Analýza technologie řízení EMI spínaného zdroje
V tomto článku je podrobně analyzován mechanismus EMI ve spínaném zdroji a je navržena řada strategií pro potlačení EMI, čímž se účinně zlepšuje elektromagnetická kompatibilita spínaného zdroje.
Spínaný napájecí zdroj je druh výkonového elektronického produktu, který využívá výkonová polovodičová zařízení a integruje technologii přeměny energie, elektronickou elektromagnetickou technologii a technologii automatického řízení. Díky svým výhodám nízké spotřeby energie, vysoké účinnosti, malému objemu, nízké hmotnosti, stabilní práci, bezpečnosti a spolehlivosti a širokému rozsahu stabilizace napětí je široce používán v oblasti počítačů, komunikací, elektronických přístrojů, průmyslového automatického řízení, národní obranu a domácí spotřebiče. Spínaný zdroj má však špatnou přechodovou odezvu a je náchylný k elektromagnetickému rušení (EMD) a signál EMI zaujímá široký frekvenční rozsah a má určitou amplitudu. Tyto signály EMI znečišťují elektromagnetické prostředí vedením a zářením a způsobují rušení komunikačních zařízení a elektronických přístrojů, čímž do určité míry omezují použití spínaného zdroje napájení.
1 spínaný zdroj způsobuje elektromagnetické rušení
Elektromagnetická interference (EMI) je druh poškození výkonu elektronického systému nebo subsystému způsobené neočekávaným elektromagnetickým rušením. Skládá se ze tří základních prvků: zdroje rušení, tedy zařízení, které generuje energii elektromagnetického rušení; Vazební kanál, tj. kanál nebo médium pro přenos elektromagnetického rušení; Citlivá zařízení, to znamená zařízení, zařízení, podsystémy nebo systémy poškozené elektromagnetickým rušením. Na základě toho jsou základními opatřeními pro kontrolu elektromagnetického rušení: potlačení zdrojů rušení, odříznutí cesty katastrofy, snížení reakce citlivých zařízení na rušení nebo zvýšení úrovně elektromagnetické citlivosti.
Podle principu činnosti spínaného zdroje je známo, že spínaný zdroj nejprve usměrňuje střídavý proud o výkonové frekvenci na stejnosměrný proud, poté jej invertuje na vysokofrekvenční střídavý proud a nakonec jej vydává přes usměrnění a filtraci, aby se získalo stabilní stejnosměrné napětí. . V obvodu výkonová trioda a dioda pracují hlavně ve spínacím stavu a pracují v řádu mikrosekund; Když jsou trioda a dioda zapnuty a vypnuty, proud se během doby náběhu a poklesu výrazně mění, což snadno vytváří vysokofrekvenční energii a vytváří zdroje rušení. Současně svodová indukčnost transformátoru a špička způsobená zpětným zotavovacím proudem výstupní diody budou také tvořit potenciální elektromagnetické rušení.
Spínaný zdroj obvykle pracuje na vysoké frekvenci a frekvence je nad 02 kHz, takže jeho distribuovanou kapacitu nelze ignorovat. Na jedné straně má izolační deska mezi chladičem a kolektorem spínací trubice velkou kontaktní plochu a tenkou izolační desku, takže distribuovanou kapacitu mezi nimi nelze při vysoké frekvenci ignorovat a vysokofrekvenční proud bude proudění do chladiče přes distribuovanou kapacitu a poté do kostry, což má za následek rušení v běžném režimu; Na druhé straně existuje distribuovaná kapacita mezi primárními stupni pulzního transformátoru, která může přímo tavit napětí primárního vinutí se sekundárním vinutím a produkovat rušení v běžném režimu na dvou silových vedeních se stejnosměrným výstupem sekundárního vinutí. navíjení.
Zdroje rušení ve spínaných zdrojích se proto soustřeďují především v součástech, jako jsou spínací elektronky, diody a vysokofrekvenční transformátory, stejně jako vstupní a usměrňovací obvody střídavého proudu.
2 Opatření k potlačení elektromagnetického rušení spínaného zdroje
Řízení EMI spínaného zdroje obvykle používá hlavně filtrační technologii, technologii stínění, technologii těsnění a technologii uzemnění. EMI rušení lze rozdělit na vodivé rušení a radiační rušení podle přenosové cesty. Spínaný zdroj vede hlavně rušení a jeho frekvenční rozsah je nejširší, asi 10 kHz-30MHz. Protiopatření k potlačení rušení vedením jsou v zásadě řešena ve třech frekvenčních pásmech: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz a výše. Běžné rušení je převážně v rozsahu 10kHz až 150kHz, což je obecně řešeno obecným LC filtrem. Běžné rušení je převážně v rozsahu 150 kHz-10 MHz, což je obvykle řešeno odmítacím filtrem v běžném režimu. Protiopatření pro frekvenční pásmo nad 10 MHz mají zlepšit tvar filtru a přijmout opatření proti elektromagnetickému stínění.
2.1 pomocí AC vstupního EMI filtru.
Obvykle existují dva způsoby přenosu rušivého proudu na vodič: společný režim a diferenciální režim. Rušení v běžném režimu je interference mezi nosnou tekutinou a zemí: interference má stejnou velikost a směr a existuje mezi jakoukoli relativní zemí napájecího zdroje nebo mezi neutrálním vedením a zemí. Je produkován hlavně du/dt a di/dt také vytváří určité rušení v běžném režimu. Interference v diferenciálním režimu je interference mezi nosnými tekutinami: interference je stejná co do velikosti a opačného směru a existuje mezi fázovým vedením a nulovým vedením napájecího zdroje a fázovým vedením a fázovým vedením. Když je rušivý proud přenášen na vodič, může se objevit jak v běžném režimu, tak v diferenciálním režimu. Avšak interferenční proud v běžném režimu může rušit užitečné signály pouze poté, co se stane rušivým proudem v diferenciálním režimu.
Existují dva výše uvedené druhy rušení v přenosovém vedení střídavého proudu, obvykle nízkofrekvenční rušení v diferenciálním režimu a vysokofrekvenční rušení se společným režimem. Obecně je amplituda rušení v diferenciálním režimu malá, frekvence je nízká a způsobené rušení je malé; Rušení v běžném režimu má velkou amplitudu a vysokou frekvenci a může také produkovat záření přes dráty, což způsobuje velké rušení. Pokud je na vstupním konci napájecího zdroje střídavého proudu použit vhodný filtr EMI, lze elektromagnetické rušení účinně potlačit. Základní princip silového EMI filtru je znázorněn na obrázku 1, na kterém se používají diferenciální kondenzátory C1 a C2 ke zkratování rušivého proudu diferenciálního režimu, zatímco mezilehlé zemnící kondenzátory C3 a C4 se používají ke zkratování. obvod rušivý proud společného režimu. Společná tlumivka se skládá ze dvou cívek o stejné tloušťce a navinutých na magnetickém jádru ve stejném směru. Pokud je magnetická vazba mezi dvěma cívkami velmi těsná, svodová indukčnost bude velmi malá, což je špatné ve frekvenčním rozsahu elektrického vedení.
Modusová reaktance bude velmi malá; Když proud zátěže protéká souosou tlumivkou, magnetické siločáry generované cívkami zapojenými do série na fázovém vedení jsou opačné než siločáry generované cívkami zapojenými do série na nulovém vedení a vzájemně se ruší magnetické jádro. Proto ani v případě velkého zatěžovacího proudu nedojde k nasycení magnetického jádra. Pro shodný interferenční proud jsou magnetická pole generovaná dvěma cívkami ve stejném směru, což bude představovat velkou indukčnost, což hraje roli při zeslabení rušivého signálu v součinném režimu. Zde by měla být tlumivka se společným režimem vyrobena z feritového magnetického materiálu s vysokou permeabilitou a dobrými frekvenčními charakteristikami.
