Rješenje dizajna elektromagnetske kompatibilnosti za visokofrekventni prekidački izvor napajanja
Ako se problem elektromagnetskih smetnji (EMI) samog visokofrekventnog sklopnog napajanja ne postupi dobro, ne samo da će lako uzrokovati onečišćenje električne mreže i izravno utjecati na normalan rad druge električne opreme, već će također lako stvoriti elektromagnetsko onečišćenje u prostor, što rezultira velikim problemom elektromagnetske kompatibilnosti (EMC) napajanja s proklopnom frekvencijom. Ovaj se članak usredotočuje na analizu elektromagnetskih smetnji koje prelaze standardni problem visokofrekventnog prekidačkog modula napajanja od 1200 W (24 V/50 A) koji se koristi u pločama za napajanje željezničkih signala, te predlaže mjere poboljšanja.
Elektromagnetske smetnje koje stvara visokofrekventno sklopno napajanje mogu se podijeliti u dvije kategorije: kondukcijske smetnje i smetnje zračenja. Dirigirano uznemiravanje prenosi se putem AC napajanja, s frekvencijom ispod 30MHz; zračeno uznemiravanje prenosi se svemirom, frekvencijom između 30 i 1000MHz.
Analiza izvora elektromagnetskih smetnji visokofrekventnog sklopnog napajanja
Ispravljač i energetska cijev Q1 u krugu, energetske cijevi Q2~Q5 u krugu na slici 1b, visokofrekventni transformator T1 i izlazne ispravljačke diode D1~D2 glavni su izvori elektromagnetskih smetnji kada visoko- napajanje s promjenjivom frekvencijom radi. Konkretno analizirajte kao u nastavku.
Harmonici visokog reda generirani tijekom procesa ispravljanja ispravljača uzrokovat će smetnje vodljivosti i smetnje zračenja duž dalekovoda.
Preklopna strujna cijev radi u visokofrekventnom uključenom i isključenom stanju. Kako bi se smanjili gubici pri prebacivanju i poboljšala gustoća snage i ukupna učinkovitost, sklopna cijev se uključuje i isključuje sve brže i brže, općenito unutar nekoliko mikrosekundi. Uključivanje i isključivanje pri takvoj brzini stvara udarni napon i udarnu struju, koji stvaraju visokofrekventne i visokonaponske vršne harmonike, uzrokujući elektromagnetske smetnje u prostoru i AC ulaznim vodovima.
Dok visokofrekventni transformator T1 vrši pretvorbu energije, on stvara izmjenično elektromagnetsko polje i zrači elektromagnetske valove u svemir stvarajući radijacijsko uznemiravanje. Distribuirani induktivitet i kapacitivnost transformatora generiraju oscilacije i povezani su s ulaznom petljom izmjenične struje kroz raspodijeljeni kapacitet između primarnog i sekundarnog stupnja transformatora, stvarajući smetnju vodljivosti.
Kada je izlazni napon relativno nizak, izlazna ispravljačka dioda radi u visokofrekventnom sklopnom stanju, što je također izvor elektromagnetskih smetnji.
Zbog parazitnog induktiviteta odvoda diode, kapacitivnosti spoja i utjecaja povratne struje povrata, ona radi pod vrlo visokim stopama promjene napona i struje. Što je dulje vrijeme povratnog oporavka diode, veći je utjecaj vršne struje. , što signal smetnje postaje jači, što rezultira visokofrekventnim prigušenim oscilacijama, što je vrsta poremećaja provođenja diferencijalnog načina.
Svi ti generirani elektromagnetski signali prenose se na vanjsko napajanje putem metalnih žica kao što su dalekovodi, signalni vodovi i žice za uzemljenje, stvarajući vodljive smetnje. Zračene smetnje uzrokovane su signalima smetnji koji zrače kroz žice i uređaje ili kroz interkonekcije koje djeluju kao antene.
3. Dizajn elektromagnetske kompatibilnosti za elektromagnetske smetnje visokofrekventnog prekidačkog napajanja
Dodajte filtar napajanja na ulaz prekidačkog napajanja kako biste potisnuli harmonike visokog reda koje stvara prekidački izvor napajanja.
Dodavanje feritnog magnetskog prstena ulaznim i izlaznim vodovima napajanja ne samo da potiskuje visokofrekventni zajednički mod u vodovima napajanja, već također smanjuje energiju smetnji koja zrači kroz vodove napajanja.
Držite strujni vod što je moguće bliže žici za uzemljenje kako biste smanjili područje petlje zračenja diferencijalnog načina rada; odvojite ulazni izmjenični i izlazni istosmjerni kabel kako biste smanjili elektromagnetsku spregu između ulaza i izlaza; držite signalni vod dalje od dalekovoda i blizu tla. Vodovi bi trebali biti usmjereni, a vodovi ne bi trebali biti predugi kako bi se smanjilo područje petlje; širina linija na PCB ploči ne smije biti nagla, koristite lučne prijelaze u kutovima i pokušajte ne koristiti prave kutove ili oštre kutove.
Ugradite kondenzatore za odvajanje na čip i MOS sklopnu cijev što je bliže moguće pinovima napajanja i uzemljenja uređaja paralelno.
Zbog postojanja Ldi/dt u žici za uzemljenje, PCB ploča i šasija neizravno su povezani pomoću bakrenih stupova. Za one koji nisu prikladni za spajanje s bakrenim stupovima, treba koristiti deblje žice i uzemljiti ih u blizini.
Dodajte RC apsorpcijski krug na oba kraja sklopne cijevi i izlazne ispravljačke diode za apsorbiranje udarnog napona.
