Oblikovalska rešitev za elektromagnetno združljivost za visokofrekvenčno stikalno napajanje
Če težave z elektromagnetnimi motnjami (EMI) samega visokofrekvenčnega preklopnega napajalnika ne obravnavamo dobro, ne bo le zlahka povzročilo onesnaženja električnega omrežja in neposredno vplivalo na normalno delovanje druge električne opreme, temveč tudi zlahka povzročilo elektromagnetno onesnaženje v prostor, kar ima za posledico velik problem elektromagnetne združljivosti (EMC) frekvenčno preklopnega napajanja. Ta članek se osredotoča na analizo elektromagnetnih motenj, ki presegajo standardni problem 1200 W (24 V/50 A) visokofrekvenčnega stikalnega napajalnega modula, ki se uporablja v napajalnih ploščah za železniški signal, in predlaga ukrepe za izboljšanje.
Elektromagnetne motnje, ki jih povzroča visokofrekvenčno preklopno napajanje, lahko razdelimo v dve kategoriji: prevodne motnje in motnje sevanja. Izvedeno nadlegovanje se prenaša prek napajalnika AC s frekvenco pod 30MHz; sevano nadlegovanje se prenaša skozi vesolje s frekvenco med 30 in 1000MHz.
Analiza virov elektromagnetnih motenj visokofrekvenčnega stikalnega napajanja
Usmernik in napajalna cev Q1 v vezju, napajalne cevi Q2~Q5 v vezju na sliki 1b, visokofrekvenčni transformator T1 in izhodne usmerniške diode D1~D2 so vsi glavni viri elektromagnetnih motenj, ko visoko frekvenčno preklopno napajanje deluje. Konkretno analizirajte, kot je prikazano spodaj.
Harmoniki visokega reda, ki nastanejo med procesom popravljanja usmernika, bodo povzročili motnje prevodnosti in motnje sevanja vzdolž daljnovoda.
Preklopna napajalna cev deluje v visokofrekvenčnem stanju vklopa in izklopa. Za zmanjšanje preklopnih izgub ter izboljšanje gostote moči in splošne učinkovitosti se preklopna cev vklaplja in izklaplja vse hitreje, običajno v nekaj mikrosekundah. Vklapljanje in izklapljanje pri takšni hitrosti tvori udarno napetost in udarni tok, ki ustvarja visokofrekvenčne in visokonapetostne vršne harmonike, ki povzročajo elektromagnetne motnje v prostoru in AC vhodnih vodih.
Medtem ko visokofrekvenčni transformator T1 izvaja pretvorbo moči, ustvarja izmenično elektromagnetno polje in seva elektromagnetne valove v vesolje, kar povzroča motnje sevanja. Porazdeljena induktivnost in kapacitivnost transformatorja ustvarjata nihanje in sta povezani z vhodno zanko izmeničnega toka prek porazdeljene kapacitivnosti med primarno in sekundarno stopnjo transformatorja, kar povzroča prevodne motnje.
Ko je izhodna napetost relativno nizka, deluje izhodna usmerniška dioda v visokofrekvenčnem preklopnem stanju, kar je tudi vir elektromagnetnih motenj.
Zaradi parazitske induktivnosti svinca diode, kapacitivnosti spoja in vpliva povratnega obnovitvenega toka deluje pri zelo visokih stopnjah spremembe napetosti in toka. Daljši kot je povratni obnovitveni čas diode, večji je vpliv koničnega toka. , močnejši postane signal motnje, kar ima za posledico visokofrekvenčno oslabljeno nihanje, ki je nekakšna motnja prevodnosti diferencialnega načina.
Vsi ti ustvarjeni elektromagnetni signali se prek kovinskih žic, kot so daljnovodi, signalni vodi in ozemljitvene žice, prenašajo v zunanji vir napajanja, kar povzroča prevodne motnje. Sevane motnje povzročajo signali motenj, ki sevajo skozi žice in naprave ali prek povezav, ki delujejo kot antene.
3. Zasnova elektromagnetne združljivosti za elektromagnetne motnje visokofrekvenčnega preklopnega napajanja
Dodajte napajalni filter na vhod stikalnega napajalnika, da preprečite harmonike visokega reda, ki jih ustvarja stikalni napajalnik.
Dodajanje feritnega magnetnega obroča na vhodne in izhodne napajalne vode ne le zavira visokofrekvenčni skupni način v napajalnih vodih, ampak tudi zmanjša energijo motenj, ki se oddaja po napajalnih vodih.
Napajalni vod naj bo čim bližje ozemljitveni žici, da zmanjšate območje zanke diferencialnega sevanja; ločeno napeljite vhodni napajalni vod za izmenični tok in izhodni napajalni vod za enosmerni tok, da zmanjšate elektromagnetno povezavo med vhodom in izhodom; držite signalni vod stran od električnega voda in blizu tal. Vodi morajo biti speljani in ne smejo biti predolgi, da se zmanjša območje zanke; širina črt na tiskanem vezju ne sme biti nenadna, uporabite ločne prehode na vogalih in poskusite ne uporabljati pravih kotov ali ostrih vogalov.
Namestite ločilne kondenzatorje na čip in stikalno cev MOS čim bližje napajalnim in ozemljitvenim zatičem naprave vzporedno.
Zaradi obstoja Ldi/dt v ozemljitveni žici sta plošča PCB in ohišje posredno povezana z bakrenimi stebri. Za tiste, ki niso primerni za povezavo z bakrenimi stebri, je treba uporabiti debelejše žice in jih ozemljiti v bližini.
Dodajte RC absorpcijsko vezje na obeh koncih stikalne cevi in izhodne usmerniške diode, da absorbirate udarno napetost.
