Solução de projeto de compatibilidade eletromagnética para fonte de alimentação comutada de alta frequência
Se o problema de interferência eletromagnética (EMI) da própria fonte de alimentação de comutação de alta frequência não for bem tratado, não só causará facilmente poluição à rede elétrica e afetará diretamente a operação normal de outros equipamentos elétricos, mas também formará facilmente poluição eletromagnética no espaço, resultando em alto problema de compatibilidade eletromagnética (EMC) da fonte de alimentação de comutação de frequência. Este artigo se concentra na análise da perturbação eletromagnética que excede o problema padrão do módulo de fonte de alimentação chaveada de alta frequência de 1200W (24V/50A) usado em painéis de alimentação de sinais ferroviários e propõe medidas de melhoria.
A perturbação eletromagnética gerada pela fonte de alimentação chaveada de alta frequência pode ser dividida em duas categorias: perturbação conduzida e perturbação por radiação. O assédio conduzido é transmitido através da fonte de alimentação CA, com frequência inferior a 30MHz; o assédio irradiado é transmitido através do espaço, com frequência entre 30 e 1000MHz.
Análise de fontes de perturbação eletromagnética de fontes de alimentação chaveadas de alta frequência
O retificador e o tubo de potência Q1 no circuito, os tubos de potência Q2 ~ Q5 no circuito da Figura 1b, o transformador de alta frequência T1 e os diodos retificadores de saída D1 ~ D2 são todas as principais fontes de perturbação eletromagnética quando o alto- a fonte de alimentação de comutação de frequência está funcionando. Analise especificamente conforme abaixo.
Os harmônicos de alta ordem gerados durante o processo de retificação do retificador causarão distúrbios de condução e radiação ao longo da linha de energia.
O tubo de alimentação de comutação funciona em um estado ligado e desligado de alta frequência. Para reduzir as perdas de comutação e melhorar a densidade de potência e a eficiência geral, o tubo de comutação liga e desliga cada vez mais rápido, geralmente em alguns microssegundos. Ligar e desligar nessa velocidade forma surtos de tensão e corrente de surto, que geram harmônicos de pico de alta frequência e alta tensão, causando distúrbios eletromagnéticos no espaço e nas linhas de entrada CA.
Embora o transformador de alta frequência T1 realize a conversão de energia, ele gera um campo eletromagnético alternado e irradia ondas eletromagnéticas para o espaço, formando assédio de radiação. A indutância e capacitância distribuídas do transformador geram oscilação e são acopladas à malha de entrada CA através da capacitância distribuída entre os estágios primário e secundário do transformador, formando distúrbios condutivos.
Quando a tensão de saída é relativamente baixa, o diodo retificador de saída funciona em um estado de comutação de alta frequência, o que também é uma fonte de perturbação eletromagnética.
Devido à indutância parasita do chumbo do diodo, à capacitância da junção e à influência da corrente de recuperação reversa, ele opera sob taxas de variação de tensão e corrente muito altas. Quanto maior o tempo de recuperação reversa do diodo, maior será o impacto da corrente de pico. , mais forte se torna o sinal de perturbação, resultando em oscilação atenuada de alta frequência, que é um tipo de perturbação de condução em modo diferencial.
Todos esses sinais eletromagnéticos gerados são transmitidos para a fonte de alimentação externa através de fios metálicos, como linhas de energia, linhas de sinal e fios terra, formando distúrbios condutivos. As perturbações irradiadas são causadas por sinais de perturbação que irradiam através de fios e dispositivos ou através de interconexões que atuam como antenas.
3. Projeto de compatibilidade eletromagnética para perturbação eletromagnética de fonte de alimentação de comutação de alta frequência
Adicione um filtro de energia à entrada da fonte de alimentação chaveada para suprimir harmônicos de alta ordem gerados pela fonte de alimentação chaveada.
Adicionar um anel magnético de ferrite às linhas de energia de entrada e saída não apenas suprime o modo comum de alta frequência nas linhas de energia, mas também reduz a energia perturbadora irradiada através das linhas de energia.
Mantenha a linha de alimentação o mais próximo possível do fio terra para reduzir a área do loop de radiação de modo diferencial; encaminhe a linha de alimentação CA de entrada e a linha de alimentação CC de saída separadamente para reduzir o acoplamento eletromagnético entre a entrada e a saída; mantenha a linha de sinal longe da linha de energia e próxima ao solo. As linhas devem ser roteadas e não devem ser muito longas para reduzir a área do loop; a largura das linhas na placa PCB não deve ser repentina, use transições de arco nos cantos e tente não usar ângulos retos ou cantos vivos.
Instale capacitores de desacoplamento no chip e no tubo do interruptor MOS o mais próximo possível dos pinos de alimentação e aterramento do dispositivo em paralelo.
Devido à existência de Ldi/dt no fio terra, a placa PCB e o chassi são conectados indiretamente por meio de pilares de cobre. Para aqueles que não são adequados para conexão com pilares de cobre, devem ser utilizados fios mais grossos e aterrados próximos.
Adicione um circuito de absorção RC em ambas as extremidades do tubo da chave e o diodo retificador de saída para absorver a tensão de surto.
