Značilnosti stikalnega napajanja in mehanizem generiranja elektromagnetnih motenj
Obstajajo štiri osnovne značilnosti stikalnih napajalnikov:
① Lokacija je relativno jasna. V glavnem osredotočen na preklopne naprave, diode in povezane hladilne odvode ter visokofrekvenčne transformatorje;
② Naprava za pretvorbo energije deluje v stanju vklop/izklop. Zaradi dejstva, da je stikalni napajalnik naprava za pretvorbo energije, ki deluje v preklopnem stanju, sta njegovi stopnji spreminjanja napetosti in toka visoki, kar povzroči znatno intenzivnost motenj;
③ Ožičenje napajalnih tiskanih vezij (PCB) je običajno urejeno ročno. Zaradi te ureditve je zelo poljubna, kar povečuje težave pri pridobivanju parametrov distribucije PCB ter napovedovanju in ocenjevanju motenj bližnjega polja;
④ Preklopna frekvenca je velika in sega od deset tisoč Hz do nekaj megahercev. Glavne oblike motenj so prevodne motnje in motnje bližnjega polja.
Mehanizem nastanka elektromagnetnih motenj
Elektromagnetne motnje, ki jih ustvarjajo stikalna vezja
Preklopno vezje je jedro preklopnega napajalnika, sestavljeno predvsem iz preklopnih cevi in visokofrekvenčnih transformatorjev. Dv/dt, ki ga ustvari, je impulz z veliko amplitudo, širokim frekvenčnim pasom in bogatimi harmoniki. Glavna razloga za motnje impulzov sta dva: po eni strani je obremenitev stikalne cevi primarna tuljava visokofrekvenčnega transformatorja, ki je induktivno breme. V trenutku, ko je stikalna cev vklopljena, primarna tuljava ustvari velik udarni tok in na obeh koncih primarne tuljave se pojavi visoka udarna vršna napetost; V trenutku odklopa stikalne cevi se zaradi uhajanja fluksa primarne tuljave del energije ne prenese iz primarne tuljave v sekundarno tuljavo. Energija, shranjena v induktorju, bo skupaj s kapacitivnostjo in uporom v kolektorskem vezju tvorila upadajoče nihanje s konicami, ki se bodo prekrivale z izklopno napetostjo in tvorile izklopno napetost. Ta vrsta prekinitve napajalne napetosti bo ustvarila enak prehodni udarni tok magnetizacije kot pri priključitvi primarne tuljave, ta šum pa se bo prenesel na vhodne in izhodne sponke, kar bo povzročilo prevodne motnje. Po drugi strani pa lahko visokofrekvenčna preklopna tokovna zanka, sestavljena iz primarne tuljave, preklopne cevi in filtrirnega kondenzatorja impulznega transformatorja, povzroči znatno prostorsko sevanje, kar povzroči motnje sevanja.
Motnje, ki jih povzroča obratni obnovitveni čas diode v visokofrekvenčnem usmerniškem vezju, so posledica velikega toka naprej, ki teče skozi usmerniško diodo med prevodom naprej. Ko je izklopljen zaradi povratne prednapetosti, zaradi kopičenja več nosilcev v PN spoju, bo tok tekel v nasprotni smeri v obdobju, preden nosilci izginejo, kar povzroči močno zmanjšanje povratnega obnovitvenega toka nosilci izginejo in povzročijo znatno spremembo toka (di/dt).
Ukrepi za preprečevanje elektromagnetnih motenj
Trije elementi, ki tvorijo elektromagnetne motnje, so vir motenj, pot širjenja in oprema z motnjami. Zato je treba zatiranje elektromagnetnih motenj izvajati s teh treh vidikov.
Namen je zatreti vire motenj, odpraviti povezovanje in sevanje med viri motenj in opremo z motnjami, izboljšati sposobnost zaščite pred motnjami opreme z motnjami in s tem izboljšati učinkovitost elektromagnetne združljivosti stikalnih napajalnikov.
Uporaba filtrov za zatiranje elektromagnetnih motenj
Filtriranje je pomembna metoda za zatiranje elektromagnetnih motenj, ki lahko učinkovito zatre elektromagnetne motnje, ki vstopajo v opremo v električnem omrežju, in prav tako zatre elektromagnetne motnje, ki vstopajo v električno omrežje znotraj opreme. Namestitev stikalnega močnostnega filtra v vhodnih in izhodnih tokokrogih stikalnega napajalnika ne more le rešiti problema dirigiranih motenj, ampak je tudi pomembno orožje za reševanje motenj sevanja. Tehnologija zatiranja filtriranja je razdeljena na dve metodi: pasivno filtriranje in aktivno filtriranje.
Tehnologija pasivnega filtriranja
Pasivna filtrirna vezja so preprosta, stroškovno učinkovita in zanesljiva, zaradi česar so učinkovit način za zatiranje elektromagnetnih motenj. Pasivni filtri so sestavljeni iz komponent induktivnosti, kapacitivnosti in upora, njihova neposredna funkcija pa je reševanje prevodnih emisij.
Zaradi velike kapacitete filtrirnega kondenzatorja v prvotnem napajalnem vezju se v usmerniškem vezju ustvarijo impulzni konični tokovi, ki so sestavljeni iz velikega števila harmonskih tokov visokega reda in povzročajo motnje v električnem omrežju; Poleg tega prevodnost ali prekinitev stikalne cevi v tokokrogu, kot tudi primarna tuljava transformatorja, ustvarja pulzirajoči tok. Zaradi visoke stopnje spreminjanja toka se v okoliških tokokrogih ustvarjajo inducirani tokovi različnih frekvenc, vključno z diferencialnimi in skupnimi signali motenj. Ti interferenčni signali se lahko prenašajo na druge vode električnega omrežja in prek dveh električnih vodov motijo druge elektronske naprave. Del za filtriranje diferencialnega načina na sliki lahko zmanjša signale motenj diferencialnega načina znotraj stikalnega napajalnika in lahko močno oslabi signale elektromagnetnih motenj, ki jih ustvari sama oprema med delovanjem, in jih prenese v električno omrežje. V skladu z zakonom elektromagnetne indukcije dobimo E-Ldi/dt, kjer je E padec napetosti na obeh koncih L, L je induktivnost in di/dt je hitrost spremembe toka. Očitno je, da manjša kot je stopnja spremembe toka, večja je potrebna induktivnost.
