Analýza metod návrhu elektromagnetické kompatibility pro spínané napájecí zdroje
Spínané zdroje jsou široce používány v komunikačních, řídicích, počítačových a dalších oborech díky svým výhodám, jako jsou malé rozměry a vysoký účiník. Vzhledem ke generování elektromagnetického rušení je však jeho další aplikace do určité míry omezena. Tento článek bude analyzovat různé mechanismy elektromagnetického rušení u spínaných zdrojů a na základě toho navrhnout metodu návrhu elektromagnetické kompatibility pro spínané zdroje.
Analýza elektromagnetické interference ve spínaných napájecích zdrojích
Struktura spínaného napájecího zdroje je znázorněna na obrázku 1. Nejprve je napájecí frekvence AC usměrněna na stejnosměrnou, poté invertována na vysokofrekvenční a nakonec vyvedena přes usměrňovací a filtrační obvod, aby se získalo stabilní stejnosměrné napětí. Nerozumný návrh a uspořádání obvodu, mechanické vibrace, špatné uzemnění atd. mohou tvořit vnitřní elektromagnetické rušení. Potenciálními zdroji silného rušení jsou zároveň svodová indukčnost transformátoru a špička způsobená zpětným zotavovacím proudem výstupní diody.
Vnitřní zdroj rušení
● Spínací obvod
Spínací obvod sestává převážně ze spínacích elektronek a vysokofrekvenčních transformátorů. Mezi trubicí spínače a jeho chladičem, pláštěm a vodiči uvnitř napájecího zdroje je distribuovaná kapacita. Du/dt jím generované má velkou amplitudu pulzů, široké frekvenční pásmo a bohaté harmonické. Zátěž spínací trubice je primární cívkou vysokofrekvenčního transformátoru a je indukční zátěží. Když je původně vodivý spínač vypnutý, svodová indukčnost vysokofrekvenčního transformátoru generuje zpětnou elektromotorickou sílu E=- Ldi/dt, která je úměrná rychlosti změny proudu kolektoru a svodové indukčnosti. Je superponováno na vypínací napětí, aby vytvořilo špičku vypínacího napětí, čímž se vytváří vodivé rušení.
● Usměrňovací diody pro usměrňovací obvody
Když je výstupní usměrňovací dioda odpojena, dochází ke zpětnému proudu a doba potřebná k obnovení na nulu souvisí s faktory, jako je kapacita přechodu. Bude generovat významné změny proudu di/dt vlivem svodové indukčnosti transformátoru a dalších distribučních parametrů, což má za následek silné vysokofrekvenční rušení o frekvenci až desítek megahertzů.
● Zbloudilé parametry
Vlivem práce na vyšších frekvencích se může změnit charakteristika nízkofrekvenčních součástek ve spínaných zdrojích, což má za následek šum. Při vysokých frekvencích mají rozptylové parametry významný vliv na charakteristiky vazebního kanálu a distribuovaná kapacita se stává kanálem pro elektromagnetické rušení.
2 Vnější zdroje rušení
Vnější zdroje rušení lze rozdělit na rušení výkonu a rušení bleskem, přičemž rušení napájení existuje jak v režimech „běžný režim“, tak „rozdílový režim“. Zároveň díky přímému připojení střídavého napájení k usměrňovacímu můstku a filtračnímu obvodu má vstupní proud v rámci poloviny cyklu pouze špičková doba vstupního napětí, což má za následek velmi nízký vstupní účiník (přibližně { {0}}.6) napájecího zdroje. Navíc tento proud obsahuje velké množství harmonických složek, které mohou způsobit harmonické „znečištění“ elektrické sítě.
