Příčiny elektromagnetické kompatibility způsobené spínaným napájením
Spínaný zdroj 24V pracuje ve spínaném stavu vysokého napětí a vysokého proudu a příčiny problémů s elektromagnetickou kompatibilitou jsou poměrně komplikované. Z elektromagnetické kompatibility celého stroje existuje především několik druhů společné impedanční vazby, spojky vedení, spojky elektrického pole a spojky elektromagnetických vln s magnetickým polem. Tři prvky elektromagnetické kompatibility jsou: zdroj rušení, cesta šíření a rušený objekt. Společná impedanční vazba je především společná impedance mezi zdrojem a objektem, přes kterou může signál vstupovat do objektu. Vazba line-to-line se týká především vzájemné vazby vodičů nebo linek PCB, které generují rušivé napětí a rušivý proud díky paralelnímu zapojení.
Vazba elektrického pole je způsobena především existencí rozdílu potenciálů a indukované elektrické pole je spojeno s narušeným objektem. Vazba magnetického pole je především vazba nízkofrekvenčního magnetického pole generovaného v blízkosti pulzního elektrického vedení velkého proudu na škrábající předmět. Vazba elektromagnetického pole je způsobena především vysokofrekvenční elektromagnetickou vlnou generovanou pulzujícím napětím nebo proudem, která vyzařuje prostorem ven a spojuje odpovídající rušený objekt. Ve skutečnosti nelze každý režim spojování striktně rozlišit, ale důraz je jiný.
Ve spínaném zdroji 24V pracuje trubice hlavního vypínače ve vysokofrekvenčním spínacím režimu při velmi vysokém napětí a spínací napětí a spínací proud se blíží obdélníkovým vlnám. Ze spektrální analýzy je známo, že obdélníkový signál obsahuje bohaté vyšší harmonické a spektrum vyšších harmonických může dosáhnout více než 1000násobku frekvence obdélníkových vln. Zároveň v důsledku svodové indukčnosti a rozložené kapacity výkonového transformátoru a neideálního pracovního stavu hlavního výkonového spínacího zařízení často dochází k vysokofrekvenčnímu a vysokonapěťovému špičkovému harmonickému kmitání při zapnutí vysoké frekvence resp. vypnuto a vyšší harmonické generované tímto harmonickým kmitáním jsou přenášeny do vnitřního obvodu prostřednictvím distribuované kapacity mezi spínací trubicí a zářičem nebo vyzařovány do prostoru přes zářič a transformátor.
Diody používané pro usměrnění a volnoběh jsou také důležitou příčinou vysokofrekvenčního rušení. Protože usměrňovací a volnoběžné diody pracují ve vysokofrekvenčním spínacím stavu, v důsledku existence parazitní indukčnosti olova, kapacity přechodu a vlivu zpětného zotavovacího proudu, pracují při velmi vysoké rychlosti změny napětí a proudu a produkují vysokofrekvenční kmitání. Protože usměrňovač a nulová dioda jsou obecně blízko výstupního vedení, vysokofrekvenční rušení jimi generované lze snadno přenášet přes výstupní vedení stejnosměrného proudu.
Pro zlepšení účiníku 24V spínaného zdroje jsou použity aktivní korekční obvody účiníku. Současně, aby se zlepšila účinnost a spolehlivost obvodu a snížilo elektrické namáhání energetických zařízení, bylo přijato velké množství technologií měkkého spínání. Mezi nimi je široce používána technologie spínání nulového napětí, nulového proudu nebo nulového proudu. Tato technologie výrazně snižuje elektromagnetické rušení generované spínacími zařízeními. Většina bezztrátových absorpčních obvodů s měkkým spínáním však používá L a C k přenosu energie a k realizaci jednosměrné přeměny energie využívá jednosměrnou vodivost diod. Proto se diody v tomto rezonančním obvodu stávají hlavním zdrojem elektromagnetického rušení.
V 24V spínaném napájecím zdroji jsou obvody filtrů L a C obecně složeny z indukčních tlumivek a kondenzátorů pro ukládání energie, které mohou filtrovat interferenční signály v diferenciálním režimu a v běžném režimu a převádět střídavé obdélníkové signály na hladké stejnosměrné signály. V důsledku distribuované kapacity indukční cívky se snižuje vlastní rezonanční frekvence indukční cívky, takže velké množství vysokofrekvenčních rušivých signálů prochází indukční cívkou a šíří se směrem ven podél střídavého elektrického vedení nebo výstupního vedení stejnosměrného proudu. . S nárůstem frekvence rušivého signálu se vlivem indukčnosti olova plynule snižuje kapacita a filtrační účinek filtračního kondenzátoru, dokud není nad rezonanční frekvencí, zcela ztrácí svou funkci a stává se indukčním. Nesprávné použití filtračních kondenzátorů a příliš dlouhé přívody jsou také příčinou elektromagnetického rušení.
Díky vysoké hustotě výkonu a vysoké inteligenci 24V spínaného napájecího zdroje s mikroprocesorem MCU je napěťový signál od vysokého do téměř tisíce voltů nízký až několik voltů. Od vysokofrekvenčních digitálních signálů po nízkofrekvenční analogové signály je rozložení pole uvnitř napájecího zdroje poměrně komplikované. Nerozumné zapojení PCB, nepřiměřené konstrukční řešení, nepřiměřené vstupní filtrování napájecího kabelu, nepřiměřené zapojení vstupního a výstupního napájecího kabelu a nepřiměřený návrh CPU a detekčního obvodu, to vše povede k nestabilní práci systému nebo snížení odolnosti vůči vyzařovaným elektromagnetickým polím, jako je např. elektrostatický výboj, elektrický rychlý přechodový jev, úder blesku, rušení přepětím a vedením, rušení zářením.
