Pelindung Elektrostatik untuk Mengganti Adaptor Daya

Salah satu spesifikasi yang paling menantang dalam desain adaptor daya switching adalah mengurangi arus RFI (Interferensi Frekuensi Radio) mode umum ke tingkat yang dapat diterima. Kebisingan konduksi ini terutama disebabkan oleh listrik statis parasit dan sambungan elektromagnetik antara komponen sakelar daya dan bidang tanah. Bidang arde dapat terdiri dari sasis, kabinet, atau kabel arde, tergantung pada jenis peralatan elektroniknya.

 

Perancang adaptor daya switching harus meninjau seluruh tata letak secara menyeluruh, mengidentifikasi area yang rentan terhadap masalah tersebut, dan menerapkan tindakan perlindungan yang tepat selama tahap desain. Memperbaiki desain RFI yang tidak tepat pada tahap selanjutnya seringkali sulit.

 

Dalam sebagian besar aplikasi, pelindung elektrostatis diperlukan di mana pun bentuk gelombang switching frekuensi tinggi dan tegangan tinggi dapat digabungkan secara kapasitif dengan bidang tanah atau keluaran sekunder. Hal ini sangat penting jika transistor daya switching dan dioda penyearah dipasang pada unit pendingin yang bersentuhan dengan sasis utama. Selain itu, medan magnet dan kopling kapasitif dapat menimbulkan kebisingan pada komponen atau saluran yang membawa arus pulsa switching yang besar. Area masalah potensial mencakup penyearah keluaran, kapasitor keluaran yang dipasang pada sasis, dan kopling kapasitif antara primer, sekunder, dan inti transformator switching utama, serta transformator penggerak atau kontrol lainnya.

 

Saat komponen dipasang pada unit pendingin yang terhubung secara termal ke sasis, kopling kapasitif yang tidak diinginkan dapat dikurangi dengan menempatkan pelindung elektrostatis antara komponen yang mengganggu dan unit pendingin. Pelindung ini, biasanya terbuat dari tembaga, harus diisolasi dari unit pendingin dan komponennya (misalnya transistor atau dioda). Ini memblokir arus AC yang digabungkan secara kapasitif, yang kemudian diarahkan ke titik referensi yang sesuai di sirkuit input. Untuk komponen primer, titik referensi ini biasanya berupa terminal negatif umum dari saluran catu daya DC, di dekat perangkat switching. Untuk komponen sekunder, titik referensi biasanya adalah terminal umum dimana arus mengalir kembali ke sisi sekunder transformator.

 

Transistor daya switching primer menghasilkan bentuk gelombang pulsa switching tegangan tinggi dan frekuensi tinggi. Tanpa pelindung yang memadai antara casing transistor dan sasis, arus gangguan yang signifikan dapat berpasangan melalui kapasitansi di antara keduanya. Pelindung tembaga yang ditempatkan di sirkuit menyuntikkan arus besar ke unit pendingin melalui kapasitansi. Unit pendingin, pada gilirannya, mempertahankan tegangan AC frekuensi tinggi yang relatif kecil mengenai sasis atau ground plane. Perancang harus mengidentifikasi area masalah serupa dan menerapkan pelindung jika diperlukan.

 

Untuk mencegah arus RF mengalir antara belitan primer dan sekunder atau antara pelindung pengaman primer dan ground, transformator switching utama biasanya menyertakan pelindung RFI elektrostatis setidaknya pada belitan primer. Dalam beberapa kasus, pelindung pengaman tambahan mungkin diperlukan antara belitan primer dan sekunder. Pelindung RFI elektrostatis berbeda dengan pelindung keselamatan dalam konstruksi, lokasi, dan sambungannya. Standar keselamatan mengharuskan pelindung keselamatan terhubung ke ground plane atau sasis, sedangkan pelindung RFI biasanya dihubungkan ke sirkuit input atau output. Pelindung EMI dan blok terminal, terbuat dari lembaran tembaga tipis, hanya membawa arus kecil. Namun, demi alasan keamanan, pelindung pengaman harus tahan setidaknya tiga kali lipat arus pengenal sekering daya.

 

Pada transformator daya switching offline, pelindung RFI ditempatkan dekat dengan belitan primer dan sekunder, sedangkan pelindung pengaman terletak di antara pelindung RFI. Jika tidak diperlukan pelindung RFI sekunder, pelindung pengaman ditempatkan di antara pelindung RFI primer dan gulungan keluaran apa pun. Untuk memastikan isolasi yang tepat, pelindung RFI utama sering kali diisolasi secara DC dari saluran daya input melalui kapasitor seri, biasanya diberi nilai 0,01 μF.

 

Pelindung RFI sekunder hanya digunakan bila diperlukan peredam bising maksimum atau bila tegangan keluaran tinggi. Pelindung ini terhubung ke terminal umum jalur keluaran. Pelindung transformator harus diterapkan dengan hemat, karena akan meningkatkan tinggi komponen dan dimensi belitan, yang menyebabkan induktansi kebocoran lebih tinggi dan penurunan kinerja.

 

 

Arus loop pelindung frekuensi tinggi dapat menjadi signifikan selama peralihan transien. Untuk mencegah penggandengan ke sisi sekunder melalui operasi normal transformator, titik sambungan pelindung harus berada di tengahnya, bukan di tepinya. Pengaturan ini memastikan bahwa arus loop pelindung yang digabungkan secara kapasitif mengalir dalam arah yang berlawanan pada setiap separuh pelindung, menghilangkan efek kopling induktif. Selain itu, ujung pelindung harus diisolasi satu sama lain untuk menghindari pembentukan lingkaran tertutup.

 

Untuk keluaran tegangan tinggi, pelindung RFI dapat dipasang di antara dioda penyearah keluaran dan unit pendinginnya. Untuk tegangan sekunder rendah, seperti 12V atau lebih rendah, pelindung RFI transformator sekunder dan pelindung penyearah umumnya tidak diperlukan. Dalam kasus seperti itu, menempatkan filter keluaran tersedak di sirkuit dapat mengisolasi pendingin dioda dari tegangan RF, sehingga menghilangkan kebutuhan akan pelindung. Jika heat sink dioda dan transistor diisolasi seluruhnya dari sasis (misalnya, bila dipasang pada PCB), pelindung elektrostatis seringkali tidak diperlukan.

 

Transformator flyback ferit dan induktor frekuensi tinggi sering kali memiliki celah udara yang signifikan pada jalur magnet untuk mengontrol induktansi atau mencegah saturasi. Celah udara ini dapat menyimpan energi dalam jumlah besar, memancarkan medan elektromagnetik (EMI) kecuali jika dilindungi secara memadai. Radiasi ini dapat mengganggu adaptor daya switching atau peralatan di sekitarnya dan mungkin melebihi standar radiasi EMI.

 

Radiasi EMI dari celah udara paling besar ketika inti terluar memiliki celah atau ketika celah tersebar merata antar kutub. Memusatkan celah udara di kutub tengah dapat mengurangi radiasi sebesar 6 dB atau lebih. Pengurangan lebih lanjut dimungkinkan dengan inti pot tertutup penuh yang memusatkan celah di kutub tengah, meskipun inti pot jarang digunakan dalam aplikasi offline karena persyaratan jarak rambat pada tegangan lebih tinggi.

 

Untuk inti dengan celah di sekeliling kutub, pelindung tembaga yang mengelilingi transformator dapat melemahkan radiasi secara signifikan. Pelindung ini harus membentuk lingkaran tertutup di sekeliling transformator, berpusat pada celah udara, dan berukuran sekitar 30% dari lebar gulungan kumparan. Untuk memaksimalkan efisiensi, ketebalan tembaga minimal harus 0,01 inci.

 

Meskipun pelindung efektif, hal ini menimbulkan kerugian arus eddy, sehingga mengurangi efisiensi secara keseluruhan. Untuk celah udara periferal, kehilangan pelindung dapat mencapai 1% dari daya keluaran terukur perangkat. Sebaliknya, celah kutub tengah menyebabkan rugi-rugi pelindung yang minimal namun tetap mengurangi efisiensi karena bertambahnya rugi-rugi belitan. Oleh karena itu, pelindung harus digunakan hanya bila diperlukan. Dalam banyak kasus, membungkus catu daya atau perangkat dalam wadah logam sudah cukup untuk memenuhi standar EMI. Namun, pada perangkat terminal tampilan video, pelindung transformator sering kali diperlukan untuk mencegah interferensi elektromagnetik pada berkas elektron CRT.

 

Panas tambahan yang dihasilkan dalam pelindung tembaga dapat dibuang melalui unit pendingin atau dialihkan ke sasis untuk menjaga stabilitas operasional.