Solució de disseny de compatibilitat electromagnètica per a fonts d'alimentació de commutació d'alta freqüència
Si el problema d'interferència electromagnètica (EMI) de la font d'alimentació de commutació d'alta freqüència en si no es gestiona bé, no només causarà fàcilment contaminació a la xarxa elèctrica i afectarà directament el funcionament normal d'altres equips elèctrics, sinó que també formarà fàcilment contaminació electromagnètica. a l'espai, donant lloc a un alt problema de compatibilitat electromagnètica (EMC) de la font d'alimentació de commutació de freqüència. Aquest article se centra a analitzar la pertorbació electromagnètica que supera el problema estàndard del mòdul d'alimentació de commutació d'alta freqüència de 1200 W (24 V/50 A) utilitzat als panells d'alimentació del senyal ferroviari i proposa mesures de millora.
La pertorbació electromagnètica generada per la font d'alimentació de commutació d'alta freqüència es pot dividir en dues categories: pertorbació conduïda i pertorbació de radiació. L'assetjament realitzat es transmet a través de la font d'alimentació de CA, amb una freqüència inferior a 30 MHz; l'assetjament irradiat es transmet a través de l'espai, amb una freqüència entre 30 i 1000 MHz.
Anàlisi de fonts de pertorbacions electromagnètiques d'alimentació de commutació d'alta freqüència
El rectificador i el tub de potència Q1 al circuit, els tubs de potència Q2 ~ Q5 al circuit de la figura 1b, el transformador d'alta freqüència T1 i els díodes rectificadors de sortida D1 ~ D2 són les principals fonts de pertorbació electromagnètica quan l'alta freqüència La font d'alimentació de commutació de freqüència funciona. Analitzeu específicament com a continuació.
Els harmònics d'alt ordre generats durant el procés de rectificació del rectificador provocaran pertorbacions de conducció i pertorbacions de radiació al llarg de la línia elèctrica.
El tub d'alimentació de commutació funciona en un estat d'encesa i apagat d'alta freqüència. Per tal de reduir les pèrdues de commutació i millorar la densitat de potència i l'eficiència general, el tub de commutació s'encén i s'apaga cada vegada més ràpidament, generalment en pocs microsegons. Encendre i apagar a aquesta velocitat forma sobretensió i corrent de sobretensió, que genera harmònics pics d'alta freqüència i alt voltatge, causant pertorbacions electromagnètiques a l'espai i les línies d'entrada de CA.
Mentre que el transformador d'alta freqüència T1 realitza la conversió d'energia, genera un camp electromagnètic altern i irradia ones electromagnètiques a l'espai, formant assetjament per radiació. La inductància i la capacitat distribuïdes del transformador generen oscil·lacions i s'acoblen al bucle d'entrada de CA a través de la capacitat distribuïda entre les etapes primàries i secundàries del transformador, formant pertorbacions conductores.
Quan la tensió de sortida és relativament baixa, el díode rectificador de sortida funciona en un estat de commutació d'alta freqüència, que també és una font de pertorbacions electromagnètiques.
A causa de la inductància paràsit del díode, la capacitat de la unió i la influència del corrent de recuperació inversa, funciona amb velocitats de canvi de tensió i corrent molt altes. Com més llarg sigui el temps de recuperació inversa del díode, més gran serà l'impacte del corrent màxim. , com més fort és el senyal de pertorbació, resultant en una oscil·lació atenuada d'alta freqüència, que és una mena de pertorbació de conducció en mode diferencial.
Tots aquests senyals electromagnètics generats es transmeten a la font d'alimentació externa a través de cables metàl·lics com ara línies elèctriques, línies de senyal i cables de terra, formant pertorbacions conductores. Les pertorbacions radiades són causades per senyals de pertorbació que irradien a través de cables i dispositius o a través d'interconnexions que actuen com a antenes.
3. Disseny de compatibilitat electromagnètica per a pertorbacions electromagnètiques de la font d'alimentació de commutació d'alta freqüència
Afegiu un filtre d'alimentació a l'entrada de la font d'alimentació de commutació per suprimir els harmònics de gran ordre generats per la font d'alimentació de commutació.
L'addició d'un anell magnètic de ferrita a les línies elèctriques d'entrada i sortida no només suprimeix el mode comú d'alta freqüència a les línies elèctriques, sinó que també redueix l'energia pertorbadora irradiada a través de les línies elèctriques.
Mantingueu la línia elèctrica el més a prop possible del cable de terra per reduir l'àrea del bucle de radiació en mode diferencial; dirigiu la línia d'alimentació de CA d'entrada i la línia d'alimentació de CC de sortida per separat per reduir l'acoblament electromagnètic entre l'entrada i la sortida; mantenir la línia de senyal allunyada de la línia elèctrica i a prop del terra. Les línies s'han d'encaminar i les línies no han de ser massa llargues per reduir l'àrea del bucle del bucle; l'amplada de les línies de la placa PCB no ha de ser sobtada, utilitzeu transicions d'arc a les cantonades i intenteu no utilitzar angles rectes ni cantonades afilades.
Instal·leu condensadors de desacoblament al xip i al tub de l'interruptor MOS el més a prop possible dels pins d'alimentació i de terra del dispositiu en paral·lel.
A causa de l'existència de Ldi/dt al cable de terra, la placa PCB i el xassís es connecten indirectament mitjançant pilars de coure. Per a aquells que no són adequats per a la connexió amb pilars de coure, s'han d'utilitzar cables més gruixuts i connectats a terra a prop.
Afegiu un circuit d'absorció RC als dos extrems del tub de l'interruptor i el díode rectificador de sortida per absorbir la tensió de sobretensió.
