Analiza EMI nadzorne tehnologije stikalnega napajanja
V tem prispevku je mehanizem EMI v stikalnem napajalniku podrobno analiziran in predstavljena je vrsta strategij za zatiranje EMI, s čimer se učinkovito izboljša elektromagnetna združljivost stikalnega napajanja.
Stikalni napajalnik je vrsta močnostnega elektronskega izdelka, ki uporablja močnostne polprevodniške naprave in združuje tehnologijo pretvorbe moči, elektronsko elektromagnetno tehnologijo in tehnologijo samodejnega krmiljenja. Zaradi svojih prednosti nizke porabe energije, visoke učinkovitosti, majhne prostornine, majhne teže, stabilnega dela, varnosti in zanesljivosti ter širokega območja stabilizacije napetosti se pogosto uporablja na področju računalnikov, komunikacij, elektronskih instrumentov, industrijskega avtomatskega krmiljenja, narodna obramba in gospodinjski aparati. Vendar pa ima stikalni napajalnik slab prehodni odziv in je nagnjen k elektromagnetnim motnjam (EMD), signal EMI pa zavzema široko frekvenčno območje in ima določeno amplitudo. Ti signali EMI onesnažujejo elektromagnetno okolje s prevodnostjo in sevanjem ter povzročajo motnje komunikacijski opremi in elektronskim instrumentom ter tako do neke mere omejujejo uporabo stikalnega napajanja.
1 stikalni napajalnik povzroča elektromagnetne motnje
Elektromagnetna interferenca (EMI) je neke vrste okvara delovanja elektronskega sistema ali podsistema, ki jo povzroči nepričakovana elektromagnetna motnja. Sestavljajo ga trije osnovni elementi: vir motenj, to je oprema, ki ustvarja energijo elektromagnetnih motenj; Spojni kanal, to je kanal ali medij za prenos elektromagnetnih motenj; Občutljiva oprema, to je naprave, oprema, podsistemi ali sistemi, poškodovani zaradi elektromagnetnih motenj. Na podlagi tega so osnovni ukrepi za obvladovanje elektromagnetnih motenj: zatiranje virov motenj, prekinitev poti nesreče, zmanjšanje odzivnosti občutljive opreme na motnje ali povečanje stopnje elektromagnetne občutljivosti.
V skladu z načelom delovanja stikalnega napajanja je znano, da stikalni napajalnik najprej popravi izmenični tok močnostne frekvence v enosmerni tok, nato ga obrne v visokofrekvenčni izmenični tok in ga na koncu odda z usmerjanjem in filtriranjem, da dobi stabilno enosmerno napetost . V tokokrogu močnostna trioda in dioda večinoma delujeta v preklopnem stanju in delujeta v mikrosekundnem vrstnem redu; Ko se trioda in dioda vklapljata in izklapljata, se tok močno spreminja med naraščajočim in padajočim časom, kar zlahka ustvari radiofrekvenčno energijo in tvori vire motenj. Hkrati bosta induktivnost uhajanja transformatorja in vrh, ki ga povzroči povratni povratni tok izhodne diode, prav tako tvorila potencialno elektromagnetno motnjo.
Preklopni napajalnik običajno deluje pri visoki frekvenci, frekvenca pa je nad 02 kHz, zato njegove porazdeljene kapacitivnosti ne moremo zanemariti. Po eni strani ima izolacijska plošča med hladilnim telom in kolektorjem stikalne cevi veliko kontaktno površino in tanko izolacijsko ploščo, zato porazdeljene kapacitivnosti med njima pri visoki frekvenci ni mogoče prezreti, visokofrekvenčni tok pa bo tok do hladilnega telesa skozi porazdeljeno kapacitivnost in nato do ozemljitve ohišja, kar povzroči motnje skupnega načina; Po drugi strani pa obstaja porazdeljena kapacitivnost med primarnimi stopnjami impulznega transformatorja, ki lahko neposredno spoji napetost primarnega navitja s sekundarnim navitjem in povzroči motnje skupnega načina na dveh električnih vodih z enosmernim izhodom sekundarnega navitja. navijanje.
Zato so viri motenj v stikalnem napajanju v glavnem skoncentrirani v komponentah, kot so stikalne cevi, diode in visokofrekvenčni transformatorji ter vhodna in usmerjevalna izhodna vezja AC.
2 Ukrepi za preprečevanje elektromagnetnih motenj stikalnega napajanja
Običajno nadzor elektromagnetnih motenj stikalnega napajanja v glavnem uporablja tehnologijo filtriranja, tehnologijo zaščite, tehnologijo tesnjenja in tehnologijo ozemljitve. EMI motnje lahko razdelimo na motnje prevodnosti in motnje sevanja glede na pot prenosa. Stikalni napajalnik prevaja predvsem motnje, njegov frekvenčni razpon pa je najširši, okoli 10kHz-30MHz. Protiukrepi za zatiranje prevodnih motenj so v osnovi rešeni v treh frekvenčnih pasovih: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz in več. Običajne motnje so večinoma v območju od 10 kHz do 150 kHz, kar se običajno reši s splošnim LC filtrom. Skupne motnje so večinoma v območju 150 kHz-10 MHz, kar se običajno rešuje z zavrnitvenim filtrom skupnega načina. Protiukrepi za frekvenčni pas nad 10MHz so izboljšanje oblike filtra in ukrepi za elektromagnetno zaščito.
2.1 z uporabo AC vhodnega EMI filtra.
Običajno obstajata dva načina za prenos interferenčnega toka po prevodniku: skupni način in diferencialni način. Skupna motnja je interferenca med nosilno tekočino in zemljo: motnja ima enako velikost in smer ter obstaja med katero koli relativno ozemljitvijo napajalnika ali med nevtralnim vodom in zemljo. Večinoma ga proizvaja du/dt, di/dt pa povzroča tudi določene skupne motnje. Interferenca diferencialnega načina je interferenca med nosilnimi tekočinami: motnja je enake velikosti in nasprotne smeri ter obstaja med fazno linijo in nevtralno linijo napajanja ter fazno linijo in fazno linijo. Ko se interferenčni tok prenaša po vodniku, se lahko pojavi tako v običajnem kot v diferencialnem načinu. Vendar pa lahko skupni interferenčni tok moti uporabne signale šele potem, ko postane diferencialni interferenčni tok.
Obstajata zgornji dve vrsti motenj v prenosnem vodu izmeničnega toka, običajno nizkofrekvenčne motnje v diferencialnem načinu in visokofrekvenčne motnje v skupnem načinu. Na splošno je amplituda motenj v diferencialnem načinu majhna, frekvenca je nizka in povzročena motnja je majhna; Skupna motnja ima veliko amplitudo in visoko frekvenco, poleg tega pa lahko proizvaja sevanje skozi žice, kar povzroča velike motnje. Če je na vhodnem koncu napajalnika AC uporabljen ustrezen filter EMI, je mogoče elektromagnetne motnje učinkovito zatreti. Osnovno načelo EMI filtra električnega voda je prikazano na sliki 1, pri čemer se kondenzatorja diferencialnega načina C1 in C2 uporabljata za kratek stik interferenčnega toka diferencialnega načina, medtem ko se kondenzatorja za ozemljitev vmesnega voda C3 in C4 uporabljata za kratek stik vezje skupni način interferenčnega toka. Enakomerna dušilna tuljava je sestavljena iz dveh enako debelih tuljav, navitih na magnetno jedro v isti smeri. Če je magnetna sklopitev med dvema tuljavama zelo blizu, bo induktivnost uhajanja zelo majhna, kar je slabo v frekvenčnem območju daljnovoda.
Reaktanca načina bo postala zelo majhna; Ko obremenitveni tok teče skozi dušilko skupnega načina, so magnetne silnice, ki jih ustvarjajo zaporedno povezane tuljave na faznem vodu, nasprotne tistim, ki jih ustvarjajo zaporedno povezane tuljave na nevtralnem vodu, in se med seboj izničijo v magnetno jedro. Zato tudi v primeru velikega obremenitvenega toka magnetno jedro ne bo nasičeno. Za skupni interferenčni tok sta magnetni polji, ki jih ustvarita dve tuljavi, v isti smeri, kar bo predstavljalo veliko induktivnost in tako igralo vlogo pri slabljenju signala skupne motnje. Tukaj mora biti skupna dušilna tuljava izdelana iz feritnega magnetnega materiala z visoko prepustnostjo in dobrimi frekvenčnimi značilnostmi.
