Experiência de design EMI de fonte de alimentação comutada
1. Fonte EMI de fonte de alimentação comutada
As fontes de interferência EMI da fonte de alimentação comutada são refletidas principalmente no tubo do interruptor de energia, diodo retificador, transformador de alta frequência, etc. A interferência do ambiente externo na fonte de alimentação comutada vem principalmente do jitter da rede elétrica, raios greves e radiação externa.
(1) Tubo do interruptor de alimentação
O tubo do interruptor de energia funciona no estado de comutação de ciclo rápido On-Off, e dv/dt e di/dt estão mudando rapidamente. Portanto, o tubo do interruptor de alimentação não é apenas a principal fonte de interferência do acoplamento do campo elétrico, mas também a principal fonte de interferência do acoplamento do campo magnético.
(2) Transformador de alta frequência
A fonte EMI do transformador de alta frequência está concentrada na transformação de ciclo rápido di/dt correspondente à indutância de fuga, de modo que o transformador de alta frequência é uma importante fonte de interferência do acoplamento do campo magnético.
(3) Diodo retificador
A fonte EMI do diodo retificador é refletida principalmente nas características de recuperação reversa. O ponto descontínuo da corrente de recuperação reversa gerará alto dv/dt na indutância (indutância de chumbo, indutância parasita, etc.), resultando em forte interferência eletromagnética.
(4) PCB
Para ser preciso, o PCB é o canal de acoplamento para as fontes de interferência mencionadas acima, e a qualidade do PCB corresponde diretamente à supressão das fontes EMI mencionadas acima.
2. Classificação do canal de transmissão EMI da fonte de alimentação chaveada
(1) Canal de transmissão para interferência conduzida
(1) Acoplamento capacitivo
(2) Acoplamento indutivo
(3) Acoplamento resistivo
a. Acoplamento de condução resistiva gerado pela resistência interna da fonte de alimentação pública
b. Acoplamento de condução resistiva gerado por impedância de terra comum
c. Acoplamento de condução resistiva gerado por impedância de linha comum
(2) Canal de transmissão de interferência de radiação
(1) Na fonte de alimentação chaveada, os componentes e fios que podem constituir a fonte de interferência de radiação podem ser assumidos como antenas, de modo que a teoria do dipolo elétrico e do dipolo magnético pode ser utilizada para análise; diodos, capacitores e tubos de chave de força podem ser assumidos como dipolos elétricos, bobinas de indutância podem ser consideradas dipolos magnéticos;
(2) Quando não há blindagem, o canal de transmissão das ondas eletromagnéticas geradas por dipolos elétricos e dipolos magnéticos é o ar (que pode ser assumido como espaço livre);
(3) Quando houver um corpo de blindagem, considere as lacunas e furos do corpo de blindagem e analise e processe de acordo com o modelo matemático do campo de vazamento.
3. Nove medidas principais para a supressão de EMI da fonte de alimentação comutada
Em uma fonte de alimentação chaveada, mudanças bruscas de tensão e corrente, ou seja, altos dv/dt e di/dt, são as principais causas de EMI. As medidas técnicas de projeto EMC para realizar a fonte de alimentação de comutação são baseadas principalmente nos dois pontos a seguir:
(1) Minimizar a fonte de interferência gerada pela própria fonte de alimentação, usar o método de supressão de interferência ou gerar componentes e circuitos com menos interferência e fazer um layout razoável;
(2) Suprima o EMI da fonte de alimentação e melhore o EMS da fonte de alimentação por meio de aterramento, filtragem, blindagem e outras tecnologias.
Separadamente falando, as nove medidas principais são:
(1) Reduzir dv/dt e di/dt (reduzir seu valor de pico, diminuir sua inclinação)
(2) Aplicação razoável de varistores para reduzir surtos de tensão
(3) A rede de amortecimento suprime o overshoot
(4) Diodos com características de recuperação suave são usados para reduzir EMI de alta frequência
(5) Correção do fator de potência ativo e outras técnicas de correção harmônica
(6) Use um filtro de linha de energia razoavelmente projetado
(7) Tratamento de aterramento razoável
(8) Medidas de blindagem eficazes
(9) Projeto de PCB razoável
4. Controle da indutância de vazamento do transformador de alta frequência
A indutância de vazamento do transformador de alta frequência é uma das razões importantes para a tensão de pico de desligamento do tubo do interruptor de alimentação. Portanto, controlar a indutância de fuga torna-se o principal problema para resolver a EMI causada pelo transformador de alta frequência.
Existem dois pontos de entrada para reduzir a indutância de vazamento de transformadores de alta frequência: projeto elétrico e projeto de processo!
(1) Escolha um núcleo magnético adequado para reduzir a indutância de vazamento. A indutância de vazamento é proporcional ao quadrado do número de voltas no lado primário, reduzindo o número de voltas reduzirá significativamente a indutância de vazamento.
(2) Reduza a camada de isolamento entre os enrolamentos. Agora há uma camada isolante chamada "filme de ouro" com uma espessura de 20-100um e uma tensão de quebra de pulso de vários milhares de volts.
(3) Aumente o acoplamento entre os enrolamentos e reduza a indutância de vazamento.
5. Blindagem de transformadores de alta frequência
A fim de evitar que o campo magnético de fuga do transformador de alta frequência interfira com os circuitos circundantes, uma fita de blindagem pode ser usada para proteger o vazamento do campo magnético do transformador de alta frequência. A fita de blindagem geralmente é feita de folha de cobre, enrolada na parte externa do transformador e aterrada. A fita de blindagem é um anel de curto-circuito em relação ao campo de vazamento, suprimindo assim o vazamento do campo de vazamento em uma faixa maior.
Para transformadores de alta frequência, ocorrerá deslocamento relativo entre os núcleos magnéticos e entre os enrolamentos, o que causará ruído (uivo, vibração) na operação do transformador de alta frequência. Para evitar esse ruído, o transformador precisa ser endurecido:
(1) Use resina epóxi para ligar as três superfícies de contato do núcleo magnético (como EE, EI núcleo magnético) para suprimir a geração de deslocamento relativo;
(2) Use cola "contas de vidro" (contas de vidro) para unir o núcleo magnético, o efeito é melhor.
