Basics in EMC and Power ภาค 2

  

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)