Proiectare de simulare EMI a sursei de alimentare comutatoare
Odată cu creșterea frecvenței de comutare și a densității puterii, mediul electromagnetic din interiorul sursei de comutare devine din ce în ce mai complicat, iar compatibilitatea sa electromagnetică a devenit un obiectiv major și o dificultate majoră în proiectarea sursei de alimentare. În metoda de proiectare convențională, problema EMC este tratată prin proiectare empirică, iar problema EMC poate fi luată în considerare în final doar după ce prototipul este stabilit. Remediul EMC tradițional poate adăuga doar componente suplimentare, care pot afecta lățimea de bandă inițială a buclei de control, rezultând în cel mai rău caz de reproiectare a întregului sistem și creșterea costului de proiectare. Pentru a evita această situație, este necesar să se ia în considerare problemele EMC în procesul de proiectare, să se analizeze și să prezică EMI de comutare a sursei de alimentare cu o anumită precizie și să se îmbunătățească proiectarea în funcție de mecanismul de interferență și distribuția acestuia în fiecare bandă de frecvență reduce nivelul EMI, reducând astfel costul de proiectare.
2 surse de alimentare comutatoare Caracteristici și clasificare EMI
Pentru a prezice interferența electromagnetică condusă a sursei de comutare, este necesar să se clarifice mecanismul de generare a acesteia și caracteristicile surselor de zgomot. Datorită acțiunii de comutare de mare viteză a tubului comutatorului de alimentare, tensiunea și rata de schimbare a curentului acestuia sunt foarte mari, iar muchia ascendentă și marginea descendentă conțin armonici bogate mai mari, astfel încât intensitatea interferenței electromagnetice este mare; Interferența electromagnetică a sursei de comutare este concentrată în principal în vecinătatea diodelor, a dispozitivelor de comutare a puterii, a radiatoarelor și a transformatoarelor de înaltă frecvență conectate cu acestea; Deoarece frecvența de comutare a tubului de comutare variază de la zeci de kHz la câțiva MHz, formele de interferență ale sursei de comutare sunt în principal interferențe conduse și interferențe în câmp apropiat. Printre acestea, interferențele conduse vor fi injectate în rețeaua electrică prin calea de propagare a zgomotului și vor interfera cu alte dispozitive conectate la rețeaua electrică.
Interferența condusă a sursei de comutare poate fi împărțită în două categorii.
1) Interferență în modul diferențial (DM). Zgomotul DM este cauzat în principal de di/dt. Prin inductanță și rezistență parazită, se propagă în bucla dintre firul sub tensiune și firul neutru, generând curent Idm între cele două fire, care nu formează o buclă cu firul de masă.
2) interferență în modul comun (CM). Zgomotul CM este cauzat în principal de dv/dt. Capacitatea rătăcită a PCB-ului se propagă în bucla dintre două linii de alimentare și masă, iar interferența intervine între linie și masă. Curentul de interferență curge în jumătate pe fiecare dintre cele două linii, cu masă ca buclă comună. În circuitul propriu-zis, din cauza impedanței de linie dezechilibrate, interferența semnalului în modul comun va fi transformată în interferență de diafonie care nu este ușor de eliminat.
Analiza de simulare a EMI în sursa de comutație
Teoretic vorbind, fie că este vorba de simulare în domeniul timpului sau simulare în domeniul frecvenței, atâta timp cât este stabilit un model de analiză rezonabil, rezultatele simulării pot reflecta corect gradul de cuantizare EMI al sistemului.
Metoda de simulare în domeniul timpului trebuie să stabilească un model de circuit care să includă toți parametrii componentelor din convertor, să folosească software-ul PSPICE sau Sabre pentru analiza de simulare și să folosească instrumentul rapid de analiză Fourier pentru a obține forma de undă a spectrului de EMI. Această metodă a fost verificată în analiza zgomotului DM. Cu toate acestea, caracteristicile neliniare și parametrii rătăciți ai dispozitivelor semiconductoare, cum ar fi MOSFET și IGBT în sursa de alimentare cu comutație, fac modelul foarte complicat, iar topologia circuitului sursei de alimentare cu comutație se modifică constant atunci când funcționează, ceea ce duce la problema neconvergenței în simulare. Când se studiază zgomotul CM, toți parametrii elementului parazit trebuie să fie incluși. Datorită influenței parametrilor paraziți, rezultatele FFT sunt dificil de egalat cu rezultatele experimentale. Convertizoarele de putere comutatoare funcționează de obicei într-o gamă largă de constante de timp, incluzând în principal trei grupuri de constante de timp: constante de timp legate de frecvența de bază a terminalului de ieșire (zeci de ms); Constanta de timp (zeci de μ s) legată de frecvența de comutare a elementelor de comutare; Constanta de timp (câțiva ns) legată de timpul de creștere și de descreștere atunci când elementul de comutare este pornit sau oprit.
Din acest motiv, în simularea în domeniul timpului, trebuie utilizat un pas de calcul foarte mic și este nevoie de mult timp pentru a finaliza calculul; În plus, rezultatele obținute prin metoda domeniului timp nu pot analiza în mod clar influența diferitelor variabile din circuit asupra interferenței, nu pot explica în profunzime comportamentul EMI al sursei de comutare și nu pot analiza mecanismul EMI și nu pot da o soluție clară pentru reducerea EMI.
