Soluție de proiectare de compatibilitate electromagnetică pentru sursa de alimentare cu comutare de înaltă frecvență
Dacă problema interferențelor electromagnetice (EMI) a sursei de alimentare cu comutare de înaltă frecvență în sine nu este gestionată bine, nu numai că va provoca cu ușurință poluare rețelei electrice și va afecta direct funcționarea normală a altor echipamente electrice, dar și va forma cu ușurință poluare electromagnetică. în spațiu, rezultând o problemă ridicată de compatibilitate electromagnetică (EMC) a sursei de alimentare cu comutare de frecvență. Acest articol se concentrează pe analiza perturbațiilor electromagnetice care depășesc problema standard a modulului de alimentare cu comutație de înaltă frecvență de 1200W (24V/50A) utilizat în panourile de alimentare cu semnal feroviar și propune măsuri de îmbunătățire.
Perturbația electromagnetică generată de alimentarea cu comutație de înaltă frecvență poate fi împărțită în două categorii: perturbație condusă și perturbație de radiație. Hărțuirea efectuată este transmisă prin sursa de curent alternativ, cu o frecvență sub 30MHz; hărțuirea radiată se transmite prin spațiu, cu o frecvență între 30 și 1000MHz.
Analiza surselor de perturbații electromagnetice ale sursei de alimentare cu comutare de înaltă frecvență
Redresorul și tubul de putere Q1 din circuit, tuburile de putere Q2 ~ Q5 din circuitul din figura 1b, transformatorul de înaltă frecvență T1 și diodele redresoare de ieșire D1 ~ D2 sunt toate sursele principale de perturbare electromagnetică atunci când sursa de alimentare cu comutare de frecvență funcționează. Analizați în mod specific ca mai jos.
Armonicile de ordin înalt generate în timpul procesului de redresare a redresorului vor provoca perturbări ale conducției și perturbări ale radiațiilor de-a lungul liniei de alimentare.
Tubul de comutare de putere funcționează într-o stare de pornire și oprire de înaltă frecvență. Pentru a reduce pierderile de comutare și pentru a îmbunătăți densitatea puterii și eficiența generală, tubul de comutare se pornește și se oprește din ce în ce mai repede, în general în câteva microsecunde. Pornirea și oprirea la o astfel de viteză formează supratensiune și curent de supratensiune, care generează armonici de vârf de înaltă frecvență și de înaltă tensiune, provocând perturbări electromagnetice în spațiu și liniile de intrare AC.
În timp ce transformatorul de înaltă frecvență T1 realizează conversia puterii, generează un câmp electromagnetic alternant și radiază unde electromagnetice în spațiu, formând hărțuirea radiațiilor. Inductanța distribuită și capacitatea transformatorului generează oscilații și sunt cuplate la bucla de intrare AC prin capacitatea distribuită între treptele primare și secundare ale transformatorului, formând perturbații conductoare.
Când tensiunea de ieșire este relativ scăzută, dioda redresoare de ieșire funcționează într-o stare de comutare de înaltă frecvență, care este, de asemenea, o sursă de perturbații electromagnetice.
Datorită inductanței parazitare plumb a diodei, capacității de joncțiune și influenței curentului de recuperare inversă, aceasta funcționează la viteze foarte mari de schimbare a tensiunii și a curentului. Cu cât timpul de recuperare inversă al diodei este mai lung, cu atât este mai mare impactul curentului de vârf. , cu cât semnalul de perturbare devine mai puternic, rezultând o oscilație atenuată de înaltă frecvență, care este un fel de perturbare a conducției în mod diferențial.
Toate aceste semnale electromagnetice generate sunt transmise la sursa de alimentare externă prin fire metalice, cum ar fi liniile electrice, liniile de semnal și firele de împământare, formând perturbații conductoare. Perturbațiile radiate sunt cauzate de semnale de perturbare care radiază prin fire și dispozitive sau prin interconexiuni care acționează ca antene.
3. Proiectare de compatibilitate electromagnetică pentru perturbarea electromagnetică a sursei de alimentare cu comutare de înaltă frecvență
Adăugați un filtru de putere la intrarea sursei de alimentare în comutație pentru a suprima armonicile de ordin înalt generate de sursa de alimentare în comutație.
Adăugarea unui inel magnetic de ferită la liniile de alimentare de intrare și de ieșire nu numai că suprimă modul comun de înaltă frecvență în liniile de alimentare, dar reduce și energia perturbatoare radiată prin liniile de alimentare.
Păstrați linia de alimentare cât mai aproape de firul de împământare pentru a reduce zona buclei de radiație în modul diferențial; direcționați separat linia de alimentare CA de intrare și linia de alimentare CC de ieșire pentru a reduce cuplarea electromagnetică dintre intrare și ieșire; mențineți linia de semnal departe de linia de alimentare și aproape de sol Liniile trebuie direcționate, iar liniile nu trebuie să fie prea lungi pentru a reduce zona buclei a buclei; lățimea liniilor de pe placa PCB nu trebuie să fie bruscă, utilizați tranziții arc la colțuri și încercați să nu utilizați unghiuri drepte sau colțuri ascuțite.
Instalați condensatori de decuplare pe cip și tubul comutatorului MOS cât mai aproape posibil de pinii de alimentare și de masă ai dispozitivului în paralel.
Datorită existenței Ldi/dt în firul de masă, placa PCB și șasiul sunt conectate indirect folosind stâlpi de cupru. Pentru cele care nu sunt potrivite pentru conectarea la stâlpi de cupru, trebuie folosite fire mai groase și împământate în apropiere.
Adăugați un circuit de absorbție RC la ambele capete ale tubului comutatorului și a diodei redresoare de ieșire pentru a absorbi supratensiunea.
