Tecnologia de Compatibilidade Eletromagnética de Fonte de Alimentação Chaveada
As razões para os problemas de compatibilidade eletromagnética causados pela comutação de fontes de alimentação são bastante complicadas porque elas funcionam sob condições de comutação de alta tensão e alta corrente. Em termos de propriedades eletromagnéticas de toda a máquina, existem principalmente acoplamento de impedância comum, acoplamento linha a linha, acoplamento de campo elétrico, acoplamento de campo magnético e acoplamento de onda eletromagnética. O acoplamento de impedância comum é principalmente a impedância elétrica comum entre a fonte de perturbação e o corpo perturbado, através da qual o sinal de perturbação entra no corpo perturbado. O acoplamento linha a linha é principalmente o acoplamento mútuo de fios ou linhas PCB que geram tensão e corrente de perturbação devido à fiação paralela. O acoplamento do campo elétrico se deve principalmente à existência da diferença de potencial, que gera o acoplamento do campo elétrico induzido ao corpo perturbado. O acoplamento do campo magnético refere-se principalmente ao acoplamento do campo magnético de baixa frequência gerado perto da linha de energia de pulso de alta corrente para o objeto perturbador. O acoplamento do campo eletromagnético é principalmente devido às ondas eletromagnéticas de alta frequência geradas pela tensão pulsante ou corrente que irradia para fora através do espaço e ao acoplamento ao corpo perturbado correspondente. Na verdade, cada método de acoplamento não pode ser estritamente distinguido, mas a ênfase é diferente.
Na fonte de alimentação de comutação, o tubo de comutação de energia principal funciona em um 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, o sinal de onda quadrada contém ricos harmônicos de alta ordem. O espectro de frequência do harmônico superior pode atingir mais de 1000 vezes a frequência da onda quadrada. Ao mesmo tempo, devido à indutância de vazamento e capacitância distribuída do transformador de potência e ao estado de funcionamento não ideal do dispositivo de comutação de energia principal, oscilações harmônicas de pico de alta frequência e alta tensão são frequentemente geradas quando a alta frequência é ligada ou desligada . Os harmônicos mais altos gerados pela oscilação harmônica são transmitidos ao circuito interno através da capacitância distribuída entre o tubo do interruptor e o radiador ou irradiados para o espaço através do radiador e do transformador. Os diodos de comutação usados para retificação e roda livre também são uma causa importante de distúrbios de alta frequência. Como os diodos de retificação e roda livre funcionam em um estado de comutação de alta frequência, a existência da indutância parasita do condutor do diodo, a existência da capacitância da junção e a influência da corrente de recuperação reversa fazem com que ele funcione em uma tensão muito alta e taxa de mudança atual e produzir oscilações de alta frequência. Os diodos de retificação e roda livre geralmente estão mais próximos da linha de saída da fonte de alimentação, e as perturbações de alta frequência geradas por eles são mais prováveis de serem transmitidas através da linha de saída CC. A fim de melhorar o fator de potência, a fonte de alimentação de comutação adota um circuito ativo de correção do fator de potência. Ao mesmo tempo, para melhorar a eficiência e a confiabilidade do circuito e reduzir o estresse elétrico do dispositivo de energia, um grande número de tecnologias de comutação suave é usado. Entre eles, a tecnologia de comutação de tensão zero, corrente zero ou tensão zero/corrente zero é a mais amplamente utilizada. Esta tecnologia reduz consideravelmente a perturbação eletromagnética gerada pelos dispositivos de comutação. No entanto, a maioria dos circuitos de absorção não destrutivos de comutação suave usa L e C para transferência de energia e usa a condutividade unidirecional de diodos para realizar a conversão de energia unidirecional. Portanto, os diodos no circuito ressonante tornam-se uma importante fonte de perturbação eletromagnética.
As fontes de alimentação chaveadas geralmente usam indutores e capacitores de armazenamento de energia para formar circuitos de filtro L e C para filtrar sinais de perturbação de modo comum e diferencial. Devido à capacitância distribuída da bobina de indutância, a frequência auto-ressonante da bobina de indutância é reduzida, de modo que um grande número de sinais de perturbação de alta frequência passa pela bobina de indutância e se propaga para fora ao longo da linha de alimentação CA ou da saída CC linha. À medida que a frequência do sinal de perturbação aumenta, o efeito da indutância de chumbo do capacitor do filtro leva a um declínio contínuo na capacitância e no efeito de filtragem, e até mesmo leva a mudanças nos parâmetros do capacitor, o que também é uma causa de perturbação eletromagnética.
Soluções para compatibilidade eletromagnética
Do ponto de vista dos três elementos da compatibilidade eletromagnética, para resolver o problema da compatibilidade eletromagnética das fontes de alimentação chaveadas, podemos partir de três aspectos: primeiro, reduzir o sinal de perturbação gerado pela fonte de perturbação; em segundo lugar, corte o caminho de propagação do sinal de perturbação; terceiro, aumentar a capacidade anti-assédio do corpo assediado. Ao resolver a compatibilidade interna da fonte de alimentação chaveada, os três métodos acima podem ser usados de forma abrangente, com base na relação custo-benefício e na facilidade de implementação. Portanto, perturbações externas geradas pela comutação de fontes de alimentação, como correntes harmônicas de linha de energia, distúrbios de condução de linha de energia e distúrbios de radiação de campo eletromagnético, só podem ser resolvidos reduzindo a fonte de perturbação. Por um lado, pode melhorar o design do circuito do filtro de entrada/saída, melhorar o desempenho do circuito APFC, reduzir a tensão e a taxa de mudança de corrente do tubo de comutação, retificador e diodo de roda livre e adotar várias topologias de circuito de comutação suave e métodos de controle, etc.; o outro Por um lado, fortalecer o efeito de blindagem do invólucro, melhorar o vazamento do invólucro e realizar um bom tratamento de aterramento. Para recursos antidistúrbios externos (como surtos e relâmpagos), os recursos de proteção contra raios das portas de entrada CA e saída CC devem ser otimizados. Normalmente, para a forma de onda combinada do relâmpago de 1,2/50μs de tensão de circuito aberto e 8/20μs de corrente de curto-circuito, devido à pequena energia, geralmente é resolvida combinando varistores de óxido de zinco e tubos elétricos quadrados de gás. Para descarga eletrostática, geralmente no circuito de pequeno sinal da porta de comunicação e da porta de controle, use o tubo TVS e a proteção de aterramento correspondente, aumente a distância elétrica entre o circuito de pequeno sinal e o chassi, etc. distúrbio estático. O sinal transiente rápido contém um espectro de frequência muito amplo e é fácil passar para o circuito de controle na forma de modo comum. O mesmo método antiestático é usado para reduzir a capacitância distribuída da indutância de modo comum e fortalecer a filtragem de sinal de modo comum do circuito de entrada (mais capacitores de modo comum ou núcleos de ferrite de perda de inserção, etc.) para melhorar a imunidade do sistema.
Para reduzir a perturbação interna da fonte de alimentação de comutação, perceber sua própria compatibilidade eletromagnética e melhorar a estabilidade e confiabilidade da fonte de alimentação de comutação, os seguintes aspectos devem ser iniciados:
①Preste atenção na divisão correta da fiação do circuito digital e da placa do circuito do módulo;
②Desacoplamento da fonte de alimentação do circuito digital e do circuito analógico;
③Aterramento de ponto único de circuitos digitais e circuitos analógicos, aterramento de ponto único de circuitos de alta corrente e circuitos de baixa corrente, especialmente circuitos de amostragem de corrente e tensão, para reduzir distúrbios de resistência comuns e a influência de anéis de aterramento. Ao fazer a fiação, preste atenção ao espaçamento entre linhas adjacentes e propriedades de sinal, evite diafonia, reduza a área cercada pelo circuito retificador de saída, o circuito de diodo de roda livre e o circuito de filtro de ramificação, reduza o vazamento do transformador, a capacitância distribuída do indutor de filtro e use capacitores de filtro com altas frequências de ressonância.
