Návrh simulácie EMI spínaného zdroja
So zvyšujúcou sa spínacou frekvenciou a hustotou výkonu sa elektromagnetické prostredie vo vnútri spínaného zdroja stáva čoraz komplikovanejším a jeho elektromagnetická kompatibilita sa stala hlavným zameraním a hlavným problémom pri návrhu napájacieho zdroja. V konvenčnej metóde navrhovania sa problém EMC rieši empirickým návrhom a problém EMC možno definitívne zvážiť až po vytvorení prototypu. Tradičná náprava EMC môže iba pridať ďalšie komponenty, ktoré môžu ovplyvniť šírku pásma pôvodnej riadiacej slučky, čo má za následok najhorší prípad prepracovania celého systému a zvýšenie nákladov na návrh. Aby sa predišlo tejto situácii, je potrebné zvážiť problémy EMC v procese návrhu, analyzovať a predpovedať EMI spínaného zdroja s určitou presnosťou a zlepšiť návrh podľa mechanizmu rušenia a jeho distribúcie v každom frekvenčnom pásme. znížiť úroveň EMI, čím sa znížia náklady na dizajn.
2 spínaný zdroj EMI charakteristiky a klasifikácia
Aby bolo možné predpovedať vedené elektromagnetické rušenie spínaného zdroja, je potrebné objasniť mechanizmus jeho generovania a vlastnosti zdrojov hluku. Kvôli vysokorýchlostnému spínaciemu pôsobeniu výkonovej spínacej trubice je rýchlosť jej zmeny napätia a prúdu veľmi vysoká a stúpajúca hrana a zostupná hrana obsahujú bohaté vyššie harmonické, takže intenzita elektromagnetického rušenia je veľká; Elektromagnetické rušenie spínaného zdroja sa sústreďuje najmä v blízkosti diód, výkonových spínacích zariadení, radiátorov a s nimi spojených vysokofrekvenčných transformátorov; Pretože spínacia frekvencia spínacej elektrónky sa pohybuje od desiatok kHz do niekoľkých MHz, rušivými formami spínaného zdroja sú hlavne vedené rušenie a rušenie blízkeho poľa. Medzi nimi bude vedené rušenie privádzané do elektrickej siete cez cestu šírenia hluku a bude rušiť ostatné zariadenia pripojené k rozvodnej sieti.
Vedené rušenie spínaného zdroja možno rozdeliť do dvoch kategórií.
1) Rušenie v diferenciálnom režime (DM). Hluk DM je spôsobený hlavne di/dt. Prostredníctvom parazitnej indukčnosti a odporu sa šíri v slučke medzi živým vodičom a neutrálnym vodičom, pričom medzi týmito dvoma vodičmi generuje prúd Idm, ktorý netvorí slučku s uzemňovacím vodičom.
2) rušenie spoločného režimu (CM). Šum CM je spôsobený hlavne dv/dt. Bludná kapacita PCB sa šíri v slučke medzi dvoma elektrickými vedeniami a zemou a rušenie zasahuje medzi vedenie a zem. Rušivý prúd tečie na polovicu na každom z dvoch vedení, so zemou ako spoločnou slučkou. V skutočnom obvode sa v dôsledku nevyváženej impedancie vedenia premení rušenie signálu v bežnom režime na rušenie presluchov, ktoré nie je ľahké odstrániť.
Simulačná analýza EMI v spínaných zdrojoch
Teoreticky povedané, či už ide o simuláciu v časovej oblasti alebo o simuláciu vo frekvenčnej oblasti, pokiaľ je vytvorený primeraný model analýzy, výsledky simulácie môžu správne odrážať stupeň kvantizácie EMI systému.
Metóda simulácie v časovej oblasti potrebuje vytvoriť model obvodu vrátane všetkých parametrov komponentov v prevodníku, použiť softvér PSPICE alebo Sabre na simulačnú analýzu a použiť rýchly nástroj Fourierovej analýzy na získanie tvaru vlny spektra EMI. Táto metóda bola overená pri analýze šumu DM. Avšak nelineárne charakteristiky a rozptylové parametre polovodičových zariadení, ako sú MOSFET a IGBT v spínaných zdrojoch, robia model veľmi komplikovaným a obvodová topológia spínaného zdroja sa neustále mení, keď funguje, čo vedie k problému nekonvergencie v simulácia. Pri štúdiu šumu CM musia byť zahrnuté všetky parametre parazitných prvkov. V dôsledku vplyvu parazitných parametrov sa výsledky FFT ťažko zhodujú s experimentálnymi výsledkami. Spínané meniče zvyčajne pracujú v širokom rozsahu časových konštánt, hlavne zahŕňajúc tri skupiny časových konštánt: časové konštanty súvisiace so základnou frekvenciou výstupnej svorky (desiatky ms); Časová konštanta (desiatky μs) vztiahnutá na frekvenciu spínania spínacích prvkov; Časová konštanta (niekoľko ns) súvisiaca s časom nábehu a časom poklesu pri zapnutí alebo vypnutí spínacieho prvku.
Z tohto dôvodu sa pri simulácii v časovej oblasti musí použiť veľmi malý krok výpočtu a dokončenie výpočtu trvá dlho; Okrem toho výsledky získané metódou časovej domény často nedokážu jasne analyzovať vplyv rôznych premenných v obvode na rušenie, nedokážu hlboko vysvetliť správanie spínaného zdroja EMI a chýba im posúdenie mechanizmu EMI a nemôžu poskytnúť číre riešenie na zníženie EMI.
