En primer lugar, se debe medir y filtrar el ruido de modo común. Con la red de rechazo de modo diferencial (DMRN), el componente de modo diferencial se puede eliminar, por lo que el ruido de modo común se puede medir directamente. Si el filtro de modo común diseñado es para garantizar que el ruido del modo diferencial no exceda el rango permitido al mismo tiempo, entonces se deben medir tanto el ruido del modo común como el del modo diferencial. Dado que se sabe que el componente de modo común está por debajo del límite de tolerancia al ruido, sólo el componente de modo diferencial excede el límite, que puede atenuarse mediante la inductancia de fuga de modo diferencial del filtro de modo común. Para sistemas de suministro de energía de baja potencia, la inductancia en modo diferencial del estrangulador en modo común es suficiente para resolver el problema de la radiación en modo diferencial, debido a que la impedancia de la fuente de radiación en modo diferencial es pequeña, por lo que solo una cantidad muy pequeña de inductancia es efectiva.

Para sobretensiones inferiores a 4000 Vp, generalmente solo se utiliza el circuito LC para limitar y suavizar el filtrado, y la señal de pulso se reduce en la medida de lo posible a 2-3 veces el nivel promedio de la señal de pulso. Dado que la corriente de alimentación de 50 Hz fluye a través de L1 y L2, la inductancia se satura fácilmente, por lo que generalmente se usa una inductancia de modo común con una gran inductancia de fuga para L1 y L2.

Se utiliza en CA y CC, y a menudo se ve en el filtro EMI de la fuente de alimentación, fuente de alimentación conmutada, pero rara vez en el lado de CC, lo que se puede ver en la electrónica del automóvil. Se agrega inductancia de modo común para eliminar la interferencia de modo común en líneas paralelas (dos líneas o más). Debido al desequilibrio de impedancia en el circuito, la interferencia del modo común finalmente se refleja en el modo diferencial. Es difícil filtrar mediante el método de filtrado de modo diferencial.

IV. ¿Dónde se debe utilizar el inductor de modo común?

Lightning generador de sobretensión La interferencia de modo común suele ser radiación electromagnética, aquí acoplada al espacio, luego, ya sea CA o CC, tiene transmisión de larga distancia, implica filtrado de modo común para agregar inductancia de modo común. Por ejemplo, muchas líneas USB añaden anillos a la línea. La entrada de la fuente de alimentación del interruptor, la alimentación de CA se transmite a largas distancias y es necesario agregarla. Por lo general, los lados de CC no necesitan transmisión de larga distancia y no es necesario agregarlos. Sin interferencia de modo común, agregarla es un desperdicio y no tiene ganancia en el circuito. El diseño del filtro de potencia generalmente se puede ver desde el modo común y el modo diferencial. La parte más importante del filtro de modo común es la bobina de choque de modo común. En comparación con la bobina de choque de modo diferencial, la ventaja significativa de la bobina de choque de modo común es que su valor de inductancia es muy alto y su volumen es pequeño. El problema importante que se debe considerar al diseñar la bobina de choque de modo común es su inductancia de fuga, es decir, inductancia de modo diferencial. Generalmente, la forma de calcular la inductancia de fuga es asumir que es el 1% de la inductancia en modo común. De hecho, la inductancia de fuga está entre el 0.5% y el 4% de la inductancia del modo común. Al diseñar la bobina de estrangulación de rendimiento óptimo, no se puede ignorar la influencia de este error.

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