ელექტრომაგნიტური თავსებადობის ფილტრების მოდელირება და მათი მახასიათებლის გაზომვა

ავტორი: მარიამ ორაგველიძე
საკვანძო სიტყვები: ელექტრომაგნიტური თავსებადობა, მოდელირება, ფილტრის CM და DM მახასიათებელი.
ანოტაცია:

დღევანდელ მსოფლიოში მეტად მოთხოვნადია ისეთი სახის ელექტრონული მოწყობილობების პროექტირება და წარმოება, სადაც გამოყენებულია იმპულსური კვების წყაროები. ამ შემთხვევაში კი ვაწყდებით დიდ წინააღმდეგობას - აღნიშნული მოწყობილობები, თავიანთი მუშაობის თავისებურებიდან გამომდინარე, ქმნის მაღალი დონის ხელშემშლელ ფაქტორებს. ამიტომაც, დღეს, უფრო და უფრო, აქტუალური ხდება ელექტრომაგნიტური თავსებადობის ფილტრების მოდელირება და ოპტიმიზაცია. წარმოდგენილია ფილტრების მოდელირების რამდენიმე მეთოდი, რომელიც შემუშავებულია კომპანია EM Consulting & Software (EMCoS) - ში: მარტივი წრედული მოდელი, ნაბეჭდი მიკროსქემების დაფის (Printed Circuit Board - PCB) PEEC მოდელი ფილტრის კომპონენტების S-პარამეტრებით და სრული სამგანზომილებიანი მოდელი, რომლის გამოსათვლელად გამოიყენება გამომთვლელი პროგრამა დაფუძვნებული მომენტების მეთოდზე (Method of Moments - MoM). მარტივი წრედული მოდელის შექმნა ძალზედ მარტივია, ის წარმოადგენს ფილტრის ფუნქციონალურ სქემას, გამოთვლებისათვის არ საჭიროებს დიდ დროს და მძლავრ კომპიუტერულ რესურსს. თუმცა მისი სიზუსტე მხოლოდ დაბალი სიხშირეების გამოთვლებით შემოიფარგლება. რაც შეეხება მაღალსიხშირულ რეზონანსულ ეფექტებს, მის გამოსათვლელად მოდელი არაეფექტურია, უფრო ზუსტი შედეგების მისაღებად საჭიროა გავითვალიწინოთ PCB-ის პარაზიტული ტევადობები და ინდუქტივობები და კომპონენტებს შორის ელექტრომაგნიტური ველით ურთიერთქმედება, რისთვისაც გამოიყენება ქვემოთაღნიშნული მეთოდები. PEEC მეთოდი ნაბეჭდი მიკროსქემების დაფას ჰყოფს სასრულ ელემენტებად, იგი საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ დაფის თითოეული დაყოფილი ელემენტის ტევადობა და გამტარებლობა, ასევე, მათ შორის არსებული ინდუქტივური კავშირები და წინაღობა, თუმცა, იგი არ ითვალისწინებს ფილტრის კომპონენტთა შორის ველით ურთიერთქმედებას. რაც შეეხება სამგანზომილებიან მოდელს, მასში სრულად არის გათვალისწინეული კომპონენტთაშორისი ფიზიკური ურთიერთკავშირები: ინდუქტივობა, ტევადობა, დენის, მუხტის, ელექტრული და მაგნიტური ველების განაწილება, თუმცა, მისი შექმნა და შემდგომი გამოთვლები დიდ რესურსებსა და დროს საჭიროებს. აღნიშნული მეთოდი ეფექტურია მაღალსიხშირული რეზონანსული ეფექტების აღსაწერად. წარმოდგენილია ორი სხვადასხვა ტოპოლოგიის მქონე PCB (მწარმოებელი Würth Elektronik) , თითოეული მათგანისათვის აწყობილ იქნა ორ-ორი ფილტრი. აწყობილი ფილტრებისათვის ძირითადი განსხვავება გამოიხატება შერჩეული ინდუქტივობის ელემენტებში. ხოლო მათთვის RC ელემენტები არის ერთნაირი. შერჩეული CM ინდუქტივობის კოჭების ნომინალური ინდუქტივობა (10kHz-ზე) ერთნაირია და ტოლია 1mH, თუმცა სიხშირულ დიაპაზონში მათი მახასიათებლები განსხვავდება ერთმანეთისაგან, რადგან მათთვის გამოყენებულია სხვადასხვა ფერომაგნიტური გულარი, ასევე განსხვავდება ხვიების რაოდენობა და მავთულის დიამეტრი. განხილულია ჰორიზონტალური და ვერტიკალური დიზაინის CM ინდუქტივობის კოჭები. ჩატარებული სამუშაობს ძირითადი მიზანია გამოვიკვლიოთ თუ რამდენად იმოქმედებს ინდუქტივობის კოჭის შეცვლა აღნიშნული ფილტრების Common-Mode(CM) და Differential-Mode(DM) ფილტრაციის კოეფიციენტზე სიხშირულ დიაპაზონში 10 kHz – 50MHz. 3D სიმულაციების შედეგად წარმოდგენილია გამოსხივებული ელექტრული და მაგნიტური ველების განაწილება. აღნიშნული ფილტრები აწყობილ იქნა და მათი მახასიათებლები გაიზომა კომპანია EMCoS-ის ლაბორატორიაში ოთხ-პორტიანი ENA Network Analyzer E5080A -ის საშუალებით. სხვადასხვა მოდელირების მეთოდით მიღებული CM და DM ფილტრაციის კოეფიციენტები შედარებულია გაზომვებით მიღებულ მონაცემებთან, რაც სიმულაციების მაღალ სიზუსტესა და ეფექტურობას ადასტურებს.