Muuntajan vaikutus flyback-hakkurin EMI-ominaisuuksiin

Abstract

Keskeinen komponentti flyback-hakkurissa on muuntaja, jota käytetään verkkoerotukseen ja energian varastoimiseen. Muuntajan rakennetta voidaan hyödyntää myös häiriöiden alentamiseen. Sähkömagneettiseen yhteensopivuuteen (electromagnetic compatibility, EMC) läheisesti liittyvät laitteen itsensä aiheuttamat sähkömagneettiset häiriöt (electromagnetic interference, EMI) tuovat hakkureiden suunnitteluun suuria haasteita. Lainsäädännön mukaan laite ei saa häiritä ympäristöään liikaa, joten EMC-mittauksiin on luotu omat standardinsa. Latauksen ohjaus tapahtuu pulssittamalla virtaa puolijohdekytkintä ohjaamalla. Kytkentätaajuus on tyypillisesti välillä 50-100 kHz. Laitteen pienempi koko vaatii korkeampaa kytkentätaajuutta. Tällöin virran ja jännitteen suuret muutosnopeudet yhdessä laitteen pienen koon kanssa aiheuttavat suuria haasteita EMI:n suhteen. EMI-ongelmista puhuttaessa keskeisiä ovat magneettiset komponentit, joiden hajakapasitanssit maata vasten aiheuttavat yhteismuotoisia häiriöitä. Yhteismuotoisia häiriövirtoja pyritään usein vaimentamaan yhteismuotoisella kuristimella, mutta hyvään lopputulokseen päästään myös kompensoimalla yhteismuotoinen häiriövirta muuntajarakenteen avulla. Menetelmä on kuitenkin erittäin herkkä ja muuntajan rakennetta joudutaan säätämään hyvinkin pitkään, jolloin suunnittelukustannukset nousevat. Tässä työssä on pyritty löytämään stabiilimpi muuntajarakenne tutkimalla muuntajia, joissa ensiön ja toision välisellä foliolla eli staattisella suojalla estetään häiriön kulkeutuminen ensiöstä toisioon. Haluttuja ominaisuuksia ovat hyvät häiriömarginaalit, EMI-ominaisuuksien pieni hajonta, hajasuureiden minimointi ja korkea hyötysuhde. Tässä työssä häiriömittaukset on rajattu käsittelemään ainoastaan johtuvien ja säteilevien häiriöiden mittauksia.