บทบาทของตัวเก็บประจุแบบ Y ในการกรองสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

1. บทนำสินค้า

ตัวเก็บประจุประเภท Y เป็นชิ้นส่วนที่ได้รับการรับรองมาตรฐานความปลอดภัย ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อกดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) แบบ common-mode โดยจะถูกต่อระหว่างสายไฟ AC (L/N) กับพื้นดิน (FG) เนื่องจากตัวเก็บประจุชนิดนี้เชื่อมต่อกับพื้นดินโดยตรง ดังนั้นหากมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นกับตัวเก็บประจุ Y อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อความปลอดภัย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยสากลที่เข้มงวด เช่น UL, VDE และ CQC

ตัวเก็บประจุ Y แบ่งออกเป็นประเภทต่าง ๆ ได้ดังนี้:

ชนิด Y1: ออกแบบมาสำหรับงานที่ต้องการฉนวนสูง (AC 250V, ≥ 4000V) โดยทั่วไปใช้ในระบบอุตสาหกรรมหรือระบบฉนวนแบบเสริม;

ชนิด Y2: ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคทั่วไป (AC 250V, ≥ 2500V)

ต่างจากตัวเก็บประจุแบบ X ซึ่งใช้กรองสัญญาณรบกวนแบบ differential-mode แล้ว ตัวเก็บประจุแบบ Y ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในการลดสัญญาณรบกวนแบบ common-mode โดยเฉพาะในช่วงความถี่ของสัญญาณ conducted noise ที่ 150kHz–30MHz

2. สัญญาณรบกวนแบบ EMI ในแหล่งจ่ายไฟแบบ SMPS และหน้าที่ของตัวเก็บประจุแบบ Y

ในแหล่งจ่ายไฟแบบ switching mode (SMPS) องค์ประกอบที่ทำงานสวิตช์ด้วยความเร็วสูง เช่น MOSFET จะสร้างสัญญาณรบกวนแบบ EMI ขึ้น สัญญาณรบกวนนี้อาจเดินทางผ่านสายไฟหรือแผ่ออกไปยังภายนอก กระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์รอบข้าง และอาจทำให้ระบบไม่ผ่านการทดสอบ EMC

สัญญาณรบกวนแบบ common-mode เกิดจากความต่างศักย์ไฟฟ้าความถี่สูงระหว่างพื้นดินและโหนดภายในอุปกรณ์ หากไม่มีการควบคุมที่เหมาะสม อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการสื่อสาร เซ็นเซอร์ทำงานผิดปกติ หรือระบบรีเซ็ตเอง

ตัวเก็บประจุแบบ Y:

ทำงานร่วมกับหม้อปฏิกรณ์แบบ common-mode choke เพื่อสร้างตัวกรอง EMI ที่มีประสิทธิภาพ;

ให้เส้นทางนำสัญญาณรบกวนความถี่สูงลงกราวด์ด้วยอิมพีแดนซ์ต่ำ;

ลดทอนแอมพลิจูดของสัญญาณรบกวนแบบ common-mode ได้อย่างมีนัยสำคัญ ช่วยให้เป็นไปตามมาตรฐาน EMI เช่น EN 55032 หรือ CISPR 32

ในโมดูลแหล่งจ่ายไฟ AC-DC การเลือกและการวางค่า Y Capacitors ที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผ่านการทดสอบการนำสัญญาณรบกวนและการรับประกันความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์

3. แนวทางในการเลือก Y Capacitors

การจัดหมวดหมู่ความปลอดภัย

ใช้ Y1 Capacitors ในระบบอุตสาหกรรมหรือระบบฉนวนที่เสริมความแข็งแรง;

ใช้ Y2 Capacitors ในแอปพลิเคชันสำหรับผู้บริโภคหรืออุปกรณ์แบบพกพา เพื่อสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ;

ช่วงความจุ

โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 470pF ถึง 4700pF;

ความจุรวมของตัวเก็บประจุจะต้องควบคุมกระแสไฟรั่วให้อยู่ต่ำกว่าขีดจำกัดความปลอดภัย (เช่น <0.75mA) เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายจากไฟฟ้าช็อตหรือการทำงานของ GFCI เกิน;

วัสดุฉนวนและความน่าเชื่อถือ

ตัวเก็บประจุเซรามิกถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีสมรรถนะและความเสถียรที่ความถี่สูง;

ตัวเก็บประจุฟิล์มอาจเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงหรืออุณหภูมิสูง;

ข้อพิจารณาในการวางวงจร

วางตัวเก็บประจุแบบ Y ให้ใกล้กับอินพุตของตัวกรอง EMI

ใช้เส้นทาง PCB ที่สั้นและกว้างเพื่อลดการเหนี่ยวนำแบบไม่ต้องการและเพิ่มประสิทธิภาพในการกรองสัญญาณรบกวน

4. กรณีศึกษา: การออกแบบตัวเก็บประจุแบบ Y ในไดรเวอร์ LED

ในไดรเวอร์ LED ตัวเก็บประจุแบบ Y มีบทบาทสำคัญในการทำให้เป็นไปตามมาตรฐาน EMI ระบบที่ไวต่อสัญญาณรบกวนอาจทำงานกะพริบหรือผิดปกติ หากปราบสัญญาณรบกวนไม่เพียงพอ

ในการออกแบบระบบแสงสว่าง LED หนึ่งแบบ ได้เพิ่มตัวเก็บประจุ Y2 สองตัวขนาด 2200pF เข้าไปในตัวกรองอินพุต ส่งผลให้ลดสัญญาณรบกวนแบบ common-mode ลงมากกว่า 15dB และทำให้ผลิตภัณฑ์เป็นไปตามมาตรฐาน EN55015 Class B พร้อมระยะปลอดภัย

5. สรุป

ตัวเก็บประจุแบบ Y เป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในวงจรป้องกัน EMI สมัยใหม่ การใช้งานอย่างเหมาะสมช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และการทำให้เป็นไปตามมาตรฐานตลาด จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงระบบพลังงานในอุตสาหกรรม การเลือกตัวเก็บประจุแบบ Y ที่เหมาะสมจะช่วยให้ระบบมีเสถียรภาพในระยะยาวและประสิทธิภาพ EMI ที่เหมาะสม

ตัวเก็บประจุแบบ Y | การปราบสัญญาณรบกวนแบบ EMI | ตัวเก็บประจุแบบ Y1/Y2 | การออกแบบตัวกรอง EMC | การป้องกันสัญญาณรบกวนในแหล่งจ่ายไฟ