Analýza zdrojov elektromagnetického rušenia vo vysokofrekvenčných spínaných napájacích zdrojoch
Ak sa problém s elektromagnetickým rušením (EMI), ktorý existuje v samotnom vysokofrekvenčnom spínanom napájacom zdroji, správne nevyrieši, je nielen ľahké spôsobiť znečistenie elektrickej siete, ktoré priamo ovplyvňuje normálnu prevádzku iných elektrických zariadení, ale je tiež ľahké vytvárajú elektromagnetické znečistenie v prichádzajúcom priestore, čo vedie k problému elektromagnetickej kompatibility (EMC) vysokofrekvenčného spínaného zdroja. Tento článok sa zameriava na analýzu elektromagnetického rušenia presahujúceho štandard vo vysokofrekvenčnom spínanom napájacom module 1200W (24V/50A) používanom v obrazovkách napájania železničných signálov a navrhuje opatrenia na zlepšenie.
Elektromagnetické rušenie generované vysokofrekvenčnými spínanými zdrojmi možno rozdeliť do dvoch kategórií: rušenia vedením a rušenia vyžarované. Ruchy vo vedení sa šíria cez zdroje striedavého prúdu s frekvenciami pod 30 MHz; Radiačná porucha sa šíri priestorom s frekvenciami od 30 do 1000 MHz.
Harmonické vlny vysokého rádu generované počas procesu usmerňovania usmerňovača budú generovať poruchy vedenia a žiarenia pozdĺž elektrického vedenia.
Spínané výkonové tranzistory pracujú vo vysokofrekvenčných vodivých a medzných stavoch. Aby sa znížili straty pri spínaní, zlepšila sa hustota výkonu a celková účinnosť, rýchlosť otvárania a zatvárania spínacieho tranzistora je čoraz rýchlejšia, zvyčajne v priebehu niekoľkých mikrosekúnd. Spínací tranzistor sa otvára a zatvára pri tejto rýchlosti, pričom vytvára rázové napätie a rázový prúd, ktoré generujú vysokofrekvenčné a vysokonapäťové špičkové harmonické a elektromagnetické rušenie na vesmírnych a AC vstupných vedeniach.
Súčasne s tým, ako vysokofrekvenčný transformátor T1 vykonáva transformáciu výkonu, generuje striedavé elektromagnetické polia, vyžarujúce elektromagnetické vlny do priestoru, vytvárajúce radiačné poruchy. Rozložená indukčnosť a kapacita transformátora generujú oscilácie, ktoré sú spojené so vstupným obvodom striedavého prúdu prostredníctvom rozloženej kapacity medzi primárnymi stupňami transformátora, čím sa vytvárajú vodivé poruchy.
Pri relatívne nízkom výstupnom napätí pracuje výstupná usmerňovacia dióda vo vysokofrekvenčnom spínacom stave a je tiež zdrojom elektromagnetického rušenia.
Kvôli parazitnej indukčnosti a kapacite prechodu vývodu diódy, ako aj vplyvom spätného zotavovacieho prúdu, pracuje pri vysokých rýchlostiach zmeny napätia a prúdu. Čím dlhší je čas spätného zotavenia diódy, tým väčší je vplyv špičkového prúdu a tým silnejší je signál rušenia, čo vedie k vysokofrekvenčnému útlmu oscilácie, čo je porucha vedenia v diferenciálnom režime.
Všetky generované elektromagnetické signály sa prenášajú do externých zdrojov energie cez kovové vodiče, ako sú elektrické vedenia, signálne vedenia a uzemňovacie vodiče, čím sa vytvárajú vodivé poruchy. Vyžarované poruchy sú spôsobené rušivými signálmi vyžarovanými cez vodiče a zariadenia alebo prepojovacími vodičmi, ktoré fungujú ako antény.
