Необходимость в таких преобразованиях возникает при работе с иностранной научно-технической литературой. В большинстве стран мира (в первую очередь, в Европе), принята международная система единиц — СИ (SI, System International), в которой основными единицами являются метр, килограмм, секунда (МКС). Однако в некоторых странах (в т.ч. в Англии и США), до сих пор пользуется смесь старой системы СГС (сантиметр, грамм, секунда) с использованием таких единиц как дюйм, мил, круговой мил.
Все три системы единиц используются производителями радиоэлектронных и магнитных деталей во всем мире. Разработчик, если он приобретает детали для источника питания в магазине, должен быть очень внимателен при использовании единиц измерения в расчетных формулах (тем более, что часто производители пользуются своими собственными единицами измерений). Ниже представлены соотношения между единицами измерений в каждой из систем для их преобразования.

Если индуктивные элементы должны быть собраны самостоятельно, а не куплены у производителя, то рекомендуем последовать представленным ниже практическим советам.
Дроссели (трансформаторы) фильтра синфазных помех:
• для данного приложения лучше применить кольцевой сердечник, поскольку он дает очень незначительные паразитные магнитные поля;
• используйте ферриты с высокой магнитной проницаемостью, такие как материал W от компании Magnetics, Inc. с проницаемостью 10000;
• если используется.сердечник типа Ш-Ш, в нем не должно быть воздушного зазора, а сопряженные поверхности должны быть отполированы, поскольку любые шероховатости поверхностей снижают проницаемость сердечника;
• катушка сердечника должна быть двухсекционной и не должна полностью заполняться обмотками. Для обеспечения длины пути тока утечки 4 мм, требуемой стандартами VDE, следует оставлять зазор между стенками катушки и обмоткой шириной 2 мм.
Дроссели фильтра помех при дифференциальном включении:
• намотка должна выполнять на раздельные сердечники (без взаимной магнитной связи);
• используйте материал с железным напылением (например, от компании MicroMetals);
• используйте стержневые сердечники, поскольку они дешевле.

Наибольшая емкость конденсатора, доступная при номинальном напряжении 4 кВ, составляет 0,05 мкФ, что составляет 27% от рассчитанного значения. Для того чтобы оставить частоту излома характеристики неизменной, значение индуктивности должно быть увеличено в 3,6 раза, что дает 3,24 мГн. Коэффициент затухания прямо пропорционален значению индуктивности и потому составит 2,545, что для нас вполне приемлемо.
Ближайший по параметрам синфазный индуктор от компании Coilcraft имеет номер Е3493, а его частота авторезонанса составляет 1 МГц. Рассчитанные конденсаторы обычно называются Y-конденсаторами. Они размещаются между каждой фазой и "землей" и должны выдерживать испытание высоким напряжением 2500 VPvMS.
Между линиями электропитания размещаются так называемые Х-конденсато-ры. Они должны выдерживать напряжение 250 VRMS (номинал линии электропитания) и любые предполагаемые всплески. Емкость Х-конденсаторов, в основном, выбирают произвольно и обычно находится в диапазоне 0,001-0,5 мФ.
Вполне обоснованно ожидать, что фильтр будет обеспечивать минимум 60 дБ затухания при частотах в диапазоне от 500 кГц до 10 МГц.
После того как значения для компонентов определены, наиболее важными для обеспечения требуемого КПД каскада фильтра становятся физическая конструкция трансформатора и компоновга печатной платы. Магнитные связи, обусловленные восприятием дорожками и компонентами высокочастотного шума, возникающего из-за паразитной индуктивности, могут сделать фильтр совершенно неэффективным. Кроме того, дроссель фильтра синфазных помех при частотах, превышающих его частоту авто резонанса, становится все более и более емкостным. Поэтому при частотах 20^40 МГц разработчик должен побеспокоиться о высокочастотных характеристиках фильтра.
Важную роль также играет физическая компоновка печатной платы. Фильтр должен располагаться линейным образом, так, чтобы входная часть фильтра физически была отдалена от его выходной части. Кроме того, следует использовать широкие низкоиндуктивные дорожки, не забывая при этом о требованиях спецификаций к длине пути тока утечки.

Существует два типа входных силовых шин. Силовые шины постоянного тока — это однопроводные силовые соединения, наподобие тех, которые встречаются в автомобилях и самолетах. Второе плечо системы питания формирует заземление. Еще одной формой входного соединения являются двух- или трехпроводная системы питания от переменного тока. Проектирование фильтра электромагнитных помех для систем постоянного тока в виде простого LC-фильтра. Все помехи между единственным силовым проводом и замыканием через "землю" являются синфазными. Фильтр постоянного тока значительно более сложен, поскольку учитывает паразитные характеристики компонентов.
При проектировании фильтра для входа импульсного источника питания разработчик сначала должен выяснить, какие спецификации соответствуют его изделию. Эти спецификации определяют пределы кондуктивных и излучаемых электромагнитных и радиопомех, которым должно удовлетворять изделие при его продаже на конкретном рынке. Отдел маркетинга компании должен знать, в каких районах мира будет продаваться проектируемое изделие и, следовательно, проектировщики должны выяснить соответствующие требования к изделию. Для получения хорошего изделия следует с самого начала предъявить к нему более завышенные требования, чем те, которые определены для локального рынка.
Входной фильтр кондуктивных электромагнитных помех предназначен для удержания высокочастотного кондуктивного шума внутри корпуса. Основной источник шума— импульсный источник питания. Фильтрация любых линий входа/выхода также важна для защиты от шума любых внутренних схем, наподобие микропроцессоров.

Корпус изделия должен служить электромагнитным экраном для шума, излучаемого внутренними схемами. В конструкции корпуса следует использовать магнитный материал на металлической основе. Это может быть железо, сталь, никель и т.п. Для пластиковых корпусов имеется ассортимент проводящих красок, которые можно использовать для дополнительного экранирования корпуса от электромагнитных и радиопомех. Кроме того, магнитного экранирования могут потребовать вентиляционные отверстия.
Принцип экранирования от электромагнитных помех заключается в том, чтобы заставить протекать в поверхностях вихревые токи, чтобы рассеивалась энергия шума. Сборочные корпуса должны быть изготовлены так, чтобы в любой их точке наблюдалась хорошая электрическая проводимость. Так, съемные люки и элементы корпуса должны иметь хорошие электрические соединения вдоль их краев. В некоторых особо сложных случаях иногда используются специальные уплотнители.
Провода, которые входят в корпус или выходят из него, в идеале должны иметь свои собственные фильтры электромагнитных помех в точках входа или выхода. Любой не снабженный фильтром провод, проложенный внутри корпуса, будет наводить помехи и позволять им выходить за пределы корпуса, снижая тем самым эффективность какой бы то ни было фильтрации электромагнитных помех. Кроме того, не снабженные фильтром провода, проложенные внутри корпуса, будут излучать переданные снаружи в корпус шумы, что может привести к возникновению статических разрядов во внутренних схемах.

Шумы (особенно излучаемый), можно снизить, если хорошо понимать их ис¬точники и проектные методики снижения их влияния. Существует несколько основных источников шума внутри импульсного источника питания с ШИМ, которые и создают большую часть излучаемого и кондуктивного шума. Их можно легко локализовать и модифицировать проект источника питания так, чтобы снизить генерирование шума.
Источники шума являются частью шумовых контуров, представляющих собой соединения на печатной плате между потребителями высокочастотного тока и источниками тока. Следование технологиям проектирования печатных плат, поможет существенно снизить излучаемые радиопомехи. Для этого следует выполнить оценку высокочастотных характеристик типичных компонентов и печатных плат.
Первым главным источником шума является входная схема питания, которая включает в себя ключ, первичную обмотку трансформатора и конденсатор входного фильтра. Конденсатор входного фильтра обеспечивает трапецеидальные сигналы тока, необходимые источнику питания, поскольку входная линия всегда жестко фильтруется с полосой пропускания, которая намного ниже рабочей частоты источника питания.
Дорожки печатной платы должны быть максимально короткими и толстыми. Толстые дорожки имеют более низкую индуктивность, чем тонкие. Длина дорожек обусловливает частоты, выше которых шум будет легко излучаться в окружающее пространство. Короткие трассы при повышенных частотах излучают меньше энергии.
Конденсатор входного фильтра и ключ должны размещаться рядом с трансформатором, чтобы минимизировать длину соединений. Кроме того, поскольку оксидно-электролитические алюминиевые или танталовые входные конденсаторы имеют плохие высокочастотные характеристики, параллельно им должен быть включен керамический или пленочный конденсатор. Чем хуже характеристики ESR и ESL конденсатора входного фильтра, тем больше энергии высокочастотного шума будет отбирать источник питания прямо из силовой линии, способствуя тем самым возникновению кондуктивных синфазных электромагнитных помех.
Вторым основным источником шума является контур, состоящий из выходных выпрямителей, конденсатора выходного фильтра и вторичных обмоток трансформатора. Опять таки, между этими компонентами протекают трапецеидальные сигналы тока большой амплитуды. Конденсатор выходного фильтра и выпрямитель также следует размещать физически как можно ближе к трансформатору для минимизации излучаемого шума. Этот источник также создает синфазные кондуктивные помехи, главным образом, на выходных линиях источника питания.

Шум создается везде, где имеют место быстрые переходы в сигналах напряжения и/или тока. Многие сигналы, особенно в импульсных источниках питания, являются периодическими, то есть, сигнал, содержащий импульсы с высокочастотными фронтами, повторяется с предсказуемой частотой следования импульсов (pulse repetition frequency, PRF). Для импульсов прямоугольной формы обращение этого периода определяет основную частоту самой волны. Преобразование Фурье волны прямоугольной формы создает множество гармоник этой основной частоты. Обращение двойного значения времени переднего или заднего фронта импульсов является оценкой спектральной основной частоты этих фронтов. Это типично в мегагерцевом диапазоне, и гармоники могут достигать очень высоких частот.
В импульсных источниках питания с ШИМ ширина импульсов прямоугольной формы непрерывно изменяется в ответ на рабочее состояние источника. В результате получаем почти распределение энергии белого шума с отдельными пиками и уменьшением амплитуды с повышением частоты. На рис. Д.1 показан спектр, излучаемый вблизи автономного обратноходового импульсного источника питания с ШИМ без демпфирования.Как видим, спектральные компоненты распространяются дальше 100 МГц (вправо) и, если их не фильтровать и не экранировать, будут создавать помехи для бытовой электронной аппаратурой.
Квазирезонансные и резонансные импульсные источники питания имеют гораздо более привлекательную форму спектра излучения. Это связано с тем, что, благодаря резонансным элементам, переходные процессы происходят на более низких частотах, и таким образом в спектре присутствуют только низкочастотные компоненты (менее 30 МГц). Высокочастотные спектральные компоненты почти отсутствуют. Спектр излучения вблизи квазирезонансного обратноходового преобразователя показан на рис. Д.2. Семейства квазирезонансных преобразователей, а также преобразователей с плавным переключением гораздо более "тихие" и легче поддаются фильтрации.

Борьба с генерированием и излучением высокочастотного шума — это самый "черный" из всех "черных ящиков" в проектировании импульсных источников питания и конечного изделия. Эта тема, которая является последним барьером для вывода изделия на рынок, сама по себе заслуживает отдельной книги, и данное приложение не может полностью ее охватить — будут затронуты только главные аспекты, которые следует учитывать при проектировании.
Большинство компаний не выделяют средств на обустройство лабораторий по тестированию изделий на предмет помех, которые соответствовали бы требованиям регулятивных ведомств. Оборудование слишком дорого, а операторы должны иметь специальную подготовку. Рекомендовано, чтобы компании обращались в специали¬зированные тестовые консультационные лаборатории для получения помощи на этой стадии своих разработок. Большинство изделий с первого раза не проходят тестирования на предмет излучаемых или наводимых электромагнитных помех. Почти всегда проект требует доработок с тем, чтобы пройти тестирование, а инженеры-консультанты ранее уже много раз сталкивались с подобными проблемами и знакомы с возможными путями их решения.
Мы надеемся, что благоцаря данному приложению, проект читателя будет иметь, по крайней мере, приемлемую компоновку печатной платы, входной фильтр электромагнитных помех и корпус, которые послужат основой лишь для незначительных модификаций на этапе тестирования. Первое, что может сделать проектировщик для минимизации воздействия шумов, — это правильно скомпоновать печатную плату; второе — использовать методики формирования сигналов, и третье — правильно спроектировать корпус. Обобщенное пра¬вило звучи! так: чем строже требования на этапе проектирования, тем легче на этапе тестирования.
Большинство стран мира "согласовали" свои спецификации с тестовыми ограничениями. Если в проекте используется спецификация EMI/EMC одной страны, то можно быть уверенным, что изделие будет удовлетворять соответствующим спецификациям и других стран.

Материал сердечника и его тип для применения в импульсном источнике питания проектировщики поначалу зачастую выбирают наугад. Хотя в любом приложении может подойти сердечник почти из любого материала и любого типа, все-таки можно сделать осознанный оптимальный выбор, а не просто "закрыть глаза и ткнуть пальцем в страницу".
Прежде всего следует выбрать материала сердечника. Все такие материалы — это сплавы, основанными на феррите. Основным фактором, определяющим достоинства материала, являются его потери при рабочей частоте и магнитной индукции приложения. Лучше всего начать с материалов, которые сами производители сердечников рекомендуют для использования в импульсных источниках питания с ШИМ, и тех, которые обычно используются в проектной практике.Используя один материалов, проектировщик может быть уверен в том, что сделал правильный выбор феррита (и не без основания). Мо-пермаллой — это сплав феррита с немагнитным молибденом. Молибден действует как распределенный воздушный зазор внутри материала, благодаря чему мопермаллой прекрасно подходит для приложений со смещенным постоянным током и униполярных приложений. К сожалению, этот материал применяется только в кольцевых сердечниках и используется обычно для дросселей выходных фильтров.
А что, если на рынке появился какой-то новый материал? Как его оценить? В первую очередь следует обратить внимание на потери в сердечнике (Вт/см3), степень понижения кривой намагничивания при повышенных температурах и на то, существует ли требуемый тип сердечника (например, с воздушными зазорами). Главный вопрос — это потери сердечника, состоящие из гистерезисных потерь и потерь от вихревых токов. Производители применяют графики, показывающие величину этих потерь в зависимости от рабочей частоты и максимальной рабочей магнитной индукции, что облегчает сравнение различных материалов.

В электронике, магнитные поля — это невидимые спутники легко наблюдаемых электрических сигналов. Всякий раз, когда по проводникам течет электрический ток, возникают соответствующие электрическое и магнитное поля. Их ориентацию легко запомнить с помощью правша правой руки. Нетрудно заметить, что электрическое поле распространяется радиально от провода с током. Если провод ориентирован, а, и ток течет прямо на читателя, то магнитное поле будет ориентировано вокруг провода против часовой стрелки. Когда же провод намотан, как в индукторах, магнитные поля протекают вокруг всей катушки. В катушке магнитное поле сжато внутри небольшой области в центре катушки, где магнитная индукция оказывается самой высокой. Вне катушки такая область безгранична, и магнитное поле простираться на значительное расстояние, имея при этом меньшую магнитную индукцию.Когда провод катушки намотан вокруг кольца, сделанного из магнитного материала (например, ферритовый кольцевой сердечник), магнитное поле сосредоточивается почти исключительно внутри материала ферритового сердечника. Это происходит потому, что магнитное сопротивление (reluctance) сердечника намного меньше магнитного сопротивление воздуха, и в результате получается замкнутая магнитная петля. Если на кольцевой сердечник намотать идентичную вторичную обмотку и собрать тестовую установку, то на осциллографе получим всем известную петлю гистерезиса, которую называют кривой намагничивания (В-Н curve).