Analýza technológie riadenia EMI spínaného zdroja
V tomto dokumente je podrobne analyzovaný mechanizmus EMI v spínanom napájacom zdroji a je predložený rad stratégií na potlačenie EMI, čím sa účinne zlepšuje elektromagnetická kompatibilita spínaného zdroja.
Spínaný zdroj je druh výkonového elektronického produktu, ktorý využíva výkonové polovodičové zariadenia a integruje technológiu konverzie energie, elektronickú elektromagnetickú technológiu a technológiu automatického riadenia. Pre svoje výhody nízkej spotreby energie, vysokej účinnosti, malého objemu, nízkej hmotnosti, stabilnej práce, bezpečnosti a spoľahlivosti a širokého rozsahu stabilizácie napätia je široko používaný v oblasti počítačov, komunikácií, elektronických prístrojov, priemyselného automatického riadenia, národnej obrany a domácich spotrebičov. Spínaný zdroj má však zlú prechodovú odozvu a je náchylný na elektromagnetické rušenie (EMD) a signál EMI zaberá široký frekvenčný rozsah a má určitú amplitúdu. Tieto signály EMI znečisťujú elektromagnetické prostredie vedením a žiarením a spôsobujú rušenie komunikačných zariadení a elektronických prístrojov, čím do určitej miery obmedzujú používanie spínaného zdroja napájania.
1 spínaný zdroj spôsobuje elektromagnetické rušenie
Elektromagnetická interferencia (EMI) je druh poškodenia výkonu elektronického systému alebo subsystému spôsobeného neočakávaným elektromagnetickým rušením. Skladá sa z troch základných prvkov: zdroj rušenia, to znamená zariadenie, ktoré generuje energiu elektromagnetického rušenia; spojovací kanál, to znamená kanál alebo médium na prenos elektromagnetického rušenia; Citlivé zariadenia, to znamená zariadenia, zariadenia, podsystémy alebo systémy poškodené elektromagnetickým rušením. Na základe toho sú základnými opatreniami na kontrolu elektromagnetického rušenia: potlačenie zdrojov rušenia, odrezanie cesty katastrofy, zníženie odozvy citlivých zariadení na rušenie alebo zvýšenie úrovne elektromagnetickej citlivosti.
Podľa princípu fungovania spínaného napájacieho zdroja je známe, že spínaný napájací zdroj najprv usmerňuje striedavý prúd s napájacou frekvenciou na jednosmerný prúd, potom ho invertuje na striedavý prúd s vysokou frekvenciou a nakoniec ho vydáva cez usmernenie a filtrovanie, aby sa získalo stabilné jednosmerné napätie. . V obvode výkonová trióda a dióda pracujú hlavne v spínacom stave a pracujú v mikrosekundovom poriadku; Keď sa trióda a dióda zapínajú a vypínajú, prúd sa počas stúpania a klesania výrazne mení, čím sa ľahko vytvára rádiofrekvenčná energia a vytvárajú sa zdroje rušenia. Súčasne zvodová indukčnosť transformátora a špička spôsobená spätným zotavovacím prúdom výstupnej diódy budú tiež tvoriť potenciálne elektromagnetické rušenie.
Spínaný zdroj zvyčajne pracuje pri vysokej frekvencii a frekvencia je nad 02 kHz, takže jeho rozloženú kapacitu nemožno ignorovať. Na jednej strane má izolačná doska medzi chladičom a kolektorom spínacej trubice veľkú kontaktnú plochu a tenkú izolačnú dosku, takže distribuovanú kapacitu medzi nimi nemožno ignorovať pri vysokej frekvencii a vysokofrekvenčný prúd bude prúdenie do chladiča cez rozloženú kapacitu a potom do uzemnenia šasi, čo vedie k rušeniu v spoločnom režime; Na druhej strane existuje rozložená kapacita medzi primárnymi stupňami impulzného transformátora, ktorá môže priamo spájať napätie primárneho vinutia so sekundárnym vinutím a vytvárať rušenie v spoločnom režime na dvoch elektrických vedeniach s jednosmerným výstupom sekundárneho vinutia. vinutie.
Zdroje rušenia v spínaných zdrojoch sú preto sústredené najmä v komponentoch, ako sú spínacie elektrónky, diódy a vysokofrekvenčné transformátory, ako aj vstupné a usmerňovacie výstupné obvody striedavého prúdu.
2 Opatrenia na potlačenie elektromagnetického rušenia spínaného zdroja
EMI kontrola spínaného zdroja zvyčajne využíva hlavne filtračnú technológiu, technológiu tienenia, technológiu tesnenia a technológiu uzemnenia. EMI rušenie možno rozdeliť na vodivé rušenie a radiačné rušenie podľa prenosovej cesty. Spínaný zdroj vedie hlavne k rušeniu a jeho frekvenčný rozsah je najširší, asi 10 kHz-30MHz. Protiopatrenia na potlačenie rušenia vedením sú v zásade riešené v troch frekvenčných pásmach: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz a vyššie. Bežné rušenie je hlavne v rozsahu 10kHz až 150kHz, čo je vo všeobecnosti riešené všeobecným LC filtrom. Bežné rušenie je hlavne v rozsahu 150 kHz-10 MHz, čo sa zvyčajne rieši filtrom na odmietnutie spoločného režimu. Protiopatrenia pre frekvenčné pásmo nad 10 MHz majú zlepšiť tvar filtra a prijať opatrenia na elektromagnetické tienenie.
2.1 pomocou AC vstupného EMI filtra.
Zvyčajne existujú dva spôsoby prenosu rušivého prúdu na vodič: bežný režim a diferenciálny režim. Rušenie v spoločnom režime je rušenie medzi nosnou tekutinou a zemou: rušenie má rovnakú veľkosť a smer a existuje medzi akoukoľvek relatívnou zemou napájacieho zdroja alebo medzi neutrálnym vedením a zemou. Vyrába sa hlavne pomocou du/dt a di/dt tiež vytvára určité rušenie spoločného režimu. Interferencia v diferenciálnom režime je interferenciou medzi nosnými tekutinami: interferencia je rovnako veľká a má opačný smer a existuje medzi fázovým vedením a neutrálnym vedením napájacieho zdroja a fázovým vedením a fázovým vedením. Keď sa interferenčný prúd prenáša na vodič, môže sa objaviť v spoločnom režime aj v diferenciálnom režime. Rušivý prúd v bežnom režime však môže interferovať s užitočnými signálmi až potom, čo sa stane interferenčným prúdom v diferenciálnom režime.
Existujú dva vyššie uvedené druhy rušenia v prenosovom vedení striedavého prúdu, zvyčajne nízkofrekvenčné rušenie v diferenciálnom režime a vysokofrekvenčné rušenie so spoločným režimom. Vo všeobecnosti je amplitúda rušenia v diferenciálnom režime malá, frekvencia je nízka a spôsobené rušenie je malé; Rušenie v bežnom režime má veľkú amplitúdu a vysokú frekvenciu a môže tiež produkovať žiarenie cez drôty, čo spôsobuje veľké rušenie. Ak sa na vstupnom konci zdroja striedavého prúdu použije vhodný filter EMI, možno účinne potlačiť elektromagnetické rušenie. Základný princíp silového EMI filtra je znázornený na obrázku 1, na ktorom sa používajú diferenciálne režimové kondenzátory C1 a C2 na skratovanie diferenciálneho režimu interferenčného prúdu, zatiaľ čo medzilinkové uzemňovacie kondenzátory C3 a C4 sa používajú na skratovanie. obvod rušivý prúd spoločného režimu. Tlmivka so spoločným režimom sa skladá z dvoch cievok s rovnakou hrúbkou a navinutých na magnetickom jadre v rovnakom smere. Ak je magnetická väzba medzi dvoma cievkami veľmi tesná, zvodová indukčnosť bude veľmi malá, čo je slabé vo frekvenčnom rozsahu elektrického vedenia.
Režimová reaktancia bude veľmi malá; Keď záťažový prúd preteká cez tlmivku so spoločným režimom, siločiary magnetického poľa generované cievkami zapojenými do série na fázovom vedení sú opačné ako siločiary generované cievkami zapojenými do série na neutrálnom vedení a navzájom sa rušia v magnetické jadro. Preto ani v prípade veľkého zaťažovacieho prúdu nebude magnetické jadro nasýtené. Pre interferenčný prúd v bežnom režime sú magnetické polia generované dvoma cievkami v rovnakom smere, čo bude predstavovať veľkú indukčnosť, čím zohráva úlohu pri zoslabovaní rušivého signálu v bežnom režime. Tu by mala byť tlmivka so spoločným režimom vyrobená z feritového magnetického materiálu s vysokou permeabilitou a dobrými frekvenčnými charakteristikami.
