Šema dizajna elektromagnetne kompatibilnosti za visokofrekventno prekidačko napajanje
Ako se problem elektromagnetnih smetnji (EMI) koji postoji u samom visokofrekventnom prekidačkom napajanju ne rješava pravilno, ne samo da je lako uzrokovati zagađenje električne mreže, direktno utječući na normalan rad druge električne opreme, već je i lako stvaraju elektromagnetno zagađenje u ulaznom prostoru, što rezultira problemom elektromagnetne kompatibilnosti (EMC) visokofrekventnog prekidačkog napajanja. Ovaj članak se fokusira na analizu elektromagnetnih smetnji koje premašuju standard u modulu za visokofrekventno prekidačko napajanje od 1200W (24V/50A) koji se koristi u ekranima za napajanje željezničkog signala i predlaže mjere za poboljšanje.
Elektromagnetne smetnje koje stvaraju visokofrekventni prekidački izvori napajanja mogu se podijeliti u dvije kategorije: provodne smetnje i zračene smetnje. Konduktovane smetnje se šire kroz izvore naizmenične struje sa frekvencijama ispod 30MHz; Poremećaj zračenja širi se kroz prostor, sa frekvencijama u rasponu od 30 do 1000MHz.
Analiza izvora elektromagnetnih smetnji u visokofrekventnim prekidačkim izvorima napajanja
Prekidački energetski tranzistori rade u visokofrekventnim provodnim i prekidnim stanjima. Kako bi se smanjili komutacijski gubici, poboljšala gustina snage i ukupna efikasnost, brzina otvaranja i zatvaranja tranzistora prekidača postaje sve brža i brža, obično za nekoliko mikrosekundi. Tranzistor prekidača se otvara i zatvara pri ovoj brzini, formirajući udarni napon i udarnu struju, koji će generirati visokofrekventne i visokonaponske vršne harmonike i elektromagnetske smetnje na svemirskim i AC ulaznim linijama.
Istovremeno dok visokofrekventni transformator T1 vrši transformaciju snage, on stvara naizmjenična elektromagnetna polja, zračeći elektromagnetne valove u prostor, stvarajući radijacijske smetnje. Distribuirana induktivnost i kapacitivnost transformatora stvaraju oscilacije, koje su spojene na ulazno kolo naizmjenične struje kroz distribuirani kapacitet između primarnih stupnjeva transformatora, stvarajući provodne smetnje.
Kada je izlazni napon relativno nizak, izlazna ispravljačka dioda radi u visokofrekventnom prekidačkom stanju i također je izvor elektromagnetnih smetnji.
Zbog parazitske induktivnosti i spojnog kapaciteta diode, kao i utjecaja reverzne povratne struje, radi pri visokim brzinama promjene napona i struje. Što je duže vrijeme povratnog oporavka diode, to je veći utjecaj vršne struje i jači je signal smetnje, što rezultira oscilacijom prigušenja visoke frekvencije, što je poremećaj provodljivosti diferencijalnog moda.
Svi generirani elektromagnetski signali se prenose do vanjskih izvora napajanja putem metalnih žica kao što su dalekovodi, signalni vodovi i žice za uzemljenje, stvarajući provodljive smetnje. Zračene smetnje su uzrokovane signalima interferencije koji se emituju kroz žice i uređaje ili međusobno povezanim žicama koje djeluju kao antene.
3. Dizajn elektromagnetne kompatibilnosti za visokofrekventno prekidačko napajanje Elektromagnetne smetnje
Dodajte filter za napajanje na ulazu prekidačkog napajanja kako biste potisnuli harmonike visokog reda koje generiše prekidačko napajanje.
Dodavanje feritnih magnetnih prstenova na ulazne i izlazne električne vodove može potisnuti zajednički mod visoke frekvencije unutar energetskih vodova i smanjiti energiju smetnji koja se emituje kroz strujne vodove.
Električni vod bi trebao biti što bliže žici za uzemljenje kako bi se smanjila površina petlje radijacije diferencijalnog moda; Odvojeno usmjerite ulaznu AC strujnu liniju i izlaznu DC strujnu liniju kako biste smanjili elektromagnetnu spregu između ulaza i izlaza; Signalni vod bi trebao biti usmjeren dalje od strujnog voda, blizu žice za uzemljenje, i ne predugačak kako bi se smanjilo područje petlje kola; Širina linija na PCB ploči ne bi se trebala naglo mijenjati, a uglove treba prelaziti lukovima, izbjegavajući prave uglove ili oštre uglove što je više moguće.
Instalirajte kondenzatore za razdvajanje na čipu i MOS prekidačima što je moguće bliže pinovima napajanja i uzemljenja paralelno sa uređajem.
Zbog prisustva Ldi/dt u žici za uzemljenje, PCB ploča i šasija su indirektno povezani bakrenim stubovima. Za one koji nisu pogodni za spajanje na bakrene stubove, koriste se deblje žice i uzemljene u blizini.
Dodajte RC apsorpciona kola na oba kraja cevi prekidača i izlaznu ispravljačku diodu da biste apsorbovali udarni napon.
