Generování a potlačování elektromagnetického rušení ve spínaných zdrojích
Elektromagnetická kompatibilita EMC je zkratka anglického elektromagnetická kompatibilita. Zahrnuje dva významy. Za prvé, elektromagnetické záření generované zařízením při práci musí být omezeno na určitou úroveň. Za druhé, samotné zařízení musí mít určitou schopnost rušení. Musí mít tři prvky: zdroj rušení, spojovací kanál a citlivé tělo. Potlačení rušení spínaným napájením elektronických obvodů má velký význam pro zajištění normálního a stabilního provozu elektronických systémů. Na základě analýzy zdrojů rušení a vazebních kanálů ve spínaných zdrojích navrhuje tento článek účinná opatření k potlačení rušení. Je předložen návrh a způsob výroby spínaného napájecího transformátoru.
Zdroje rušení a vazební kanály ve spínaných zdrojích
Spínaný zdroj nejprve usměrní střídavý proud o výkonové frekvenci na stejnosměrný proud, poté jej pomocí ovládání spínací elektronky změní na vysokofrekvenční a poté jej vyvede přes obvod usměrňovacího filtru, aby získal stabilní stejnosměrné napětí, takže obsahuje hodně harmonického rušení. Současně bude v důsledku svodové indukčnosti transformátoru a špičky způsobené zpětným zotavovacím proudem výstupní diody vznikat elektromagnetické rušení různého stupně. Rušení ve spínaném zdroji se soustřeďuje především na součástky s velkými změnami napětí a proudu (tj. velké dv/dt nebo di/dt), zejména spínací elektronky, výstupní diody a vysokofrekvenční transformátory. Bludná kapacita zároveň povede hluk z elektrické sítě k napájení elektronického systému a bude rušit práci elektronického obvodu. Zde si pojďme analyzovat příčiny několika druhů rušení a jejich vazební cesty.
Filtrační rušení generované obvodem filtru výstupního usměrňovače obecně přijímá obvod můstkového usměrňovače a kondenzátorového filtru na výstupním konci spínaného zdroje. Kvůli nelinearitě usměrňovací diody a funkci ukládání energie filtračního kondenzátoru se výstupní proud stává periodickým špičkovým proudem s krátkou dobou a vysokou špičkovou hodnotou. Tento zkreslený vstupní proud obsahuje kromě základní vlny také bohaté vyšší harmonické složky.
Rušení generované spínacím obvodem
Jádro spínacího obvodu je také jedním z hlavních zdrojů rušení, které se skládá především ze spínací elektronky a vysokofrekvenčního transformátoru. dv/dt generované spínací trubicí má velký puls, široké frekvenční pásmo a bohaté harmonické. Hlavní důvody tohoto pulzního rušení jsou:
(1) V okamžiku, kdy je spínací trubice zapnuta, primární vinutí transformátoru generuje velký zapínací proud a na obou koncích primárního vinutí se objeví vysoké rázové špičkové napětí; V okamžiku, kdy je vypínač vypnutý, se část energie nepřenese z primární cívky na sekundární cívku vlivem svodového toku primární cívky a tato část energie nashromážděná v únikové indukčnosti vytvoří útlumový kmit s vrcholem s mezielektrodovou kapacitou a odporem samotné spínací trubice a bude superponován na vypínací napětí spínací trubice za vzniku vypínacího špičkového napětí. Tento šum bude veden do vstupních a výstupních svorek a bude tvořit vedené rušení.
(2) Když je výstupní dioda zapnuta v propustném směru, náboj v PN přechodu se akumuluje, a když je dioda přivedena zpětným napětím, nahromaděný náboj zmizí a vytvoří se zpětný proud. Protože frekvence V v obvodu sekundárního usměrňovače je při spínání velmi vysoká, to znamená, že doba od zapnutí do vypnutí je velmi krátká a dojde k rázu zpětného proudu, pokud uložený náboj v krátké době zmizí. Vzhledem k existenci distribuované kapacity a distribuované indukčnosti ve stejnosměrném výstupu se rušení způsobené přepětím stává vysokofrekvenčním útlumem a snížením oscilací.
(3) Vysokofrekvenční spínací proudová smyčka složená z primární cívky vysokofrekvenčního transformátoru, spínací trubice a filtračního kondenzátoru může generovat velké prostorové záření a vytvářet radiační interferenci.
Interferenční spojovací kanál
V důsledku rozptylové kapacity mezi primárními vinutími transformátoru se souvislé rušení generované spínacím obvodem šíří transformátorem na primární a sekundární straně. Poměrně řečeno, interferenční cesta diferenciálního režimu je jednoduchá a snadno se s ní manipuluje. Tento článek představuje především generování a potlačování rušení společného módu.
