Σχέδιο σχεδίασης ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας για τροφοδοτικό μεταγωγής υψηλής συχνότητας
Εάν το πρόβλημα ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής (EMI) που υπάρχει στο ίδιο το τροφοδοτικό μεταγωγής υψηλής συχνότητας δεν αντιμετωπιστεί σωστά, δεν είναι μόνο εύκολο να προκληθεί ρύπανση στο ηλεκτρικό δίκτυο, επηρεάζοντας άμεσα την κανονική λειτουργία άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού, αλλά και εύκολο να σχηματίζουν ηλεκτρομαγνητική ρύπανση στον εισερχόμενο χώρο, με αποτέλεσμα το πρόβλημα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) του τροφοδοτικού μεταγωγής υψηλής συχνότητας. Αυτό το άρθρο εστιάζει στην ανάλυση των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών που υπερβαίνουν το πρότυπο στη μονάδα τροφοδοτικού μεταγωγής υψηλής συχνότητας 1200W (24V/50A) που χρησιμοποιείται σε οθόνες τροφοδοσίας σήματος σιδηροδρομικών μεταφορών και προτείνει μέτρα βελτίωσης.
Οι ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές που δημιουργούνται από τα τροφοδοτικά μεταγωγής υψηλής συχνότητας μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: αγώγιμες διαταραχές και ακτινοβολούμενες διαταραχές. Οι αγώγιμες διαταραχές διαδίδονται μέσω πηγών εναλλασσόμενου ρεύματος με συχνότητες κάτω των 30 MHz. Η διαταραχή της ακτινοβολίας διαδίδεται στο διάστημα, με συχνότητες που κυμαίνονται από 30 έως 1000 MHz.
Ανάλυση Πηγών Ηλεκτρομαγνητικής Διαταραχής σε Τροφοδοτικά Εναλλαγής Υψηλής Συχνότητας
Τα τρανζίστορ ισχύος μεταγωγής λειτουργούν σε καταστάσεις αγωγιμότητας και διακοπής υψηλής συχνότητας. Προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες μεταγωγής, να βελτιωθεί η πυκνότητα ισχύος και η συνολική απόδοση, η ταχύτητα ανοίγματος και κλεισίματος του τρανζίστορ διακόπτη γίνεται όλο και πιο γρήγορη, συνήθως σε λίγα μικροδευτερόλεπτα. Το τρανζίστορ διακόπτη ανοίγει και κλείνει με αυτή την ταχύτητα, σχηματίζοντας τάση υπέρτασης και ρεύμα υπέρτασης, τα οποία θα δημιουργήσουν αρμονικές κορυφής υψηλής συχνότητας και υψηλής τάσης και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές στο χώρο και τις γραμμές εισόδου AC.
Την ίδια στιγμή που ο μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας Τ1 εκτελεί μετασχηματισμό ισχύος, δημιουργεί εναλλασσόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, ακτινοβολώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο διάστημα, σχηματίζοντας διαταραχές ακτινοβολίας. Η κατανεμημένη αυτεπαγωγή και η χωρητικότητα του μετασχηματιστή δημιουργούν ταλαντώσεις, οι οποίες συνδέονται με το κύκλωμα εισόδου AC μέσω της κατανεμημένης χωρητικότητας μεταξύ των πρωτευόντων σταδίων του μετασχηματιστή, σχηματίζοντας αγώγιμες διαταραχές.
Όταν η τάση εξόδου είναι σχετικά χαμηλή, η δίοδος ανορθωτή εξόδου λειτουργεί σε κατάσταση μεταγωγής υψηλής συχνότητας και αποτελεί επίσης πηγή ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών.
Λόγω της παρασιτικής επαγωγής και της χωρητικότητας σύνδεσης του ηλεκτροδίου της διόδου, καθώς και της επίδρασης του ρεύματος ανάστροφης ανάκτησης, λειτουργεί σε υψηλούς ρυθμούς μεταβολής τάσης και ρεύματος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης της διόδου, τόσο μεγαλύτερη είναι η επίδραση του ρεύματος αιχμής και τόσο ισχυρότερο είναι το σήμα διαταραχής, με αποτέλεσμα την ταλάντωση εξασθένησης υψηλής συχνότητας, η οποία είναι μια διαταραχή αγωγιμότητας διαφορικού τρόπου λειτουργίας.
Όλα τα παραγόμενα ηλεκτρομαγνητικά σήματα μεταδίδονται σε εξωτερικές πηγές ενέργειας μέσω μεταλλικών καλωδίων όπως γραμμές τροφοδοσίας, γραμμές σήματος και καλώδια γείωσης, δημιουργώντας αγώγιμες διαταραχές. Οι ακτινοβολούμενες διαταραχές προκαλούνται από σήματα παρεμβολής που εκπέμπονται μέσω καλωδίων και συσκευών ή από καλώδια διασύνδεσης που λειτουργούν ως κεραίες.
3. Σχεδιασμός ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας για ηλεκτρομαγνητική διαταραχή τροφοδοτικού εναλλαγής υψηλής συχνότητας
Προσθέστε ένα φίλτρο ισχύος στην είσοδο του τροφοδοτικού μεταγωγής για να καταστείλετε τις αρμονικές υψηλής τάξης που παράγονται από το τροφοδοτικό μεταγωγής.
Η προσθήκη μαγνητικών δακτυλίων από φερρίτη στις γραμμές τροφοδοσίας εισόδου και εξόδου μπορεί να καταστείλει την κοινή λειτουργία υψηλής συχνότητας εντός των γραμμών τροφοδοσίας και να μειώσει την ενέργεια διαταραχής που ακτινοβολείται μέσω των γραμμών ισχύος.
Η γραμμή ισχύος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο καλώδιο γείωσης για να μειωθεί η περιοχή βρόχου της ακτινοβολίας διαφορικής λειτουργίας. Δρομολογήστε τη γραμμή τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος εισόδου και τη γραμμή τροφοδοσίας συνεχούς ρεύματος εξόδου ξεχωριστά για να μειώσετε την ηλεκτρομαγνητική σύζευξη μεταξύ της εισόδου και της εξόδου. Η γραμμή σήματος θα πρέπει να δρομολογηθεί μακριά από τη γραμμή ρεύματος, κοντά στο καλώδιο γείωσης και όχι πολύ μακριά για να μειωθεί η περιοχή βρόχου του κυκλώματος. Το πλάτος των γραμμών στην πλακέτα PCB δεν πρέπει να αλλάζει απότομα και οι γωνίες πρέπει να μετατοπίζονται με τόξα, αποφεύγοντας όσο το δυνατόν περισσότερο τις ορθές γωνίες ή τις αιχμηρές γωνίες.
Εγκαταστήστε πυκνωτές αποσύνδεσης στους σωλήνες του τσιπ και του διακόπτη MOS όσο το δυνατόν πιο κοντά στις ακίδες τροφοδοσίας και γείωσης παράλληλες με τη συσκευή.
Λόγω της παρουσίας Ldi/dt στο καλώδιο γείωσης, η πλακέτα PCB και το πλαίσιο συνδέονται έμμεσα με χάλκινες κολόνες. Για εκείνα που δεν είναι κατάλληλα για σύνδεση με χάλκινη κολόνα, χρησιμοποιούνται παχύτερα σύρματα και γειώνονται κοντά.
Προσθέστε κυκλώματα απορρόφησης RC και στα δύο άκρα του σωλήνα διακόπτη και της διόδου ανορθωτή εξόδου για να απορροφήσει την τάση υπέρτασης.
