Skúsenosti s dizajnom spínaného zdroja EMI
1. EMI zdroj spínaného zdroja
Zdroje EMI rušenia spínaného zdroja sa prejavujú najmä v elektrónke vypínača, usmerňovacej dióde, vysokofrekvenčnom transformátore atď. Rušenie vonkajšieho prostredia na spínanom zdroji pochádza najmä z jitteru elektrickej siete, bleskov štrajky a vonkajšie žiarenie.
(1) Rúrka vypínača napájania
Rúrka vypínača funguje v stave rýchleho prepínania cyklu zapnuté-vypnuté a dv/dt a di/dt sa rýchlo menia. Preto je elektrónka vypínača nielen hlavným zdrojom rušenia väzby elektrického poľa, ale aj hlavným zdrojom rušenia väzby magnetického poľa.
(2) Vysokofrekvenčný transformátor
Zdroj EMI vysokofrekvenčného transformátora je sústredený v rýchlom cykle di/dt transformácie zodpovedajúcej únikovej indukčnosti, takže vysokofrekvenčný transformátor je dôležitým zdrojom rušenia väzby magnetického poľa.
(3) Usmerňovacia dióda
Zdroj EMI usmerňovacej diódy sa odráža hlavne v charakteristikách spätného zotavenia. Nespojitý bod spätného zotavovacieho prúdu bude generovať vysoký dv/dt v indukčnosti (indukčnosť zvodu, rozptylová indukčnosť atď.), čo má za následok silné elektromagnetické rušenie.
(4) PCB
Presnejšie povedané, DPS je spojovacím kanálom pre vyššie uvedené zdroje rušenia a kvalita DPS priamo zodpovedá potlačeniu vyššie uvedených zdrojov EMI.
2. Klasifikácia prenosového kanála EMI spínaného zdroja
(1) Prenosový kanál pre vedené rušenie
(1) Kapacitná väzba
(2) Indukčná väzba
(3) Odporová spojka
a. Odporová vodivá väzba generovaná vnútorným odporom verejného napájania
b. Odporová vodivá väzba generovaná spoločnou zemnou impedanciou
c. Odporová vodivá väzba generovaná impedanciou spoločného vedenia
(2) Prenosový kanál rušenia žiarenia
(1) V spínanom napájacom zdroji možno komponenty a vodiče, ktoré môžu tvoriť zdroj rušenia žiarenia, považovať za antény, takže na analýzu možno použiť teóriu elektrického dipólu a magnetického dipólu; diódy, kondenzátory a elektrónky výkonových spínačov možno považovať za elektrické dipóly, indukčné cievky možno považovať za magnetické dipóly;
(2) Ak nie je štít, prenosovým kanálom elektromagnetických vĺn generovaných elektrickými dipólmi a magnetickými dipólmi je vzduch (čo možno považovať za voľný priestor);
(3) Ak existuje tieniace teleso, zvážte medzery a otvory tieniaceho telesa a analyzujte a spracujte podľa matematického modelu únikového poľa.
3. Deväť hlavných opatrení na potlačenie EMI spínaného zdroja
V spínanom zdroji sú hlavnými príčinami EMI náhle zmeny napätia a prúdu, menovite vysoké dv/dt a di/dt. Technické opatrenia návrhu EMC na realizáciu spínaného napájacieho zdroja sú založené hlavne na nasledujúcich dvoch bodoch:
(1) Minimalizujte zdroj rušenia generovaného samotným napájacím zdrojom, použite metódu potlačenia rušenia alebo generujte komponenty a obvody s menším rušením a vytvorte primerané usporiadanie;
(2) Potlačiť EMI napájacieho zdroja a zlepšiť EMS napájacieho zdroja prostredníctvom uzemnenia, filtrovania, tienenia a iných technológií.
Samostatne povedané, deväť hlavných opatrení je:
(1) Znížte dv/dt a di/dt (znížte jeho maximálnu hodnotu, spomalte jeho sklon)
(2) Rozumné použitie varistorov na zníženie rázového napätia
(3) Tlmiaca sieť potláča prekmit
(4) Diódy s charakteristikami mäkkého zotavenia sa používajú na zníženie vysokofrekvenčného EMI
(5) Aktívna korekcia účinníka a iné techniky korekcie harmonických
(6) Používajte primerane navrhnutý filter elektrického vedenia
(7) Primerané uzemnenie
(8) Účinné tieniace opatrenia
(9) Rozumný dizajn PCB
4. Riadenie zvodovej indukčnosti vysokofrekvenčného transformátora
Zvodová indukčnosť vysokofrekvenčného transformátora je jedným z dôležitých dôvodov pre vypínacie špičkové napätie elektrónky výkonového spínača. Preto sa riadenie únikovej indukčnosti stáva primárnym problémom pri riešení EMI spôsobeného vysokofrekvenčným transformátorom.
Existujú dva vstupné body na zníženie zvodovej indukčnosti vysokofrekvenčných transformátorov: elektrický návrh a návrh procesu!
(1) Vyberte si vhodné magnetické jadro, aby ste znížili únikovú indukčnosť. Úniková indukčnosť je úmerná štvorcu počtu závitov na primárnej strane, zníženie počtu závitov výrazne zníži únikovú indukčnosť.
(2) Znížte izolačnú vrstvu medzi vinutiami. Teraz je tu izolačná vrstva nazývaná „zlatý film“ s hrúbkou 20-100um a napätím pri prieraze impulzov niekoľko tisíc voltov.
(3) Zvýšte väzbu medzi vinutiami a znížte únikovú indukčnosť.
5. Tienenie vysokofrekvenčných transformátorov
Aby sa zabránilo rušeniu zvodového magnetického poľa vysokofrekvenčného transformátora s okolitými obvodmi, je možné použiť tieniacu pásku na tienenie úniku magnetického poľa vysokofrekvenčného transformátora. Tieniaca páska je vo všeobecnosti vyrobená z medenej fólie, navinutá okolo vonkajšej strany transformátora a uzemnená. Tieniaca páska je skratový krúžok vzhľadom na zvodové pole, čím sa potláča únik zvodového poľa vo väčšom rozsahu.
U vysokofrekvenčných transformátorov dôjde k relatívnemu posunu medzi magnetickými jadrami a medzi vinutiami, čo spôsobí hluk (vytie, vibrácie) pri prevádzke vysokofrekvenčného transformátora. Aby sa predišlo tomuto hluku, musí byť transformátor vytvrdený:
(1) Použite epoxidovú živicu na spojenie troch kontaktných povrchov magnetického jadra (ako je magnetické jadro EE, EI), aby ste potlačili vytváranie relatívneho posunutia;
(2) Na spojenie magnetického jadra použite lepidlo "sklenené guľôčky" (Glass Beads), efekt je lepší.
