Esquema de design otimizado EMC para comutação de PCB de fonte de alimentação
O caminho de interferência do ruído do conversor do tipo chave fornece condições de acoplamento para a fonte de interferência e o equipamento interferido, e a pesquisa sobre sua interferência de modo comum e interferência de modo diferencial é particularmente importante. Analisou principalmente os modelos de alta frequência dos principais componentes do circuito, bem como os modelos de circuito de modo comum e ruído de modo diferencial, fornecendo assistência benéfica para o projeto de otimização EMC de PCBs de fonte de alimentação comutada.
A interferência de modo comum e a interferência de modo diferencial de fontes chaveadas têm efeitos diferentes no circuito. Normalmente, o ruído de modo diferencial domina em baixas frequências e o ruído de modo comum domina em altas frequências. Além disso, o efeito de radiação da corrente de modo comum é geralmente muito maior do que o da corrente de modo diferencial. Portanto, é necessário distinguir entre interferência de modo diferencial e interferência de modo comum em fontes de alimentação.
Para distinguir entre interferência de modo diferencial e interferência de modo comum, primeiro precisamos estudar o modo de acoplamento básico da fonte de alimentação chaveada. Com base nisso, podemos estabelecer caminhos de circuito para corrente de ruído de modo diferencial e corrente de ruído de modo comum. O acoplamento de condução da fonte de alimentação chaveada inclui principalmente:
Acoplamento condutivo baseado em circuito, acoplamento capacitivo, acoplamento indutivo e uma combinação desses métodos de acoplamento.
1 Modelos de caminho de ruído de modo comum e modo diferencial
Nas fontes de alimentação chaveadas, os caminhos de ruído de modo comum e de modo diferencial são formados devido à capacitância de acoplamento CW entre os enrolamentos primário e secundário dos transformadores de alta frequência, a capacitância parasita CK entre os tubos de potência e os dissipadores de calor, os parâmetros parasitas dos tubos de potência eles próprios, e a indutância mútua, auto-indutância, capacitância mútua, auto-capacitância, impedância e outros parâmetros parasitas formados por acoplamento mútuo entre fios impressos, resultando em interferência conduzida em modo comum e modo diferencial. Com base na análise dos modelos de parâmetros parasitas de resistência, indutância e capacitância de dispositivos de comutação de potência, transformadores e fios impressos, um modelo de caminho de corrente de ruído do conversor pode ser obtido.
Modelos de alta frequência dos principais componentes do circuito 2
A indutância parasita interna e a capacitância do interruptor de alimentação afetam o desempenho de alta frequência do circuito. Esses capacitores fazem com que a corrente de fuga de interferência de alta frequência flua para o substrato de metal, e há um capacitor parasita CK entre o interruptor de alimentação e o dissipador de calor. Por razões de segurança, o dissipador de calor geralmente é aterrado, proporcionando um caminho de ruído de modo comum.
Durante a operação dos conversores PWM, o ruído de modo comum também é gerado junto com a operação dos dispositivos de comutação. Conforme mostrado na Figura 1, para um conversor de meia ponte, a tensão de fuga da chave Q1 é sempre U1, e o potencial da fonte varia entre 0 e U1/2 com a mudança do estado da chave; O potencial de fonte de Q2 é sempre 0, e o potencial de dreno varia entre 0 e U1/2. Para manter um bom contato entre o tubo do interruptor e o radiador, juntas de isolamento ou silicone com boa condutividade térmica são frequentemente adicionadas entre a parte inferior do tubo do interruptor e o radiador. Isto resulta na presença de um capacitor de acoplamento paralelo CK entre o ponto A e o terra. Quando o estado dos tubos de comutação Q1 e Q2 muda, causando uma mudança no potencial do ponto A, a corrente de ruído Ik será gerada em CK, conforme mostrado na Figura 2. A corrente flui do dissipador de calor para o invólucro, que tem um impedância de acoplamento com a linha de energia principal, formando um caminho de ruído de modo comum conforme mostrado pela linha tracejada na Figura 2. Portanto, a corrente de ruído de modo comum gera uma queda de tensão na impedância de acoplamento Z entre o terra e a linha de energia principal, formando ruído de modo comum.
