سوئچنگ پاور سپلائی کے EMC ڈیزائن میں مقناطیسی موتیوں کا اطلاق
یہ کاغذ فیرائٹ مالا کی خصوصیات کو متعارف کرایا ہے، اور اس کی خصوصیات کے مطابق، سوئچنگ پاور سپلائی کے EMC ڈیزائن میں اس کی اہم ایپلی کیشن کا تجزیہ اور تعارف پیش کرتا ہے، اور پاور لائن فلٹر میں تجرباتی اور ٹیسٹ کے نتائج دیتا ہے۔
EMC آج کے الیکٹرانک ڈیزائن اور تیاری میں ایک گرم اور مشکل مسئلہ بن گیا ہے۔ عملی اطلاق میں EMC کا مسئلہ بہت پیچیدہ ہے، اور اسے نظریاتی علم پر انحصار کرکے حل نہیں کیا جا سکتا۔ یہ الیکٹرانک انجینئرز کے عملی تجربے پر زیادہ منحصر ہے۔ الیکٹرانک مصنوعات کے EMC کے مسئلے کو بہتر طریقے سے حل کرنے کے لیے، ضروری ہے کہ گراؤنڈنگ، سرکٹ اور PCB بورڈ ڈیزائن، کیبل ڈیزائن، اور شیلڈنگ ڈیزائن جیسے مسائل پر غور کیا جائے۔
یہ مقالہ مقناطیسی موتیوں کے بنیادی اصولوں اور خصوصیات کو متعارف کرایا گیا ہے تاکہ سوئچنگ پاور سپلائی EMC میں اس کی اہمیت کو واضح کیا جا سکے، تاکہ سوئچنگ پاور سپلائی پروڈکٹ ڈیزائنرز کو نئی مصنوعات ڈیزائن کرتے وقت زیادہ سے زیادہ اور بہتر انتخاب فراہم کیے جا سکیں۔
1 فیرائٹ EMI دبانے والے اجزاء
فیرائٹ ایک فیری میگنیٹک مواد ہے جس میں کیوبک جالی ساخت ہے۔ اس کی مینوفیکچرنگ کا عمل اور مکینیکل خواص سیرامکس سے ملتے جلتے ہیں اور اس کا رنگ سرمئی سیاہ ہے۔ EMI فلٹرز میں اکثر استعمال ہونے والے مقناطیسی کور کی ایک قسم فیرائٹ مواد ہے، اور بہت سے مینوفیکچررز فیرائٹ مواد فراہم کرتے ہیں جو خاص طور پر EMI دبانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ مواد بہت بڑے اعلی تعدد نقصانات کی طرف سے خصوصیات ہے. برقی مقناطیسی مداخلت کو دبانے کے لیے استعمال ہونے والے فیرائٹ کے لیے، کارکردگی کے سب سے اہم پیرامیٹرز مقناطیسی پارگمیتا μ اور سنترپتی مقناطیسی بہاؤ کثافت Bs ہیں۔ مقناطیسی پارگمیتا μ کو ایک پیچیدہ نمبر کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے، حقیقی حصہ انڈکٹنس کو تشکیل دیتا ہے، اور خیالی حصہ نقصان کی نمائندگی کرتا ہے، جو تعدد کے اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے۔ لہذا، اس کا مساوی سرکٹ ایک سلسلہ سرکٹ ہے جو ایک انڈکٹر L اور ایک ریزسٹر R پر مشتمل ہے، L اور R دونوں فریکوئنسی کے افعال ہیں۔ جب تار اس فیرائٹ کور سے گزرتا ہے، تو تشکیل شدہ انڈکٹو مائبادی شکل میں بڑھ جاتی ہے کیونکہ فریکوئنسی بڑھ جاتی ہے، لیکن میکانزم مختلف فریکوئنسیوں پر بالکل مختلف ہوتا ہے۔
کم فریکوئنسی بینڈ میں، مائبادا انڈکٹر کے انڈکٹیو ری ایکٹنس پر مشتمل ہوتا ہے۔ کم تعدد پر، R بہت چھوٹا ہوتا ہے، اور مقناطیسی کور کی مقناطیسی پارگمیتا زیادہ ہوتی ہے، اس لیے انڈکٹنس بڑا ہوتا ہے، اور L ایک اہم کردار ادا کرتا ہے، اور برقی مقناطیسی مداخلت منعکس ہوتی ہے اور دبا دی جاتی ہے۔ اور اس وقت، مقناطیسی کور کا نقصان چھوٹا ہے، اور پورا آلہ ایک انڈکٹر ہے جس میں کم نقصان اور اعلی Q خصوصیات ہیں۔
ہائی فریکوئنسی بینڈ میں، مائبادا مزاحمتی اجزاء پر مشتمل ہوتا ہے۔ جیسے جیسے فریکوئنسی بڑھتی ہے، مقناطیسی کور کی مقناطیسی پارگمیتا کم ہوتی جاتی ہے، جس کے نتیجے میں انڈکٹر کی انڈکٹینس میں کمی واقع ہوتی ہے اور انڈکٹیو ری ایکٹنس جزو میں کمی واقع ہوتی ہے۔ تاہم، اس وقت، مقناطیسی کور کا نقصان بڑھ جاتا ہے اور مزاحمتی جز بڑھتا ہے، جس کے نتیجے میں کل رکاوٹ میں اضافہ ہوتا ہے۔ جب ہائی فریکوئنسی سگنل فیرائٹ سے گزرتا ہے، تو برقی مقناطیسی مداخلت گرمی کی توانائی کی شکل میں جذب اور منتشر ہوجاتی ہے۔
فیرائٹ دبانے والے اجزاء بڑے پیمانے پر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز، پاور لائنوں اور ڈیٹا لائنوں پر استعمال ہوتے ہیں۔ اگر پرنٹ شدہ بورڈ کی پاور لائن کے انلیٹ اینڈ میں فیرائٹ دبانے والا عنصر شامل کیا جاتا ہے تو، اعلی تعدد مداخلت کو فلٹر کیا جاسکتا ہے۔ فیرائٹ مقناطیسی حلقے یا مقناطیسی موتیوں کو خاص طور پر سگنل لائنوں اور پاور لائنوں پر اعلی تعدد مداخلت اور سپائیک مداخلت کو دبانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ اس میں الیکٹرو اسٹاٹک ڈسچارج پلس کی مداخلت کو جذب کرنے کی صلاحیت بھی ہے۔
2. مقناطیسی موتیوں کے اصول اور خصوصیات جب اس کے مرکزی سوراخ میں تار کے ذریعے کرنٹ بہتا ہے، تو یہ ایک مقناطیسی ٹریک ہوگا جو مقناطیسی مالا کے اندر گردش کرتا ہے۔ EMI کنٹرول کے لیے فیرائٹس کو اس طرح وضع کیا جانا چاہیے کہ زیادہ تر مقناطیسی بہاؤ مواد میں حرارت کے طور پر منتشر ہو جائے۔ اس رجحان کو انڈکٹر اور ریزسٹر کے سلسلہ وار امتزاج سے ماڈل بنایا جا سکتا ہے۔ جیسا کہ تصویر 2 میں دکھایا گیا ہے۔
دونوں اجزاء کی عددی قدر مقناطیسی مالا کی لمبائی کے متناسب ہے، اور مقناطیسی مالا کی لمبائی دبانے کے اثر پر نمایاں اثر ڈالتی ہے۔ مقناطیسی مالا کی لمبائی جتنی لمبی ہوگی، دبانے کا اثر اتنا ہی بہتر ہوگا۔ چونکہ سگنل کی توانائی مقناطیسی طور پر مقناطیسی مالا کے ساتھ جوڑی جاتی ہے، اس لیے تعدد میں اضافے کے ساتھ انڈکٹر کا رد عمل اور مزاحمت بڑھ جاتی ہے۔ مقناطیسی جوڑے کی کارکردگی کا انحصار ہوا کی نسبت مالا کے مواد کی مقناطیسی پارگمیتا پر ہوتا ہے۔ عام طور پر مالا بنانے والے فیرائٹ مواد کے نقصان کو ہوا کی نسبت اس کی پارگمیتا کے ذریعے ایک پیچیدہ مقدار کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے۔
مقناطیسی مواد اکثر نقصان کے زاویہ کی خصوصیت کے لیے اس تناسب کا استعمال کرتے ہیں۔ EMI دبانے والے اجزاء کے لیے نقصان کا ایک بڑا زاویہ درکار ہے، جس کا مطلب ہے کہ زیادہ تر مداخلت ختم ہو جائے گی اور منعکس نہیں ہوگی۔ آج دستیاب فیرائٹ مواد کی وسیع اقسام ڈیزائنرز کو مختلف ایپلی کیشنز میں فیرائٹ موتیوں کے استعمال کے لیے وسیع اختیارات فراہم کرتی ہیں۔
3 مقناطیسی موتیوں کا اطلاق
3.1 سپائیک دبانے والا
سوئچنگ پاور سپلائی کا سب سے بڑا نقصان یہ ہے کہ شور اور مداخلت پیدا کرنا آسان ہے، جو کہ ایک اہم تکنیکی مسئلہ ہے جس کی وجہ سے سوئچنگ پاور سپلائی طویل عرصے سے متاثر ہے۔ سوئچنگ پاور سپلائی کا شور بنیادی طور پر سوئچنگ پاور ٹیوب کے تیزی سے بدلتے ہوئے ہائی وولٹیج سوئچنگ اور پلس شارٹ سرکٹ کرنٹ اور سوئچنگ ریکٹیفائر ڈائیوڈ کی وجہ سے ہوتا ہے۔ لہذا، مؤثر اجزاء کا استعمال کرتے ہوئے انہیں کم سے کم تک محدود کرنا شور کو دبانے کے اہم طریقوں میں سے ایک ہے۔ غیر لکیری سیچوریٹڈ انڈکٹنس عام طور پر ریورس ریکوری کرنٹ چوٹی کو دبانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اس وقت آئرن کور کی ورکنگ سٹیٹ -Bs سے پلس Bs تک ہے۔ سوئچنگ پاور سپلائی کے فری وہیلنگ ڈائیوڈ پر اعلی مقناطیسی پارگمیتا اور سیر ایبل الٹرا سمال انڈکٹنس عنصر-مقناطیسی موتیوں کی مستقل مزاجی کے مطابق، سوئچنگ پاور سپلائی سوئچ کرنے پر پیدا ہونے والے چوٹی کرنٹ کو دبانے کے لیے استعمال ہونے والا ایک اسپائک دبانے والا تیار کیا جاتا ہے۔
سپائیک دبانے والوں کی کارکردگی کی خصوصیات
(1) ابتدائی اور زیادہ سے زیادہ انڈکٹنس قدریں بہت زیادہ ہیں، اور سنترپتی کے بعد بقایا انڈکٹنس ویلیو کی نان لائنیرٹی انتہائی غیر واضح ہے۔ سرکٹ سے سیریز میں منسلک ہونے کے بعد، کرنٹ بڑھتا ہے اور فوری طور پر ہائی مائبادی دکھاتا ہے، جسے ایک نام نہاد فوری مائبادی عنصر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
(2) یہ سیمی کنڈکٹر سرکٹ میں عارضی موجودہ چوٹی کے سگنل، اثر اتیجیت سرکٹ اور اس کے ساتھ آنے والے شور کو روکنے کے لیے موزوں ہے، اور یہ سیمی کنڈکٹر کو نقصان پہنچنے سے بھی روک سکتا ہے۔
(3) بقایا انڈکٹنس بہت چھوٹا ہے، اور جب سرکٹ مستحکم ہوتا ہے تو نقصان بہت کم ہوتا ہے۔
(4) یہ فیرائٹ مصنوعات کی کارکردگی سے بالکل مختلف ہے۔
(5) جب تک مقناطیسی سنترپتی سے گریز کیا جاتا ہے، اسے انتہائی چھوٹے، ہائی انڈکٹینس انڈکٹنس عنصر کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے۔
(6) اسے کنٹرول کرنے اور پیدا کرنے کے لیے کم نقصان کے ساتھ ایک اعلی کارکردگی والے سیچو ایبل آئرن کور کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
اسپائک کو دبانے والے کو لوہے کے بنیادی مواد کی ضرورت ہوتی ہے کہ وہ زیادہ مقناطیسی پارگمیتا کا حامل ہو جب اعلی مربع تناسب آئرن کور کو سیر کر سکتا ہے، تو انڈکٹنس تیزی سے صفر پر گر جانا چاہیے۔ جبر کی قوت چھوٹی ہے اور اعلی تعدد کا نقصان کم ہے، ورنہ آئرن کور کی گرمی کی کھپت عام طور پر کام نہیں کرے گی۔
سپائیک دبانے والے کا مقصد بنیادی طور پر موجودہ چوٹی کے سگنل کو کم کرنا ہے۔ موجودہ چوٹی سگنل کی وجہ سے شور کو کم کریں؛ سوئچنگ ٹرانجسٹر کے نقصان کو روکنا؛ سوئچنگ ٹرانجسٹر کے سوئچنگ نقصان کو کم کریں؛ ڈایڈڈ کی بحالی کی خصوصیات کی تلافی؛ اعلی تعدد نبض موجودہ جھٹکا اتیجیت کو روکنے کے. الٹرا سمال لائن فلٹر وغیرہ کے طور پر استعمال کریں۔
3.2 فلٹر میں درخواست
عام فلٹرز بغیر کسی نقصان کے رد عمل والے اجزاء پر مشتمل ہوتے ہیں۔ سرکٹ میں اس کا کام سٹاپ بینڈ فریکوئنسی کو سگنل سورس پر واپس منعکس کرنا ہے، اس لیے اس قسم کے فلٹر کو ریفلیکشن فلٹر بھی کہا جاتا ہے۔ جب ریفلیکشن فلٹر سگنل سورس کی رکاوٹ سے مماثل نہیں ہوتا ہے، تو توانائی کا کچھ حصہ سگنل سورس پر واپس جھلکتا ہے، جس کے نتیجے میں مداخلت کی سطح میں اضافہ ہوتا ہے۔ اس نقصان کو حل کرنے کے لیے، فلٹر کی آنے والی لائن پر فیرائٹ میگنیٹک رِنگ یا میگنیٹک بیڈ آستین کا استعمال کیا جا سکتا ہے، اور فیرائٹ رنگ یا میگنیٹک بیڈ کے ذریعے ہائی فریکوئنسی سگنل کے ایڈی کرنٹ کے نقصان کو ہائی کو تبدیل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ - گرمی کے نقصان میں تعدد جزو۔ لہذا، مقناطیسی انگوٹھی اور مقناطیسی موتیوں کی موتیوں کو اصل میں اعلی تعدد اجزاء کو جذب کیا جاتا ہے، لہذا انہیں کبھی کبھی جذب فلٹر کہا جاتا ہے.
مختلف فیرائٹ دبانے والے اجزاء میں مختلف زیادہ سے زیادہ دبانے کی فریکوئنسی کی حدود ہوتی ہیں۔ عام طور پر، پارگمیتا جتنی زیادہ ہوگی، فریکوئنسی اتنی ہی کم ہو جائے گی۔ اس کے علاوہ، فیرائٹ کا حجم جتنا بڑا ہوگا، دبانے کا اثر اتنا ہی بہتر ہوگا۔ جب حجم مستقل ہوتا ہے تو، لمبی اور پتلی شکل میں مختصر اور موٹی شکل سے بہتر دبانے کا اثر ہوتا ہے، اور اندرونی قطر جتنا چھوٹا ہوتا ہے، دبانے کا اثر اتنا ہی بہتر ہوتا ہے۔ تاہم، DC یا AC بائیس کرنٹ کی صورت میں، فیرائٹ سنترپتی کا مسئلہ اب بھی موجود ہے۔ دبانے والے عنصر کا کراس سیکشن جتنا بڑا ہوگا، اس کے سیر ہونے کا امکان اتنا ہی کم ہوگا، اور یہ اتنا ہی زیادہ تعصب کرنٹ برداشت کر سکتا ہے۔
مندرجہ بالا اصولوں اور مقناطیسی موتیوں کی خصوصیات کی بنیاد پر، یہ سوئچنگ پاور سپلائی کے فلٹر پر لاگو ہوتا ہے، اور اثر واضح ہے۔ ٹیسٹ کے نتائج سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ مقناطیسی موتیوں کا اطلاق نمایاں طور پر مختلف ہے۔ تجرباتی نتائج سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سوئچنگ پاور سپلائی سرکٹ، ساختی ترتیب، اور طاقت کے اثر و رسوخ کی وجہ سے، بعض اوقات یہ ڈفرنشل موڈ مداخلت پر اچھا دبانے کا اثر رکھتا ہے، بعض اوقات اس کا عام موڈ مداخلت پر اچھا دبانے والا اثر پڑتا ہے، اور بعض اوقات یہ مداخلت پر دبانے والا اثر نہیں رکھتا لیکن شور کی مداخلت کو بڑھاتا ہے۔
جب EMI جذب کرنے والی مقناطیسی انگوٹھی/مقناطیسی مالا تفریق موڈ کی مداخلت کو دباتا ہے، تو اس سے گزرنے والی موجودہ قدر اس کے حجم کے متناسب ہوتی ہے، اور دونوں کے درمیان عدم توازن سنترپتی کا سبب بنتا ہے، جو جزو کی کارکردگی کو کم کرتا ہے۔ کامن موڈ مداخلت کو دبانے پر، بجلی کی فراہمی کی دو تاریں (مثبت اور منفی) ایک ہی وقت میں مقناطیسی انگوٹھی سے گزرتی ہیں، اور مؤثر سگنل ایک تفریق موڈ سگنل ہوتا ہے۔ مقناطیسی انگوٹھی کے استعمال میں ایک اور بہتر طریقہ یہ ہے کہ مقناطیسی انگوٹھی سے گزرنے والے تار کو کئی بار زخم لگا کر انڈکٹنس کو بڑھایا جائے۔ برقی مقناطیسی مداخلت کے اس کے دبانے کے اصول کے مطابق، اس کے دبانے والے اثر کو معقول طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
فیرائٹ دبانے والے اجزاء کو مداخلت کے ذریعہ کے قریب نصب کیا جانا چاہئے۔ ان پٹ/آؤٹ پٹ سرکٹ کے لیے، یہ شیلڈنگ کیس کے ان لیٹ اور آؤٹ لیٹ کے جتنا ممکن ہو قریب ہونا چاہیے۔ فیرائٹ مقناطیسی رنگ اور مقناطیسی موتیوں پر مشتمل جذب فلٹر کے لیے، اعلی مقناطیسی پارگمیتا کے ساتھ نقصان دہ مواد کو منتخب کرنے کے علاوہ، اس کے اطلاق کے مواقع پر بھی توجہ دی جانی چاہیے۔ لائن میں اعلی تعدد والے اجزاء کے خلاف ان کی مزاحمت تقریباً دس سے سیکڑوں Ω ہے، لہٰذا ہائی امپیڈینس سرکٹس میں اس کا کردار واضح نہیں ہے۔ اس کے برعکس، یہ کم رکاوٹ والے سرکٹس (جیسے بجلی کی تقسیم، بجلی کی فراہمی یا ریڈیو فریکوئنسی سرکٹس) میں بہت موثر ثابت ہوگا۔
