Disseny de simulació EMI de font d'alimentació commutada
Amb l'augment de la freqüència de commutació i la densitat de potència, l'entorn electromagnètic dins de la font d'alimentació de commutació és cada cop més complicat i la seva compatibilitat electromagnètica s'ha convertit en un focus important i una dificultat important en el disseny de la font d'alimentació. En el mètode de disseny convencional, el problema EMC es tracta mitjançant un disseny empíric, i el problema EMC només es pot considerar finalment després que s'hagi establert el prototip. El remei EMC tradicional només pot afegir components addicionals, que poden afectar l'ample de banda del bucle de control original, donant lloc al pitjor cas de redissenyar tot el sistema i augmentar el cost del disseny. Per evitar aquesta situació, cal tenir en compte els problemes d'EMC en el procés de disseny, analitzar i predir l'EMI de commutació d'alimentació amb certa precisió i millorar el disseny segons el mecanisme d'interferència i la seva distribució en cada banda de freqüència per reduir el nivell d'EMI, reduint així el cost de disseny.
Característiques i classificació d'EMI de la font d'alimentació commutada
Per predir la interferència electromagnètica conduïda de la font d'alimentació de commutació, cal deixar clar el seu mecanisme de generació i les característiques de les fonts de soroll. A causa de l'acció de commutació d'alta velocitat del tub de l'interruptor d'alimentació, la seva velocitat de canvi de tensió i corrent són molt altes, i el front ascendent i el front descendent contenen harmònics més rics, de manera que la intensitat d'interferència electromagnètica és gran; La interferència electromagnètica de la font d'alimentació de commutació es concentra principalment a les proximitats de díodes, dispositius de commutació d'alimentació, radiadors i transformadors d'alta freqüència connectats amb ells; Com que la freqüència de commutació del tub de commutació oscil·la entre desenes de kHz i diversos MHz, les formes d'interferència de la font d'alimentació de commutació són principalment interferències conduïdes i interferències de camp proper. Entre ells, les interferències conduïdes s'injectaran a la xarxa elèctrica a través del camí de propagació del soroll i interferiran amb altres dispositius connectats a la xarxa elèctrica.
Les interferències conduïdes de la font d'alimentació de commutació es poden dividir en dues categories.
1) Interferència en mode diferencial (DM). El soroll DM és causat principalment per di/dt. Mitjançant la inductància i la resistència parasitàries, es propaga en el bucle entre el cable viu i el cable neutre, generant corrent Idm entre els dos cables, que no forma un bucle amb el cable de terra.
2) interferència en mode comú (CM). El soroll CM és causat principalment per dv/dt. La capacitat dispersa del PCB es propaga en el bucle entre dues línies elèctriques i terra, i la interferència s'introdueix entre la línia i el terra. El corrent d'interferència flueix per la meitat a cadascuna de les dues línies, amb terra com a bucle comú. En el circuit real, a causa de la impedància de línia desequilibrada, la interferència del senyal de mode comú es transformarà en una interferència de diafonia que no és fàcil d'eliminar.
Anàlisi de simulació d'EMI en fonts d'alimentació commutada
Teòricament parlant, tant si es tracta de simulació de domini del temps com de simulació de domini de freqüència, sempre que s'estableixi un model d'anàlisi raonable, els resultats de la simulació poden reflectir correctament el grau de quantificació EMI del sistema.
El mètode de simulació del domini del temps ha d'establir un model de circuit que inclogui tots els paràmetres dels components del convertidor, utilitzar el programari PSPICE o Sabre per a l'anàlisi de simulació i utilitzar l'eina ràpida d'anàlisi de Fourier per obtenir la forma d'ona de l'espectre d'EMI. Aquest mètode s'ha verificat en l'anàlisi del soroll DM. Tanmateix, les característiques no lineals i els paràmetres perduts dels dispositius semiconductors com MOSFET i IGBT en la font d'alimentació de commutació fan que el model sigui molt complicat, i la topologia del circuit de la font d'alimentació de commutació canvia constantment quan funciona, la qual cosa comporta el problema de la no convergència en simulació. Quan s'estudia el soroll CM, s'han d'incloure tots els paràmetres de l'element paràsit. A causa de la influència dels paràmetres paràsits, els resultats de la FFT són difícils de coincidir amb els resultats experimentals. Els convertidors de potència de commutació solen funcionar en un gran rang de constants de temps, incloent principalment tres grups de constants de temps: constants de temps relacionades amb la freqüència bàsica del terminal de sortida (desenes de ms); Constant de temps (desenes de μ s) relacionada amb la freqüència de commutació dels elements de commutació; Constant de temps (diversos ns) relacionada amb el temps de pujada i de baixada quan l'element de commutació està encès o apagat.
Per aquest motiu, en la simulació del domini del temps, s'ha d'utilitzar un pas de càlcul molt petit, i es necessita molt de temps per completar el càlcul; A més, els resultats obtinguts pel mètode del domini del temps sovint no poden analitzar clarament la influència de diverses variables del circuit sobre la interferència, no poden explicar profundament el comportament EMI de la font de commutació d'alimentació i no tenen el judici del mecanisme EMI i no poden donar una solució clara per reduir l'EMI.
