Rješenje za dizajn elektromagnetne kompatibilnosti za visokofrekventno prekidačko napajanje
Ako se problem elektromagnetnih smetnji (EMI) samog visokofrekventnog prekidačkog napajanja ne rješava dobro, ne samo da će lako uzrokovati zagađenje električne mreže i direktno utjecati na normalan rad druge električne opreme, već će i lako stvoriti elektromagnetno zagađenje u prostor, što rezultira visokim problemom elektromagnetne kompatibilnosti (EMC) frekvencijskog prekidačkog napajanja. Ovaj članak se fokusira na analizu elektromagnetnih smetnji koje prevazilaze standardni problem 1200W (24V/50A) visokofrekventnog modula za napajanje koji se koristi u panelima za napajanje željezničkog signala i predlaže mjere poboljšanja.
Elektromagnetne smetnje koje stvaraju visokofrekventno prekidačko napajanje mogu se podijeliti u dvije kategorije: provodne smetnje i radijacijske smetnje. Sprovedeno uznemiravanje se prenosi putem AC napajanja, sa frekvencijom ispod 30MHz; zračeno uznemiravanje se prenosi kroz svemir, sa frekvencijom između 30 i 1000MHz.
Analiza izvora elektromagnetnih smetnji visokofrekventnog prekidačkog napajanja
Ispravljač i strujna cijev Q1 u kolu, strujne cijevi Q2~Q5 u kolu sa slike 1b, visokofrekventni transformator T1 i izlazne ispravljačke diode D1~D2 su svi glavni izvori elektromagnetnih smetnji kada je visoka- frekventno prekidačko napajanje radi. Konkretno analizirajte kao u nastavku.
Harmonici visokog reda koji nastaju tokom procesa ispravljanja ispravljača će uzrokovati poremećaj provodljivosti i poremećaj zračenja duž dalekovoda.
Preklopna strujna cijev radi u visokofrekventnom uključenom i isključenom stanju. Kako bi se smanjili gubici preklapanja i poboljšala gustina snage i ukupna efikasnost, prekidačka cijev se uključuje i isključuje sve brže i brže, uglavnom u roku od nekoliko mikrosekundi. Uključivanje i isključivanje pri takvoj brzini stvara udarni napon i udarnu struju, koji stvaraju visokofrekventne i visokonaponske vršne harmonike, uzrokujući elektromagnetne smetnje u prostoru i AC ulaznim linijama.
Dok visokofrekventni transformator T1 vrši konverziju snage, on stvara naizmjenično elektromagnetno polje i zrači elektromagnetne valove u svemir, stvarajući uznemiravanje zračenja. Distribuirana induktivnost i kapacitivnost transformatora stvaraju oscilacije i spajaju se na ulaznu petlju naizmjenične struje kroz distribuirani kapacitet između primarnog i sekundarnog stupnja transformatora, stvarajući provodljivu smetnju.
Kada je izlazni napon relativno nizak, izlazna ispravljačka dioda radi u visokofrekventnom prekidačkom stanju, što je također izvor elektromagnetnih smetnji.
Zbog parazitske induktivnosti olova diode, kapacitivnosti spoja i utjecaja reverzne povratne struje, radi pod vrlo visokim brzinama promjene napona i struje. Što je duže vrijeme povratnog oporavka diode, veći je utjecaj vršne struje. , signal smetnje postaje jači, što rezultira visokofrekventnim oscilacijama oscilacija, što je vrsta poremećaja provodljivosti diferencijalnog moda.
Svi ovi generirani elektromagnetski signali se prenose do vanjskog izvora napajanja putem metalnih žica kao što su dalekovodi, signalni vodovi i žice za uzemljenje, stvarajući provodljive smetnje. Zračene smetnje uzrokovane su signalima smetnji koji zrače kroz žice i uređaje ili kroz interkonekcije koje djeluju kao antene.
3. Dizajn elektromagnetne kompatibilnosti za elektromagnetne smetnje visokofrekventnog prekidačkog napajanja
Dodajte filter za napajanje na ulaz prekidača za napajanje da biste potisnuli harmonike visokog reda koje generiše prekidačko napajanje.
Dodavanje feritnog magnetnog prstena na ulazne i izlazne električne vodove ne samo da potiskuje visokofrekventni zajednički mod u električnim vodovima, već i smanjuje energiju smetnji koja se emituje kroz električne vodove.
Držite električni vod što bliže žici za uzemljenje kako biste smanjili područje petlje radijacije diferencijalnog moda; odvojeno usmjerite ulaznu AC strujnu liniju i izlaznu DC strujnu liniju kako biste smanjili elektromagnetnu spregu između ulaza i izlaza; držite signalnu liniju podalje od dalekovoda i blizu zemlje. Vodovi bi trebali biti postavljeni, a vodovi ne bi trebali biti predugi da bi se smanjila površina petlje; širina linija na PCB ploči ne smije biti iznenadna, koristite lučne prijelaze na uglovima i pokušajte da ne koristite prave uglove ili oštre uglove.
Instalirajte kondenzatore za razdvajanje na čip i MOS cijev prekidača što je moguće bliže pinovima za napajanje i uzemljenje uređaja paralelno.
Zbog postojanja Ldi/dt u žici za uzemljenje, PCB ploča i šasija su indirektno povezani pomoću bakrenih stubova. Za one koji nisu pogodni za povezivanje sa bakrenim stubovima, treba koristiti deblje žice i uzemljenje u blizini.
Dodajte RC apsorpcioni krug na oba kraja cijevi prekidača i izlaznu ispravljačku diodu kako biste apsorbirali udarni napon.
