Schéma návrhu elektromagnetické kompatibility pro vysokofrekvenční spínaný napájecí zdroj
Pokud není problém s elektromagnetickým rušením (EMI) existující v samotném vysokofrekvenčním spínaném zdroji správně řešen, je nejen snadné způsobit znečištění elektrické sítě, které přímo ovlivňuje normální provoz jiných elektrických zařízení, ale také snadno vytvářejí elektromagnetické znečištění v příchozím prostoru, což má za následek problém elektromagnetické kompatibility (EMC) vysokofrekvenčního spínaného zdroje. Tento článek se zaměřuje na analýzu elektromagnetického rušení překračujícího standard v modulu vysokofrekvenčního spínaného zdroje 1200W (24V/50A) používaného v obrazovkách napájení železničních návěstidel a navrhuje opatření ke zlepšení.
Elektromagnetické rušení generované vysokofrekvenčními spínanými napájecími zdroji lze rozdělit do dvou kategorií: rušení vedením a rušení vyzařované. Poruchy ve vedení se šíří prostřednictvím zdrojů střídavého proudu s frekvencemi pod 30 MHz; Radiační porucha se šíří prostorem o frekvencích od 30 do 1000 MHz.
Analýza zdrojů elektromagnetického rušení ve vysokofrekvenčních spínaných napájecích zdrojích
Spínané výkonové tranzistory pracují ve vysokofrekvenčním vedení a ve stavech odpojení. Aby se snížily spínací ztráty, zlepšila se hustota výkonu a celková účinnost, rychlost otevírání a zavírání spínacího tranzistoru je stále rychlejší a rychlejší, obvykle během několika mikrosekund. Spínací tranzistor se otevírá a zavírá při této rychlosti a vytváří rázové napětí a rázový proud, které budou generovat vysokofrekvenční a vysokonapěťové špičkové harmonické a elektromagnetické rušení na vesmírných a střídavých vstupních linkách.
Současně s tím, jak vysokofrekvenční transformátor T1 provádí transformaci výkonu, generuje střídavá elektromagnetická pole, vyzařující elektromagnetické vlny do prostoru, vytvářející radiační poruchy. Rozložená indukčnost a kapacita transformátoru generují oscilace, které jsou spojeny se vstupním střídavým obvodem prostřednictvím distribuované kapacity mezi primárními stupni transformátoru a vytvářejí vodivé poruchy.
Při relativně nízkém výstupním napětí pracuje výstupní usměrňovací dioda ve vysokofrekvenčním spínacím stavu a je také zdrojem elektromagnetického rušení.
Kvůli parazitní indukčnosti a kapacitě přechodu vývodu diody, stejně jako vlivu zpětného zotavovacího proudu, pracuje při vysokém napětí a rychlosti změny proudu. Čím delší je doba zpětného zotavení diody, tím větší je dopad špičkového proudu a tím silnější je signál poruchy, což má za následek vysokofrekvenční útlumové oscilace, což je porucha vedení v diferenciálním módu.
Všechny generované elektromagnetické signály jsou přenášeny do externích zdrojů energie prostřednictvím kovových vodičů, jako jsou elektrické vedení, signální vedení a zemnící vodiče, což vytváří vodivé poruchy. Vyzařované poruchy jsou způsobeny rušivými signály vyzařovanými přes vodiče a zařízení nebo propojovacími vodiči fungujícími jako antény.
3. Návrh elektromagnetické kompatibility pro vysokofrekvenční spínané napájení Elektromagnetické rušení
Přidejte výkonový filtr na vstup spínaného zdroje pro potlačení vyšších harmonických generovaných spínaným zdrojem.
Přidání feritových magnetických kroužků do vstupního a výstupního napájecího vedení může potlačit vysokofrekvenční společný režim v napájecím vedení a snížit rušivou energii vyzařovanou elektrickým vedením.
Elektrické vedení by mělo být co nejblíže zemnicímu vodiči, aby se zmenšila oblast smyčky vyzařování v diferenciálním režimu; Vstupní AC napájecí vedení a výstupní DC napájecí vedení veďte odděleně, abyste snížili elektromagnetickou vazbu mezi vstupem a výstupem; Signální vedení by mělo být vedeno mimo elektrické vedení, v blízkosti zemnícího vodiče a ne příliš dlouhé, aby se zmenšila oblast smyčky obvodu; Šířka čar na desce plošných spojů by se neměla prudce měnit a rohy by měly být obloukovitě převáděny, přičemž by se měly pokud možno vyhýbat pravým úhlům nebo ostrým rohům.
Nainstalujte oddělovací kondenzátory na čip a elektronky spínače MOS co nejblíže k napájecímu a zemnicímu kolíku paralelně k zařízení.
Vzhledem k přítomnosti Ldi/dt v zemnícím vodiči jsou deska PCB a šasi nepřímo spojeny měděnými sloupky. Pro ty, které nejsou vhodné pro připojení měděného sloupku, se používají silnější dráty a uzemňují se poblíž.
Přidejte RC absorpční obvody na oba konce spínací trubice a výstupní usměrňovací diodu pro absorbování rázového napětí.
