ตัวกรอง RFI เป็นส่วนประกอบสำคัญในการแก้ปัญหาสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง (EMI) ซึ่งมีความจำเป็นอย่างยิ่งในอุปกรณ์กำลังสูงและความถี่สูง เช่น เครื่องชาร์จอุตสาหกรรม -

เครื่องชาร์จในอุตสาหกรรมมักต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน: การสลับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งอย่างรวดเร็ว พัลส์กระแสไฟฟ้าสูง และการทำงานขนานของอุปกรณ์หลายเครื่อง ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนความถี่สูง ซึ่งไม่เพียงส่งผลต่อประสิทธิภาพในการชาร์จเท่านั้น แต่ยังสามารถทำลายวงจรที่ละเอียดอ่อนได้อีกด้วย

สถานการณ์การใช้งานของตัวกรอง RFI หลักๆ มีดังนี้:

กำลังไฟเข้า: ระงับสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปและโหมดต่างกันในกริดไฟฟ้าและป้องกันไม่ให้สัญญาณรบกวนจากภายนอกเข้ามายังอุปกรณ์ผ่านทางสายไฟ

พอร์ตส่งสัญญาณ: ปกป้องโมดูลการสื่อสาร (เช่น บัส CAN หรือโมดูล Wi-Fi) จากการรบกวนที่แผ่คลื่นความถี่สูงเพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพในการส่งข้อมูล

บทที่ 2: แหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนความถี่วิทยุ RFI

สาเหตุหลักของสัญญาณรบกวน RF ในเครื่องชาร์จอุตสาหกรรมสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ สร้างขึ้นภายใน และเชื่อมต่อภายนอก:

การสลับความถี่สูงของอุปกรณ์ไฟฟ้า: IGBT, MOSFET และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ในกระบวนการสลับ (ความถี่อาจสูงถึง 100kHz หรือมากกว่า) สร้างขึ้นโดยการกลายพันธุ์ของแรงดันไฟฟ้า/กระแสไฟฟ้าชั่วคราวผ่านการสร้างเหนี่ยวนำปรสิตของฮาร์มอนิกความถี่สูง ตัวอย่างเช่น อัตราการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้า (di/dt) ของ IGBT ของเสาชาร์จเร็วแรงดันสูง 800V เกิน 10A/ns เมื่อปิดเครื่อง ส่งผลให้เกิดสัญญาณรบกวนบรอดแบนด์ในย่านความถี่ 30MHz - 1GHz สัญญาณรบกวนประเภทนี้แพร่กระจายผ่านเส้นทางการนำไฟฟ้า (เช่น สายไฟ) หรือเส้นทางการแผ่รังสี (เช่น การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุปรสิตของสายเคเบิล) และต้องใช้ตัวกรองตัวเก็บประจุแบบเจาะทะลุเพื่อปิดกั้นลูปความถี่สูง

การเชื่อมต่อการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า: สายเคเบิลระยะไกล (>3 เมตร) สร้างเอฟเฟกต์เสาอากาศที่ความถี่สูง รับสัญญาณ RF ภายนอก (เช่น สถานีฐาน 5G อุปกรณ์ Wi-Fi ในแบนด์ 2.4 GHz) หรือแผ่รังสี

เสียงรบกวนภายใน ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม โมดูลการสื่อสารไร้สายของอุปกรณ์ข้างเคียง (เช่น บลูทูธ ZigBee) อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนข้ามกันได้

ข้อบกพร่องของระบบกราวด์: อิมพีแดนซ์กราวด์ที่สูงเกินไป (>0.1Ω) หรือการออกแบบลูปกราวด์ที่ไม่เหมาะสมทำให้สัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปถูกส่งผ่านกราวด์ ตัวอย่างเช่น ตัวกรองที่ไม่ได้ติดตั้งหน้าแปลนด้วยเหล็กอาบสังกะสี ซึ่งการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวสัมผัสจะเพิ่มอิมพีแดนซ์อย่างมาก ทำให้สัญญาณรบกวนความถี่สูงสามารถเล็ดลอดออกไปได้

บทที่ 3: วิธีหลีกเลี่ยงอันตราย การบำรุงรักษา และการตรวจสอบ

I. มาตรการสำคัญในการหลีกเลี่ยงอันตรายจากการรบกวน RF

การระงับแหล่งที่มา

เพิ่มวงจรบัฟเฟอร์ (เช่น เครือข่ายการดูดซับ RC) ให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อลด di/dt และ dv/dt ในกระบวนการสลับ และลดการสร้างฮาร์มอนิกความถี่สูง ใช้สายเคเบิลที่มีฉนวนป้องกัน (การครอบคลุมฉนวนป้องกัน ≥ 85%) และโช้กวงแหวนแม่เหล็กเพื่อปิดกั้นเส้นทางการเชื่อมต่อของสัญญาณรบกวนที่แผ่ออกมา

ประเภทของการเพิ่มประสิทธิภาพระบบกรอง :

การรบกวนที่เกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำกว่า 30MHz: ให้ความสำคัญกับการใช้ตัวกรองชนิด π (การสูญเสียการแทรก ≥40dB)

สัญญาณรบกวนที่แผ่ออกมาเหนือ 1 GHz: ใช้ตัวกรองฟีดทรูแบบโพรงโลหะ (เช่น ซีรีส์ TDK BFC)

ให้มั่นใจว่าตัวกรองมีการจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์ เช่น ตัวกรองชนิด C ที่ตรงกับแหล่งที่มีอิมพีแดนซ์สูง ตัวกรองชนิด L ที่ตรงกับแหล่งที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ

II. จุดบำรุงรักษา

การตรวจสอบสภาพทางกายภาพ: ตรวจสอบค่าอิมพีแดนซ์ของการสัมผัสระหว่างตัวเรือนตัวกรองและแผ่นยึดทุกเดือน (ค่าเป้าหมาย <5mΩ) และใช้แผ่นชิมฟันภายในเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ให้ทำความสะอาดรูระบายความร้อนของตัวกรองเป็นประจำเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมของฝุ่นที่อาจทำให้อุณหภูมิสูงเกินไป (>85℃)

การทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้า: ใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อวัดการสูญเสียการแทรกทุกไตรมาส: ในย่านความถี่ 500MHz - 2GHz ควรเปลี่ยนตัวกรองหากค่าการสูญเสียลดลงมากกว่า 3dB

การตรวจจับกระแสไฟรั่ว: อุปกรณ์ทางการแพทย์ต้องการ <5μA, อุปกรณ์อุตสาหกรรมอนุญาตให้ ≤1mA หากเกินมาตรฐานอาจทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตหรือทำงานผิดพลาดได้

การแก้ไขปัญหาและการซ่อมแซม

ความล้มเหลวทั่วไป

ความอิ่มตัวของแกน: เมื่อกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไม่เพียงพอ (เช่น ตัวกรอง 50A ถูกใช้ในระบบ 80A) ค่าเหนี่ยวนำจะลดลง ส่งผลให้เกิดการรั่วไหลของสัญญาณรบกวนความถี่ต่ำ จำเป็นต้องอัปเกรดความจุพลังงาน (เลือกกระแสพีค 1.5 เท่า)