Konstrukční řešení s elektromagnetickou kompatibilitou pro vysokofrekvenční spínané napájení
Pokud není problém s elektromagnetickým rušením (EMI) samotného vysokofrekvenčního spínaného zdroje dobře vyřešen, nejenže snadno způsobí znečištění elektrické sítě a přímo ovlivní normální provoz jiných elektrických zařízení, ale také snadno vytvoří elektromagnetické znečištění. do prostoru, což má za následek vysoký problém elektromagnetické kompatibility (EMC) frekvenčně spínaného zdroje. Tento článek se zaměřuje na analýzu elektromagnetického rušení překračujícího standardní problém 1200W (24V/50A) vysokofrekvenčního spínaného napájecího modulu používaného v železničních signálních napájecích panelech a navrhuje opatření ke zlepšení.
Elektromagnetické rušení generované vysokofrekvenčním spínaným zdrojem lze rozdělit do dvou kategorií: rušení vedením a rušení zářením. Obtěžování se přenáší prostřednictvím zdroje střídavého proudu s frekvencí nižší než 30 MHz; vyzařované obtěžování je přenášeno vesmírem s frekvencí mezi 30 a 1000 MHz.
Analýza zdrojů elektromagnetického rušení vysokofrekvenčního spínaného zdroje
Usměrňovač a výkonová elektronka Q1 v obvodu, výkonové elektronky Q2~Q5 v obvodu na obrázku 1b, vysokofrekvenční transformátor T1 a výstupní usměrňovací diody D1~D2 jsou všechny hlavní zdroje elektromagnetického rušení, když je vysokofrekvenční frekvenčně spínaný zdroj funguje. Konkrétně analyzujte, jak je uvedeno níže.
Vyšší harmonické generované během procesu usměrňování usměrňovače způsobí poruchu vedení a radiační poruchu podél elektrického vedení.
Spínaná výkonová elektronka pracuje ve vysokofrekvenčním zapnutém a vypnutém stavu. Za účelem snížení spínacích ztrát a zlepšení hustoty výkonu a celkové účinnosti se spínací trubice zapíná a vypíná rychleji a rychleji, obvykle během několika mikrosekund. Zapínání a vypínání při takové rychlosti vytváří rázové napětí a rázový proud, které generují vysokofrekvenční a vysokonapěťové špičkové harmonické, což způsobuje elektromagnetické rušení prostoru a vstupních AC vedení.
Zatímco vysokofrekvenční transformátor T1 provádí přeměnu energie, generuje střídavé elektromagnetické pole a vyzařuje elektromagnetické vlny do prostoru, čímž dochází k radiačnímu obtěžování. Rozložená indukčnost a kapacita transformátoru vytvářejí oscilace a jsou připojeny ke vstupní smyčce střídavého proudu prostřednictvím distribuované kapacity mezi primárním a sekundárním stupněm transformátoru, což vytváří vodivé rušení.
Při relativně nízkém výstupním napětí pracuje výstupní usměrňovací dioda ve vysokofrekvenčním spínacím stavu, který je také zdrojem elektromagnetického rušení.
Vzhledem k parazitní indukčnosti olova diody, kapacitě přechodu a vlivu zpětného zotavovacího proudu dioda pracuje při velmi vysokém napětí a rychlosti změny proudu. Čím delší je doba zpětného zotavení diody, tím větší je dopad špičkového proudu. Čím silnější je signál poruchy, což má za následek vysokofrekvenční tlumené oscilace, což je druh poruchy vedení v diferenciálním režimu.
Všechny tyto generované elektromagnetické signály jsou přenášeny do externího napájecího zdroje prostřednictvím kovových vodičů, jako jsou elektrické vedení, signální vedení a zemnící vodiče, což vytváří vodivé rušení. Vyzařované poruchy jsou způsobeny rušivými signály, které vyzařují přes dráty a zařízení nebo přes propojení, která fungují jako antény.
3. Návrh elektromagnetické kompatibility pro elektromagnetické rušení vysokofrekvenčního spínaného zdroje
Přidejte napájecí filtr na vstup spínaného zdroje pro potlačení vyšších harmonických generovaných spínaným zdrojem.
Přidání feritového magnetického prstence ke vstupnímu a výstupnímu napájecímu vedení nejen potlačí vysokofrekvenční společný režim v napájecím vedení, ale také sníží rušivou energii vyzařovanou přes elektrické vedení.
Udržujte elektrické vedení co nejblíže k zemnicímu vodiči, abyste snížili oblast smyčky vyzařování v diferenciálním režimu; vést vstupní střídavý proud a výstupní stejnosměrný proud odděleně, aby se omezila elektromagnetická vazba mezi vstupem a výstupem; udržujte signální vedení daleko od elektrického vedení a blízko země Vedení by měla být vedena a vedení by neměla být příliš dlouhá, aby se zmenšila plocha smyčky; šířka čar na desce plošných spojů by neměla být náhlá, používejte obloukové přechody v rozích a snažte se nepoužívat pravé úhly nebo ostré rohy.
Nainstalujte oddělovací kondenzátory na čip a elektronku spínače MOS co nejblíže k napájecímu a zemnicímu kolíku zařízení paralelně.
Vzhledem k existenci Ldi/dt v zemnícím vodiči jsou deska PCB a šasi nepřímo spojeny pomocí měděných sloupků. Pro ty, které nejsou vhodné pro spojení s měděnými sloupy, by měly být použity silnější dráty a uzemněné v blízkosti.
Přidejte RC absorpční obvod na oba konce spínací trubice a výstupní usměrňovací diodu pro absorpci rázového napětí.
