Toroidní proudově kompenzované odrušovací tlumivky

Stěžejními součástmi filtrů zamezujících šíření rušení po vedení jsou odrušovací tlumivky a kondenzátory. Na následujících řádcích jsou popsány základní typy a technické parametry toroidních tlumivek firmy PMEC. Článek volně navazuje na [1], kde je též popsána měřicí metoda níže uvedených průběhů vložného útlumu.

Asi nejrozšířenějším druhem odrušovacích tlumivek jsou proudově kompenzované tlumivky filtrující na vstupu zařízení zejména asymetrickou složku vnějšího či v zařízení vznikajícího rušení. Tyto tlumivky, účinné zejména při odrušení spínaných napájecích zdrojů, jsou nejčastěji realizovány na vysokopermeabilních feritových jádrech. V sortimentu PMEC jde o řady 100 až 106, zahrnující hodnoty indukčnosti od stovek μH po desítky mH pro proudy stovek mA až desítek A. Frekvenční průběhy vložného útlumu nejpoužívanější řady 101 (viz obr. 1) jsou v praxi použitelné i pro řady 102 až 104.

Obr. 1 Vložný útlum feritových řad 101 až 104

Potřebujeme-li tedy např. odrušit spínaný napájecí zdroj s výkonem 200 W pracující na kmitočtu 200 kHz a injektující do rozvodné sítě širokospektrální asymetrické rušení až do pásma jednotek MHz, postupujeme takto:

• Největší úroveň rušení lze pravděpodobně očekávat na základní harmonické, takže zvolíme indukčnost nejméně 33 mH.
• S ohledem na odhadovanou účinnost zdroje min. 80 % musíme počítat s odběrem proudu až 1,1 A ze sítě 230 V – volíme tedy například tlumivku 104/H 33m 1,2 A.
• Tlumivku doplníme pro potlačení symetrického rušení kondenzátory Cx (viz [1]) běžné hodnoty 220 nF a základní filtr je hotov.
• Protože se útlumové vlastnosti tlumivky v megahertzové oblasti vlivem její vlastní kapacity i parametrů samotného feritu zhoršují, může vyvstat potřeba vlastnosti filtru v této frekvenční oblasti vylepšit. Lze tak učinit např. zařazením kondenzátorů Cy – příklad s hodnotami 2n7, viz obr. 2.
• Nelze-li kondenzátory Cy z jakýchkoliv důvodů aplikovat, je možno použít též další prvky účinné v tomto pásmu – jednoduché železoprachové tlumivky, feritové absorbéry apod.

Obr. 2 Vložný útlum jednoduchého filtru

Pro vyšší proudy jsou určeny feritové proudově kompenzované tlumivky řady 106, které lze použít až do výkonu jednotek kW. Daní za zvýšenou proudovou zatížitelnost při uchování kompaktních rozměrů jsou dosažitelné hodnoty indukčnosti, a tím i vložného útlumu – viz obr. 3.

Obr. 3 Vložný útlum výkonové feritové řady 106

V případě zvýšených nároků na velikost indukčnosti, proudového zatížení či minimalizaci rozměrů proudově kompenzovaných tlumivek lze relativně levná feritová jádra nahradit dražšími jádry z vinutých nanokrystalických pásků, které se oproti feritům vyznačují několikanásobně vyšší hodnotou relativní permeability. Při stejné velikosti jádra tak lze dosáhnout větší indukčnosti, popř. většího proudu, než u obvyklých tlumivek feritových. Vložný útlum řady 403 a 404 je na obr. 4, vložný útlum řady 406 pak na obr. 5.

Obr. 4 Vložný útlum nanokrystalických řad 403 a 404

Z porovnání vložného útlumu feritových (obr. 1 a obr. 3) a nanokrystalických (obr. 4 a obr. 5) tlumivek se stejnou či podobnou velikostí indukčnosti je patrné, že nanokrystalické tlumivky mají plošší a k vyšším frekvencím posunutý rezonanční vrchol. Důvodem jsou větší ztráty jejich jader (tj. nižší činitel jakosti Q tlumivky), jiný frekvenční průběh složek komplexní permeability a samozřejmě též nižší vlastní kapacita vinutí daná menším počtem závitů.

Obr. 5 Vložný útlum výkonové nanokrystalické řady 406

Obr. 6 zachycuje vložný útlum dvou proudově kompenzovaných tlumivek s naprosto stejným vinutím, realizovaných na feritovém (103/Vi 27m 1,0 A) a nanokrystalickém (403/Vi 68m 1,0 A) jádře stejných rozměrů.

Obr. 6 Porovnání vložného útlumu feritové a nanokrystalické tlumivky

Je zřejmé, že při srovnatelných rozměrech a stejné proudové zatížitelnosti bude tlumivka s nanokrystalickým jádrem díky své vyšší indukčnosti téměř v celém sledovaném frekvenčním pásmu potlačovat rušení lépe, a to až o 9 dB. Výjimkou je oblast kolem rezonančního kmitočtu feritové tlumivky – za určitých okolností se tudíž může stát, že citelně dražší nanokrystalická tlumivka v konkrétní aplikaci lepším řešením než levná feritová tlumivka nebude.