Shema načrtovanja elektromagnetne združljivosti za visokofrekvenčni stikalni napajalnik
Če težave z elektromagnetnimi motnjami (EMI), ki obstaja v samem visokofrekvenčnem preklopnem napajalniku, ne obravnavamo pravilno, ni le enostavno povzročiti onesnaženja električnega omrežja, kar neposredno vpliva na normalno delovanje druge električne opreme, ampak tudi enostavno tvorijo elektromagnetno onesnaženje v vhodnem prostoru, kar povzroči problem elektromagnetne združljivosti (EMC) visokofrekvenčnega stikalnega napajanja. Ta članek se osredotoča na analizo elektromagnetnih motenj, ki presegajo standard v visokofrekvenčnem preklopnem napajalnem modulu 1200 W (24 V/50 A), ki se uporablja v zaslonih za napajanje železniških signalov, in predlaga ukrepe za izboljšanje.
Elektromagnetne motnje, ki jih povzročajo visokofrekvenčni stikalni napajalniki, lahko razdelimo v dve kategoriji: prevodne motnje in sevane motnje. Prevedene motnje se širijo skozi vire izmeničnega toka s frekvencami pod 30MHz; Motnje sevanja se širijo po vesolju s frekvencami od 30 do 1000 MHz.
Analiza virov elektromagnetnih motenj v visokofrekvenčnih stikalnih napajalnikih
Preklopni močnostni tranzistorji delujejo v visokofrekvenčnih prevodnih in izklopnih stanjih. Da bi zmanjšali stikalne izgube, izboljšali gostoto moči in splošno učinkovitost, postaja hitrost odpiranja in zapiranja stikalnega tranzistorja vse hitrejša, običajno v nekaj mikrosekundah. Preklopni tranzistor se odpre in zapre pri tej hitrosti, pri čemer nastane udarna napetost in udarni tok, ki bo ustvaril visokofrekvenčne in visokonapetostne vršne harmonike ter elektromagnetne motnje na vesoljskih in AC vhodnih linijah.
Istočasno, ko visokofrekvenčni transformator T1 izvaja transformacijo moči, ustvarja izmenična elektromagnetna polja, ki sevajo elektromagnetne valove v prostor in tvorijo sevalne motnje. Porazdeljena induktivnost in kapacitivnost transformatorja ustvarjata nihanja, ki so povezana z vhodnim tokokrogom izmeničnega toka prek porazdeljene kapacitivnosti med primarnima stopnjama transformatorja, kar tvori prevodne motnje.
Ko je izhodna napetost relativno nizka, deluje izhodna usmerniška dioda v visokofrekvenčnem preklopnem stanju in je tudi vir elektromagnetnih motenj.
Zaradi parazitske induktivnosti in spojne kapacitivnosti vodnika diode ter vpliva povratnega obnovitvenega toka deluje pri visokih stopnjah spremembe napetosti in toka. Daljši kot je povratni obnovitveni čas diode, večji je vpliv koničnega toka in močnejši je signal motnje, kar ima za posledico visokofrekvenčno dušenje oscilacije, ki je motnja prevodnosti diferencialnega načina.
Vsi ustvarjeni elektromagnetni signali se prek kovinskih žic, kot so daljnovodi, signalni vodi in ozemljitvene žice, prenašajo na zunanje vire energije, pri čemer nastanejo prevodne motnje. Sevane motnje povzročajo interferenčni signali, ki sevajo skozi žice in naprave ali medsebojno povezovalne žice, ki delujejo kot antene.
3. Zasnova elektromagnetne združljivosti za elektromagnetne motnje visokofrekvenčnega preklopnega napajalnika
Dodajte močnostni filter na vhodu stikalnega napajalnika, da zadušite harmonike visokega reda, ki jih ustvarja stikalni napajalnik.
Dodajanje feritnih magnetnih obročev na vhodne in izhodne napajalne vode lahko zatre visokofrekvenčni običajni način v napajalnih vodih in zmanjša energijo motenj, ki se oddaja po napajalnih vodih.
Napajalni vod mora biti čim bližje ozemljitveni žici, da se zmanjša območje zanke diferencialnega sevanja; Ločeno napeljite vhodni napajalni vod za izmenični tok in izhodni napajalni vod za enosmerni tok, da zmanjšate elektromagnetno sklopitev med vhodom in izhodom; Signalni vod mora biti speljan stran od električnega voda, blizu ozemljitvene žice in ne predolg, da se zmanjša območje zanke v vezju; Širina črt na plošči tiskanega vezja se ne sme spreminjati nenadoma, vogali pa naj bodo prehajani z loki, pri čemer se čim bolj izogibajte pravim kotom ali ostrim vogalom.
Namestite ločilne kondenzatorje na čip in stikalne cevi MOS čim bližje napajalnim in ozemljitvenim zatičem, vzporednim z napravo.
Zaradi prisotnosti Ldi/dt v ozemljitveni žici sta plošča PCB in ohišje posredno povezana z bakrenimi stebri. Za tiste, ki niso primerni za povezavo bakrenih stebrov, se uporabljajo debelejše žice in ozemljitve v bližini.
Dodajte RC absorpcijska vezja na obeh koncih stikalne cevi in izhodne usmerniške diode, da absorbirate udarno napetost.
