การจัดวางกราวด์ (Grounding)
การเชื่อมต่อกราวด์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับแนวคิด EMC ในทุกๆ ด้านชนิดของการเชื่อมต่อ
และหลายๆ แนวคิดมีอิทธิพลต่อฟังก์ชันและประสิทธิภาพของระบบกราวด์ โดยพื้นฐานการเชื่อมต่อกราวด์ควรจะบรรลุผลตามข้อกำหนด ดังต่อไปนี้
- การส่งผ่านสัญญาณระหว่างส่วนที่อ่อนไหว และส่วนที่มีการแพร่กระจายสัญญาณรบกวนสูงควรจะลดลง
- การส่งผ่านสัญญาณจากสนามที่แพร่กระจายสู่ภายนอกควรจะลดลงตามการแพร่กระจายสัญญาณรบกวนจากตัวเครื่องมือเอง
- ต้องหลีกเลี่ยงการทำให้เกิดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างหลายๆ หน่วย
แนวคิดการจัดวางกราวด์ (Grounding)
ดัง
ที่ได้กล่าวไว้แล้วก่อนหน้านี้
การเชื่อมต่อกับกราวด์ไม่ได้เป็นเฉพาะมาตรการที่เป็นผลเท่านั้น
ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดก็สามารถที่บรรลุผลตามมาด้วยกับเครื่องมือออกแบบอื่นๆ
ตัวอย่างเช่น การชีลด์ และการกรองสัญญาณสำหรับทุกๆ มาตรการแก้ไข EMC
เครื่องมือทุกชุดควรจะถูกใช้
และควรเลือกแนวทางการแก้ไขที่ประหยัดค่าใช้จ่ายทั้งหมด
โดยจำนวนของกฎสำหรับการจัดวางกราวด์ทั่วไปที่ได้นำไปใช้มี ดังนี้
- แต่ละวงจรไฟฟ้าควรจะมีการเชื่อมต่อกราวด์ที่เป็นอิสระ เพื่อที่จะหลีกเลี่ยงความต่างศักย์ไฟฟ้า
- วิธีของการจัดวางกราวด์ ขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณ
สำหรับความถี่ต่ำขนาดของวงจรจะมีขนาดเล็ก
เมื่อทำการเปรียบเทียบกับความยาวคลื่นและการเรโซแนนซ์จะไม่เกิดขึ้น
การจัดวางกราวด์บนด้านเดียวก็พอเพียง
และควรจะเป็นด้านที่เป็นตัวส่งสัญญาณด้านที่เป็นตัวรับสัญญาณ
ก็ควรจะปล่อยลอยไว้ โดยวิธีนี้จะเรียกว่า
"การจัดกราวด์จุดเดียว" (Single-point grounding)
ความสูง ความยาว
คลื่นจะเล็กเทียบเคียงกับขนาดของวงจรและการเกิดเรโซแนนซ์จะหลีกเลี่ยงได้
อยากมาก ในเงื่อนไขที่ได้มีการกำหนดเงื่อนไขไว้
ต้องทราบคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ของสายเคเบิลเป็นอย่างดี
และต้องต่อกราวด์ที่ปลายทั้งสองด้าน
ในบางกรณีมีการเพิ่มการต่อกราวด์ที่หลายๆ จุดในเคเบิล
ตามเส้นทางเดินของสัญญาณ
- สำหรับวงจรที่มีทั้งสัญญาณความต่ำและความถี่สูง
สายเคเบิลสามแกนควรจะเป็นแนวทางแก้ไขที่ดีที่สุด
อย่างไรก็ตามมันจะมีราคาสูงและน้ำหนักมาก จึงไม่ได้นำมาใช้ในหลายๆ
กรณีการวางแนวคิดได้ถูกนำมาใช้ การจัดวางกราวด์ร่วมกัน
โดยการตีเกลียวสายและวิธีอื่น
- การจัดวางกราวด์ไม่จำเป็นเฉพาะสำหรับเครื่องมือหนึ่งชิ้นเท่านั้น
แต่ต้องทำกับทุกๆ ระบบ
อุปกรณ์เดี่ยวทั้งหมดควรจะเชื่อมต่อกราวด์ที่จุดเดียวกัน
เพื่อหลีกเลี่ยงศักย์ไฟฟ้าที่ต่างกัน
ถ้ามีการใช้ระบบกราวด์มากกว่าหนึ่งจุด
ก็หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะมีความต้านทานค่าต่ำๆ ระหว่างจุดกราวด์
การจัดวางสายดิน
การจัดวางกราวด์และการต่อลงดินจะมีฟังก์ชันการทำงานในเครื่องมือที่แยก
จากกันและมีกฎที่ใช้ต่างกัน
การต่อลงดินก็เพื่อแก้ปัญหาสำหรับเหตุผลทางด้านความปลอดภัย
ดังนั้นค่าความต้านทานของดินที่ต่ออยู่จึงเป็นสิ่งสำคัญ
มาตรฐานทางด้านความปลอดภัยส่วนใหญ่ได้กำหนดให้การต่อลงดินต้องมีการทดสอบ
เหตุผลส่วนใหญ่ของการจัดวางกราวด์ถูกใช้เพื่อเหตุผลทางด้าน EMC
โดยความต้านทานเป็นอิมพีแดนซ์ของการเชื่อมต่อกราวด์ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่าง
ยิ่งที่ต้องพิจารณาเป็นพิเศษที่ความถี่สูง
การเชื่อมต่อแบบกระจายจะเป็นการต่อที่ให้ผลที่ดีกว่าการต่อแบบจุดเดียว
สายเคเบิลแบบแบน แบบสายถักควรจะจัดวางให้อยู่รอบๆ เหนือลวดตัวนำ
และควรจะไม่สับสนระหว่างการจัดวางกราวด์และการต่อลงดินโดยการต่อลงดินเป็น
การเชื่อมต่อของทุกๆ ระบบไปที่กราวด์ร่วมเพื่อเหตุผลทางด้านความปลอดภัย
การจัดวางกราวด์สามารถที่จะนำมาใช้สำหรับฟังก์ชันที่มีเหตุผลในการยืนยัน
คุณลักษณะของ EMC
องค์ประกอบในการกำจัดสัญญาณ (Suppression components)
การ
เกิดการรบกวนสามารถที่จะเกิดการสะท้อนกลับผ่านไปยังแหล่งจ่ายไฟฟ้า
โดยการทำงานร่วมกันของโครงข่าย LC ในเส้นทางของสัญญาณรบกวน
การป้องกันการรบกวนนี้สามารถทำได้โดยการใช้อุปกรณ์กำจัดสัญญาณใส่ไปในสาย
แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า ความสามารถของการนำมาใช้ร่วมกันของ
ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้ากับตัวเก็บประจุไฟฟ้าในการป้องกันสายตัวนำที่เกิดการรบกวน
ประกอบไปด้วย ดังต่อไปนี้
- ค่าความเหนี่ยวนำอุนกรมกับเส้นทางของการเกิดการรบกวน
- ตัวเก็บประจุไฟฟ้า Cx ระหว่างเฟสกับนิวทรอล หรือระหว่างเฟสกับเฟส
- ตัวเก็บประจุไฟฟ้า Cy ระหว่างเฟสกับดิน และระหว่างนิวทรอลกับสายดิน
โช้ค (Chokes)
โช้ค
ประกอบไปด้วยตัวนำไฟฟ้าพันรอบแกนวัสดุที่มีคุณลักษณะทางด้านแม่เหล็ก
รูปแบบต่างๆ ที่มีอยู่สำหรับวัสดุแกนมีดังนี้ แกนวงแหวนแกน-D แกน-E แกน-I
และอื่น โช้คทำขึ้น เพื่อใช้คุณลักษณะทางแม่เหล็กไปกำจัดสัญญาณรบกวน RF
เสมอโดยไม่สนใจรูปแบบของแกน
วัสดุแกนจะส่งเสริมสมรถนะของโช้คให้ขึ้นไปสูงสุด
โดยมันจะเพิ่มผลของแม่เหล็กในโช้ค
เพื่อเป็นการยืนยันคุณสมบัติในการกำจัดสัญญาณและทำให้อุปกรณ์มีขนาดกะทัดรัด
วัสดุแกนก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยภายนอกเช่นกัน เช่น อุณหภูมิ หรือกระแสไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม
เมื่อใช้โช้คนอกขอบข่ายความสามารถของมันแล้วที่ได้ระบุเอาไว้แล้ว
โช้คจะเกิดการอิ่มตัว ทำให้ไม่สามารถรักษาอิมพีแดนซ์เอาไว้ได้
ขณะที่พิกัดกระแสก็เป็นปัจจัยหลักอย่างหนึ่งของการอิ่มตัว
สัญญาณรบกวนแบบไม่สมมาตรที่มีกระแสสูงก็สามารถเป็นเหตุผลของการอิ่มตัวได้
การอิ่มตัวสามารถที่จะหลีกเลี่ยงได้โดยใช้งานตามสเปคที่ได้ระบุเอาไว้
หรือใช้เทคนิคการพันแบบพิเศษ ซึ่งเรียกว่าการชดเชยกระแส
ซึ่งจะอภิบายในภายหลัง
คุณลักษณะอิมพี่แดนซ์ของโช้คจะสัมพันธ์กับ
ความถี่ที่สร้างขึ้น ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่น่าสนใจสำหรับการกำจัดสัญญาณ
โดยอิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้นที่ความถี่สูงขึ้น
ในทางทฤษฎีอิมพีแดนซ์ควรจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น
แต่ในโช้คจริงๆ จะรวมค่าความจุไฟฟ้าระหว่างขดลวดที่ได้ทำการพันขึ้นด้วย
เมื่อเพิ่มความถี่ขึ้นไปจนถึงจุดเรโซแนนซ์
อิมพีแดนซ์ของโช้คจะย้อนกลับตกลงมา ซึ่งสามารถเขียนได้ ดังรูปต่อไปนี้
โช้คสามชนิดหลักอาจจะถูกใช้สำหรับเป้าหมายของการกำจัด
สัญญาณรบกวนมีดังนี้
- CM โช้คเป็นการพันขดลวดเพื่อหลีกเลี่ยงการอิ่มตัว (สูญเสียสภาพการเหนี่ยวนำไฟฟ้า) ของวัสดุแกน
- โช้คที่มีการอิ่มตัว เป็นแนวคิดสำหรับการลดประจุกระแสอย่างรวดเร็ว
- โช้คแกนแบบแท่ง ใช้สำหรับโช้คที่ต้องการค่าความเหนี่ยวนำคงที่ที่กระแสสูงๆ
CM โช้ค (ซีรี่ส์ RN, RD และ EV/EH) ถูกใช้ในการลดทอนสัญญาณ CM
หรือสัญญาณรบกวนแบบไม่สมมาตร (P/N -> E)
โดยต่ออนุกรมสายเฟสและนิวทรอลของสายไฟฟ้า AC ด้านอินพุต
โดยสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นโดยเทคนิคการพันขดลวดที่ทำให้กำจัดสัญญาณอื่นๆ
ออกไปค่าความเหนี่ยวนำไฟฟ้าเต็มพิกัดจะแสดงในกรณีที่มีสัญญาณรบกวนที่ไหลแบบ
ไม่สมมาตรจากเฟส/นิวทรอล ลงไปสู่ดิน
องค์ประกอบที่สมมาตรกันของสัญญาณรบกวนก็
สามารถที่จะถูกลดทอนได้เช่นกันโดยค่าความเหนี่ยวนำรั่วไหล (Leakage
inductance)
ของขดลวดที่ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้ากำาลังจะไม่มีค่าของอิมพีแดนซ์ของโช้ค
เกิดขึ้น ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติ
แรงดันไฟฟ้าตกค่อมที่ช็คจะเป็นศูนย์โดยธรรมดาทั่วไปการใช้งานโช้คจะทำการต่อ
ร่วมกันกับตัวเก็บประจุ
กำจัดสัญญาณรบกวน โดยหน้าที่ของโช้คเป็น ดังต่อไปนี้
- ในวงจรควบคุมมุมเฟส จะไม่สามารถกำจัดสัญญาณรบกวนได้โดยการใช้โช้คแบบอิ่มตัวเพียงอย่างเดียว
- สำหรับทำการกำจัดสัญญาณรบกวนที่มีระดับสูงๆ
จากเครื่องกำเนิดอัลตร้าโซนิคตัวเรียงกระแสความเร็วสูง
การทำงานของอุปกรณ์สวิตซ์ของเครื่องมือหลัก
- สำหรับเครื่องมือที่ไม่มีการต่อลงดิน
- สำหรับอินพุตฟิลเตอร์ ในการป้องกันวงจรดิจิตอลจากสัญญาณรบกวนที่มาจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าหลัก
โช้คชนิดอิ่มตัว (ชนิด RI)
เปลี่ยนอิมพีแดนซ์ที่จังหวะของการสวิตชิ่งและสามารถที่จะใช้ในการลดทอน
สัญญาณรบกวนแบบ RM หรือแบบสมมาตร (P->N)
ซึ่งสร้างโดยอุปกรณ์ควบคุมมุมเฟส ตัวอย่างเช่น ไธริสเตอร์ (thyistor)
และไตรแอค (triac) ระดับของสัญญาณรบกวนที่สามารถจะนำออกมาได้
ต้องอยู่ภายในขีดจำกัดของข้อบังคับของประเทศ และระดับนานาชาติ
โดยการใช้โช้คในการต่อร่วมกันกับตัวเก็บประจุกำจัดสัญญาณที่เหมาะสม
สำาหรับการลดทอนที่เป็นผลดีที่สุด
โช้คต้องต่อให้ใกล้กับอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำาของอุปกรณ์สวิตซ์มากที่สุดเท่า
ที่เป็นไปได้ วงจรกำจัดสัญญาณอย่างง่ายแบบชั้นเดียว ได้แสดงตามรูปข้างล่าง
โดยสามารถที่จะทำเป็นฟิลเตอร์สองชั้นได้โดยตัวโหลดเอง
และโดยการเพิ่มตัวเก็บประจุไปอีกหนึ่งตัว
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาติดต่อ ::
แผนก ED & C : บริษัท เอส.ที.คอนโทรล จำกัด
Tel. (02) 717 3455, 319 1400 (Auto)
Fax : (02) 717 3434
Website :
http://www.stcontrol.com
(บริษัทฯ ขอสงวนสิทธิ์ ห้ามไม่ให้มีการคัดลอกข้อความบางส่วน หรือทั้งหมดไปใช้ในเว็บไซต์อื่น
โดยมิได้รับอนุญาตอย่างเป็นทางการจากบริษัท เอส.ที.คอนโทรล จำกัด)
