Tehnologia de compatibilitate electromagnetică a sursei de alimentare cu comutare
Motivele problemelor de compatibilitate electromagnetică cauzate de comutarea surselor de alimentare sunt destul de complicate deoarece funcționează în condiții de comutare de înaltă tensiune și curent ridicat. În ceea ce privește proprietățile electromagnetice ale întregii mașini, există în principal cuplare de impedanță comună, cuplare linie la linie, cuplare câmp electric, cuplare câmp magnetic și cuplare unde electromagnetice. Cuplajul de impedanță comună este în principal impedanța comună electrică dintre sursa de perturbare și corpul perturbat, prin care semnalul de perturbare intră în corpul perturbat. Cuplarea linie la linie este în principal cuplarea reciprocă a firelor sau a liniilor PCB care generează tensiune și curent perturbatori datorită cablurilor paralele. Cuplarea câmpului electric se datorează în principal existenței diferenței de potențial, care generează cuplarea câmpului electric indus la corpul perturbat. Cuplarea câmpului magnetic se referă în principal la cuplarea câmpului magnetic de joasă frecvență generat în apropierea liniei de alimentare cu impulsuri de curent mare la obiectul perturbator. Cuplarea câmpului electromagnetic se datorează în principal undelor electromagnetice de înaltă frecvență generate de tensiunea pulsatorie sau curentul care radiază în exterior prin spațiu și cuplarea la corpul perturbat corespunzător. De fapt, fiecare metodă de cuplare nu poate fi strict distinsă, dar accentul este diferit.
În sursa de alimentare cu comutare, tubul de comutare principal al puterii funcționează într-un mod de comutare de înaltă frecvență la o tensiune foarte mare. Tensiunea de comutare și curentul de comutare sunt aproape de undele pătrate. Din analiza spectrului, semnalul undei pătrate conține armonici bogate de ordin înalt. Spectrul de frecvență al armonicii superioare poate atinge mai mult de 1000 de ori frecvența undei pătrate. În același timp, din cauza inductanței de scurgere și a capacității distribuite a transformatorului de putere și a stării de lucru neideale a dispozitivului principal de comutare a puterii, sunt adesea generate oscilații armonice de înaltă frecvență și de înaltă tensiune atunci când frecvența înaltă este pornită sau oprită. . Armonicile superioare generate de oscilația armonică sunt transmise circuitului intern prin capacitatea distribuită între tubul comutatorului și radiator sau radiate în spațiu prin radiator și transformator. Diodele de comutare utilizate pentru redresare și rulare liberă sunt, de asemenea, o cauză importantă a perturbațiilor de înaltă frecvență. Deoarece diodele de redresare și roată liberă funcționează într-o stare de comutare de înaltă frecvență, existența inductanței parazitare a plumbului diodei, existența capacității de joncțiune și influența curentului de recuperare inversă o fac să funcționeze la o tensiune foarte mare și rata de schimbare a curentului și produce oscilații de înaltă frecvență. Diodele de redresare și de rulare liberă sunt în general mai aproape de linia de ieșire a sursei de alimentare, iar perturbațiile de înaltă frecvență generate de acestea sunt cel mai probabil să fie transmise prin linia de ieșire DC. Pentru a îmbunătăți factorul de putere, sursa de alimentare în comutație adoptă un circuit activ de corecție a factorului de putere. În același timp, pentru a îmbunătăți eficiența și fiabilitatea circuitului și pentru a reduce stresul electric al dispozitivului de alimentare, se utilizează un număr mare de tehnologii de comutare soft. Dintre acestea, tehnologia de comutare cu tensiune zero, curent zero sau tensiune zero/curent zero este cea mai utilizată. Această tehnologie reduce foarte mult perturbațiile electromagnetice generate de dispozitivele de comutare. Cu toate acestea, majoritatea circuitelor de absorbție nedistructive cu comutare ușoară folosesc L și C pentru transferul de energie și folosesc conductivitatea unidirecțională a diodelor pentru a realiza conversia unidirecțională a energiei. Prin urmare, diodele din circuitul rezonant devin o sursă majoră de perturbații electromagnetice.
Sursele de alimentare cu comutație folosesc, în general, inductori și condensatori de stocare a energiei pentru a forma circuite de filtrare L și C pentru a filtra semnalele de perturbare în mod diferențial și comun. Datorită capacității distribuite a bobinei de inductanță, frecvența de auto-rezonanță a bobinei de inductanță este redusă, astfel încât un număr mare de semnale de perturbare de înaltă frecvență trec prin bobina de inductanță și se propagă spre exterior de-a lungul liniei de alimentare AC sau ieșirii DC linia. Pe măsură ce frecvența semnalului de perturbare crește, efectul inductanței plumbului condensatorului de filtru duce la o scădere continuă a capacității și a efectului de filtrare și chiar duce la modificări ale parametrilor condensatorului, ceea ce este, de asemenea, o cauză a perturbațiilor electromagnetice.
Soluții pentru compatibilitate electromagnetică
Din perspectiva celor trei elemente de compatibilitate electromagnetică, pentru a rezolva problema compatibilității electromagnetice a surselor de alimentare în comutație, putem pleca de la trei aspecte: în primul rând, reducerea semnalului de perturbare generat de sursa de perturbație; în al doilea rând, întrerupeți calea de propagare a semnalului de perturbare; în al treilea rând, îmbunătățirea capacității anti-hărțuire a corpului hărțuit. Când se rezolvă compatibilitatea internă a sursei de alimentare cu comutație, cele trei metode de mai sus pot fi utilizate în mod cuprinzător, pe baza raportului cost-beneficiu și a ușurinței de implementare. Prin urmare, perturbațiile externe generate de comutarea surselor de alimentare, cum ar fi curenții armonici ai liniilor de alimentare, perturbațiile de conducere ale liniilor de alimentare și perturbațiile radiațiilor câmpului electromagnetic, pot fi rezolvate doar prin reducerea sursei de perturbare. Pe de o parte, poate îmbunătăți designul circuitului filtrului de intrare/ieșire, poate îmbunătăți performanța circuitului APFC, poate reduce tensiunea și rata de schimbare a curentului a tubului comutatorului, redresorului și diodei de roată liberă și poate adopta diverse topologii de circuite de comutare soft. și metode de control etc.; cealaltă Pe de o parte, întărește efectul de ecranare al carcasei, îmbunătățește scurgerea de goluri a carcasei și efectuează un tratament bun de împământare. Pentru capabilitățile externe anti-perturbare (cum ar fi supratensiunile și loviturile de trăsnet), capacitățile de protecție împotriva trăsnetului ale porturilor de intrare AC și ieșire DC ar trebui optimizate. De obicei, pentru forma de undă combinată a fulgerului de 1,2/50μs de tensiune în circuit deschis și 8/20μs de curent de scurtcircuit, din cauza energiei mici, este de obicei rezolvată prin combinarea varistoarelor cu oxid de zinc și a tuburilor electrice pătrate de gaz. Pentru descărcarea electrostatică, de obicei în circuitul de semnal mic al portului de comunicație și al portului de control, utilizați tubul TVS și protecția corespunzătoare de împământare, măriți distanța electrică dintre circuitul de semnal mic și șasiu etc. pentru a rezolva sau selecta dispozitive cu anti- perturbarea statică. Semnalul tranzitoriu rapid conține un spectru de frecvență foarte larg și este ușor de trecut în circuitul de control sub forma unui mod comun. Aceeași metodă ca și antistatică este utilizată pentru a reduce capacitatea distribuită a inductanței în modul comun și pentru a întări filtrarea semnalului în modul comun a circuitului de intrare (plus condensatori în mod comun sau miezuri de ferită cu pierderi de inserție etc.) pentru a îmbunătăți imunitatea a sistemului.
Pentru a reduce perturbația internă a sursei de alimentare în comutație, pentru a realiza propria compatibilitate electromagnetică și pentru a îmbunătăți stabilitatea și fiabilitatea sursei de alimentare în comutație, trebuie începute următoarele aspecte:
①Acordați atenție împărțirii corecte a circuitului digital și a cablajului PCB al circuitului modulului;
②Decuplarea circuitului digital și a alimentării circuitului analogic;
③Legarea la pământ într-un singur punct a circuitelor digitale și a circuitelor analogice, împământarea într-un singur punct a circuitelor de curent ridicat și a circuitelor de curent scăzut, în special a circuitelor de eșantionare a curentului și a tensiunii, pentru a reduce perturbările comune ale rezistenței și influența inelelor de împământare. La cablare, acordați atenție distanței dintre liniile adiacente și proprietățile semnalului, evitați diafonia, reduceți zona înconjurată de circuitul redresorului de ieșire, circuitul cu diode cu roată liberă și circuitul filtrului de ramură, reduceți scurgerea transformatorului, capacitatea distribuită a inductor de filtru și folosiți condensatori de filtru cu frecvențe de rezonanță ridicate.
