Compatibilidade eletromagnética de fontes de alimentação chaveadas
As razões para problemas de compatibilidade eletromagnética causados pela comutação de fontes de alimentação operando sob condições de comutação de alta tensão e alta corrente são bastante complexas. Em termos das propriedades eletromagnéticas 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. O acoplamento de impedância 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 perturbações de tensão e corrente devido à fiação paralela. O acoplamento do campo elétrico se deve principalmente à presença de diferença de potencial, que gera acoplamento do campo elétrico induzido no 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 a objetos perturbadores. O acoplamento do campo eletromagnético se deve principalmente às ondas eletromagnéticas de alta frequência geradas pela tensão pulsante ou corrente que irradia para fora através do espaço, resultando no acoplamento com 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, o interruptor principal opera em um modo de comutação de alta frequência em alta tensão, e a tensão e a corrente de comutação estão próximas de ondas quadradas. A partir da análise do espectro, sabe-se que os sinais de onda quadrada contêm harmônicos ricos de alta ordem. O espectro deste harmônico de ordem superior pode atingir mais de 1.000 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 ao ligar ou desligado em altas frequências. 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. Os diodos de comutação usados para retificação e continuação também são uma causa importante de distúrbios de alta frequência. Devido ao estado de comutação de alta frequência do retificador e dos diodos de roda livre, 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 alta tensão e taxas de mudança de corrente, e gerar oscilações de alta frequência. Os diodos retificadores e de roda livre geralmente estão próximos à linha de saída de energia, e 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, as fontes chaveadas adotam 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 tensão zero/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 soft switch utiliza 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.
As fontes de alimentação chaveadas geralmente usam indutores e capacitores de armazenamento de energia para formar circuitos de filtragem L e C, conseguindo a filtragem de sinais de perturbação de modo diferencial e comum. 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 no capacitor do filtro, o efeito da indutância do chumbo leva a uma diminuição contínua da capacitância e do efeito de filtragem, e até mesmo a alterações nos parâmetros do capacitor, o que também é motivo de interferência eletromagnética.
