Causas de compatibilidade eletromagnética causada pela troca de fontes de alimentação
A fonte de alimentação chaveada de 24 V opera em um estado de comutação de alta tensão e grande corrente, e as razões para problemas de compatibilidade eletromagnética são bastante complicadas. A partir da compatibilidade eletromagnética de toda a máquina, existem principalmente acoplamento de impedância comum, acoplamento linha a linha, acoplamento de campo elétrico e acoplamento de onda eletromagnética de acoplamento de campo magnético. Os três elementos da compatibilidade eletromagnética são: fonte de interferência, caminho de propagação e objeto interferido. O acoplamento de impedância comum é principalmente a impedância elétrica comum entre a fonte de interferência e o objeto interferido, através da qual o sinal interferente entra no objeto interferido. O acoplamento linha a linha é principalmente o acoplamento mútuo de fios ou linhas de PCB que geram tensões e correntes de interferência devido à fiação paralela.
O acoplamento do campo elétrico se deve principalmente à existência de diferença de potencial e ao acoplamento do campo elétrico induzido ao corpo perturbado. O acoplamento de campo magnético é principalmente o acoplamento do campo magnético de baixa frequência gerado próximo à linha de energia de pulso de alta corrente ao objeto perturbador. O acoplamento do campo eletromagnético é causado principalmente pelas ondas eletromagnéticas de alta frequência geradas pela tensão ou corrente pulsante, que irradiam para fora através do espaço e causam o acoplamento ao corpo perturbado correspondente. Na verdade, cada método de acoplamento não pode ser estritamente distinguido, mas o foco é diferente.
Na fonte de alimentação chaveada de 24 V, o tubo do interruptor de alimentação principal funciona em modo de comutação de alta frequência em uma tensão muito alta. A tensão de comutação e a corrente de comutação estão próximas de ondas quadradas. A partir da análise do espectro, sabe-se que o sinal de onda quadrada contém ricos harmônicos de alta ordem. O espectro deste harmônico de alta ordem pode atingir mais de 1000 vezes a frequência da onda quadrada. Ao mesmo tempo, devido à indutância de vazamento e à capacitância distribuída do transformador de potência e à condição de funcionamento não ideal do dispositivo de comutação de energia principal, oscilações harmônicas de pico de alta frequência e alta tensão ocorrem frequentemente ao ligar ou desligar em alta frequências. Esta oscilação harmônica gera harmônicos de alta ordem que são introduzidos no circuito interno através da capacitância distribuída entre o tubo da chave e o radiador ou irradiados para o espaço através do radiador e do transformador.
É usado em diodos de retificação e de roda livre e também é uma causa importante de interferência de alta frequência. Como o retificador e os diodos de roda livre funcionam em um estado de comutação de alta frequência, devido à existência da indutância parasita do condutor do diodo, da capacitância da junção e da influência da corrente de recuperação reversa, eles funcionam sob taxas de variação de tensão e corrente muito altas, e produzir oscilação de alta frequência. Como o retificador e os diodos de roda livre estão geralmente próximos da linha de saída de energia, a interferência de alta frequência que eles geram é facilmente transmitida através da linha de saída CC.
Para melhorar o fator de potência da fonte de alimentação chaveada de 24 V, são utilizados circuitos positivos de fator de potência ativo. Ao mesmo tempo, a fim de melhorar a eficiência e a confiabilidade dos circuitos e reduzir o estresse elétrico dos dispositivos de energia, a tecnologia de comutação suave é amplamente utilizada. Entre eles, a tecnologia de comutação de tensão zero, corrente zero ou corrente zero é a mais amplamente utilizada. Esta tecnologia reduz bastante a interferência eletromagnética gerada pelos dispositivos de comutação. No entanto, a maioria dos circuitos de absorção sem perdas de comutação suave usam L e C para transferência de energia e usam o desempenho de condução unidirecional dos diodos para obter conversão de energia unidirecional. Portanto, os diodos no circuito ressonante tornaram-se uma importante fonte de interferência eletromagnética.
Em fontes de alimentação chaveadas de 24 V, indutores e capacitores de armazenamento de energia são geralmente usados para formar circuitos de filtro L e C para filtrar sinais de interferência de modo diferencial e modo comum e converter sinais de onda quadrada CA em sinais CC suaves. Devido à capacitância distribuída da bobina indutora, a frequência auto-ressonante da bobina indutora é reduzida, fazendo com que um grande número de sinais de interferência de alta frequência passem através da bobina indutora e se propaguem para fora ao longo da linha de alimentação CA ou linha de saída CC . À medida que a frequência do sinal de interferência aumenta, a capacitância e o efeito de filtragem do capacitor do filtro continuam a diminuir devido ao efeito da indutância do condutor. Até que a frequência de ressonância esteja acima da frequência de ressonância, o capacitor perde completamente sua função e torna-se indutivo. O uso inadequado de capacitores de filtro e cabos muito longos também são causas de interferência eletromagnética.
Devido à alta densidade de potência e alto grau de inteligência da fonte de alimentação chaveada de 24V, ela é equipada com um microprocessador MCU. Portanto, pode variar de sinais de tensão tão altos quanto quase quilovolts a sinais de tensão tão baixos quanto alguns volts; desde sinais digitais de alta frequência até sinais analógicos de baixa frequência. A distribuição do campo dentro do sinal e da fonte de alimentação é bastante complexa. Fiação de PCB irracional, projeto estrutural irracional, filtragem de entrada de linha de energia irracional, fiação de linha de energia de entrada e saída irracional e design irracional da CPU e circuitos de detecção levarão à operação instável do sistema ou problemas como descarga eletrostática e transientes elétricos rápidos. Explosões de pulso variáveis, descargas atmosféricas, surtos e interferência de condução, interferência de radiação e redução da imunidade a campos eletromagnéticos irradiados.
