Technologie elektromagnetické kompatibility spínaného napájení
Důvody problémů s elektromagnetickou kompatibilitou způsobených spínanými napájecími zdroji jsou poměrně komplikované, protože pracují za podmínek spínání vysokého napětí a vysokého proudu. Z hlediska elektromagnetických vlastností celého stroje se jedná především o běžnou impedanční vazbu, linkovou vazbu, vazbu elektrického pole, vazbu magnetického pole a vazbu elektromagnetické vlny. Společná impedanční vazba je především elektrická společná impedance mezi zdrojem rušení a rušeným tělesem, přes kterou do rušeného tělesa vstupuje rušivý signál. Linková vazba je především vzájemná vazba vodičů nebo linek PCB, které generují rušivé napětí a proud v důsledku paralelního zapojení. Vazba elektrického pole je způsobena především existencí rozdílu potenciálů, který generuje vazbu indukovaného elektrického pole na narušené těleso. Vazba magnetického pole se týká hlavně vazby nízkofrekvenčního magnetického pole generovaného v blízkosti vysokoproudého pulzního elektrického vedení k rušivému objektu. Vazba elektromagnetického pole je způsobena především vysokofrekvenčními elektromagnetickými vlnami generovanými pulzujícím napětím nebo proudem vyzařujícím ven prostorem a vazbou na odpovídající narušené tělo. Ve skutečnosti nelze každou metodu spojování striktně rozlišit, ale důraz je jiný.
Ve spínaném zdroji pracuje hlavní výkonová spínací elektronka ve vysokofrekvenčním spínacím režimu při velmi vysokém napětí. Spínací napětí a spínací proud se blíží obdélníkovým vlnám. Ze spektrální analýzy vyplývá, že obdélníkový signál obsahuje bohaté harmonické vyššího řádu. Frekvenční spektrum vyšších harmonických může dosáhnout více než 1000násobku frekvence obdélníkové vlny. Současně v důsledku svodové indukčnosti a distribuované kapacity výkonového transformátoru a neideálního pracovního stavu hlavního výkonového spínacího zařízení se často při zapnutí nebo vypnutí vysoké frekvence generují vysokofrekvenční a vysokonapěťové špičkové harmonické oscilace. . Vyšší harmonické generované harmonickým kmitáním jsou přenášeny do vnitřního obvodu prostřednictvím distribuované kapacity mezi spínací trubicí a zářičem nebo vyzařovány do prostoru přes zářič a transformátor. Významnou příčinou vysokofrekvenčního rušení jsou také spínací diody používané pro usměrnění a volnoběh. Protože usměrňovací a volnoběžné diody pracují ve vysokofrekvenčním spínacím stavu, existence parazitní indukčnosti vývodu diody, existence přechodové kapacity a vliv zpětného zotavovacího proudu ji činí při velmi vysokém napětí a rychlost změny proudu a produkují vysokofrekvenční oscilace. Usměrňovací a volnoběžné diody jsou obecně blíže výstupnímu vedení napájecího zdroje a jimi generované vysokofrekvenční rušení se s největší pravděpodobností přenáší přes výstupní vedení stejnosměrného proudu. Pro zlepšení účiníku využívá spínaný zdroj aktivní obvod korekce účiníku. Současně se pro zlepšení účinnosti a spolehlivosti obvodu a snížení elektrického namáhání výkonového zařízení používá velké množství technologií měkkého spínání. Mezi nimi je nejpoužívanější technologie přepínání nulového napětí, nulového proudu nebo nulového napětí/nulového proudu. Tato technologie výrazně snižuje elektromagnetické rušení generované spínacími zařízeními. Většina nedestruktivních absorpčních obvodů s měkkým spínáním však používá L a C pro přenos energie a využívá jednosměrnou vodivost diod k realizaci jednosměrné přeměny energie. Proto se diody v rezonančním obvodu stávají hlavním zdrojem elektromagnetického rušení.
Spínané napájecí zdroje obecně používají indukční cívky a kondenzátory akumulující energii k vytvoření L a C filtračních obvodů pro filtrování diferenciálních a společných rušivých signálů. V důsledku distribuované kapacity indukční cívky se sníží vlastní rezonanční frekvence indukční cívky, takže velké množství vysokofrekvenčních rušivých signálů prochází indukční cívkou a šíří se směrem ven podél střídavého elektrického vedení nebo stejnosměrného výstupu. čára. S rostoucí frekvencí rušivého signálu vede vliv indukčnosti přívodu filtračního kondenzátoru k trvalému poklesu kapacity a filtračního účinku a dokonce ke změnám parametrů kondenzátoru, což je také příčinou elektromagnetického rušení.
Řešení pro elektromagnetickou kompatibilitu
Z hlediska tří prvků elektromagnetické kompatibility můžeme při řešení problému elektromagnetické kompatibility spínaných zdrojů začít ze tří hledisek: za prvé, snížit rušivý signál generovaný zdrojem rušení; za druhé, odříznout cestu šíření rušivého signálu; za třetí, zlepšit schopnost obtěžovaného těla proti obtěžování. Při řešení vnitřní kompatibility spínaného zdroje lze výše uvedené tři způsoby využít komplexně, na základě poměru nákladů a přínosů a jednoduchosti implementace. Vnější poruchy generované spínanými napájecími zdroji, jako jsou harmonické proudy elektrického vedení, poruchy vedení elektrického vedení a poruchy vyzařování elektromagnetického pole, lze proto vyřešit pouze snížením zdroje rušení. Na jedné straně může zlepšit návrh vstupního/výstupního filtračního obvodu, zlepšit výkon obvodu APFC, snížit rychlost změny napětí a proudu spínací trubice, usměrňovače a volnoběžné diody a přijmout různé topologie měkkého spínacího obvodu. a kontrolních metod atd.; na jedné straně posílit stínící účinek pouzdra, zlepšit únik mezery pouzdra a provést dobré uzemnění. Pro externí funkce proti rušení (jako jsou přepětí a údery blesku) by měly být optimalizovány možnosti ochrany před bleskem vstupních a stejnosměrných výstupních portů. Obvykle se pro kombinovaný průběh úderu blesku 1,2/50μs napětí naprázdno a zkratový proud 8/20μs vzhledem k malé energii obvykle řeší kombinací zinkooxidových varistorů a plynových čtvercových elektronek. Pro elektrostatický výboj, obvykle v malém signálovém obvodu komunikačního portu a ovládacího portu, použijte TVS trubici a odpovídající ochranu uzemnění, zvyšte elektrickou vzdálenost mezi malým signálovým obvodem a šasi atd., abyste vyřešili nebo vybrali zařízení s anti- statické narušení. Rychlý přechodový signál obsahuje velmi široké frekvenční spektrum a lze jej snadno přenést do řídicího obvodu ve formě společného režimu. Stejná metoda jako antistatická se používá ke snížení distribuované kapacity souosé indukčnosti a posílení filtrování souosého signálu vstupního obvodu (plus kondenzátory se součinným režimem nebo vložná ztrátová feritová jádra atd.) pro zlepšení imunity. systému.
Chcete-li snížit vnitřní rušení spínaného zdroje, realizovat jeho vlastní elektromagnetickou kompatibilitu a zlepšit stabilitu a spolehlivost spínaného zdroje, měli byste začít s následujícími aspekty:
①Věnujte pozornost správnému rozdělení kabeláže DPS digitálního obvodu a obvodu modulu;
②Oddělení napájení digitálního obvodu a analogového obvodu;
③Jednobodové uzemnění digitálních obvodů a analogových obvodů, jednobodové uzemnění silnoproudých obvodů a slaboproudých obvodů, zejména obvodů vzorkování proudu a napětí, pro snížení běžného rušení odporu a vlivu zemnících kroužků. Při zapojování věnujte pozornost vzdálenosti mezi sousedními vedeními a vlastnostem signálu, vyhněte se přeslechům, zmenšete oblast obklopenou obvodem výstupního usměrňovače, obvodem volnoběžné diody a obvodem větveného filtru, snižte únik transformátoru, rozloženou kapacitu filtrační induktor a použít filtrační kondenzátory s vysokými rezonančními frekvencemi.
