Razões para compatibilidade eletromagnética causada pela fonte de alimentação
As razões para problemas de compatibilidade eletromagnética causados por fontes de alimentação comutadas de 24 V operando sob condições de comutação de alta tensão e alta corrente são bastante complexas. Em termos de compatibilidade eletromagnética de toda a máquina, existem principalmente vários tipos: acoplamento de impedância comum, acoplamento linha a linha, acoplamento de campo elétrico, acoplamento de campo magnético e acoplamento de ondas eletromagnéticas. Os três elementos que geram compatibilidade eletromagnética são: a fonte da perturbação, o caminho de propagação e o objeto da perturbação. O acoplamento de resistência comum refere-se principalmente à impedância comum entre a fonte de perturbação e o objeto perturbado eletricamente, através da qual o sinal de perturbação entra no objeto perturbado. O acoplamento linha a linha refere-se principalmente ao acoplamento mútuo entre fios ou fios PCB que geram tensão e corrente de risco devido à fiação paralela.
O acoplamento do campo elétrico se deve principalmente à presença de diferenças de potencial, resultando no acoplamento de campos elétricos induzidos ao corpo perturbado. O acoplamento de campo magnético refere-se principalmente ao acoplamento de campos magnéticos de baixa frequência gerados perto de linhas de energia de pulso de alta corrente ao objeto de perturbação. O acoplamento do campo eletromagnético é causado principalmente por ondas eletromagnéticas de alta frequência geradas por tensão ou corrente pulsante, que irradiam para fora através do espaço e acoplam o corpo perturbado correspondente. Na verdade, cada método de acoplamento não pode ser estritamente distinguido, apenas com focos diferentes.
Em uma fonte de alimentação chaveada de 24 V, o interruptor de alimentação principal opera em um modo de comutação de alta frequência em alta tensão. A tensão e a corrente de comutação estão próximas das ondas quadradas. A partir da análise do espectro, sabe-se que o sinal de onda quadrada contém harmônicos ricos de alta ordem, que podem atingir um espectro de frequência superior a 1000 vezes a frequência da onda quadrada. Ao mesmo tempo, devido à indutância de vazamento e à capacitância distribuída do transformador de potência, bem como ao estado de funcionamento não ideal do dispositivo de comutação de alimentação principal, oscilações harmônicas de pico de alta frequência e alta tensão são frequentemente geradas quando de alta frequência está ligado ou desligado. Os harmônicos de alta ordem gerados por esta oscilação harmônica são transmitidos ao circuito interno através da capacitância distribuída entre o tubo da chave e o dissipador de calor ou irradiados para o espaço através do dissipador de calor e do transformador.
Usado para diodos de retificação e de corrente contínua, é também um motivo importante para a geração de distúrbios de alta frequência. Devido aos diodos retificadores e de roda livre operando no modo de comutação de alta frequência, a presença de indutância parasita e capacitância de junção nos terminais do diodo, bem como a influência da corrente de recuperação reversa, fazem com que eles operem em altas taxas de mudança de tensão e corrente, e gerar oscilações de alta frequência. Devido ao fato de que os diodos retificadores e de roda livre estão geralmente próximos da linha de saída de energia, os distúrbios de alta frequência gerados por eles têm maior probabilidade de serem transmitidos através da linha de saída CC.
Para melhorar o fator de potência das fontes chaveadas de 24 V, são utilizados circuitos ativos de correção do fator de potência. Ao mesmo tempo, a fim de melhorar a eficiência e a confiabilidade do circuito e reduzir o estresse elétrico dos dispositivos de potência, um grande número de tecnologias de comutação suave foram adotados. 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, os circuitos de absorção sem perdas de comutação suave utilizam principalmente L e C para transferência de energia, utilizando a condutividade unidirecional dos diodos para obter conversão de energia unidirecional. Portanto, os diodos neste circuito ressonante tornam-se uma importante fonte de perturbação eletromagnética.
Em fontes de alimentação chaveadas de 24 V, indutores e capacitores de armazenamento de energia são geralmente usados para formar circuitos de filtragem L e C para filtrar sinais de perturbação de modo diferencial e comum e para converter sinais de onda quadrada CA em sinais CC suaves. Devido à capacitância distribuída da bobina de indutância, a frequência auto-ressonante da bobina de indutância é reduzida, resultando em um grande número de sinais de perturbação de alta frequência que passam pela bobina de indutância e se propagam para fora ao longo da linha de alimentação CA ou da linha de saída CC. À medida que a frequência do sinal de perturbação aumenta, a capacitância e o efeito de filtragem do capacitor do filtro continuam a diminuir devido ao efeito da indutância do condutor, até perder completamente a função do capacitor e se tornar indutivo acima da frequência de ressonância. O uso inadequado de capacitores de filtro e cabos excessivamente longos também são causas de interferência eletromagnética.
Devido à alta densidade de potência e alto nível de inteligência da fonte de alimentação chaveada de 24 V, equipada com microprocessador MCU, o sinal de tensão varia de alto a quase quilovolts, de baixo a vários volts; Desde sinais digitais de alta frequência até sinais analógicos de baixa frequência, a distribuição de campo dentro da fonte de alimentação é bastante complexa. Fiação de PCB irracional, projeto estrutural irracional, filtragem de entrada irracional de linhas de energia, fiação de linha de energia de entrada e saída irracional e design irracional de CPU e circuitos de detecção podem levar à operação instável do sistema ou imunidade reduzida a campos eletromagnéticos, como descarga eletrostática, eletricidade grupos de pulsos transitórios rápidos, descargas atmosféricas, surtos, perturbações conduzidas, perturbações irradiadas e campos eletromagnéticos irradiados.
