Analisi delle sorgenti di disturbo elettromagnetico negli alimentatori a commutazione ad alta frequenza
Se il problema delle interferenze elettromagnetiche (EMI) esistente nello stesso alimentatore switching ad alta frequenza non viene gestito correttamente, non solo è facile causare inquinamento alla rete elettrica, influenzando direttamente il normale funzionamento di altre apparecchiature elettriche, ma è anche facile forma inquinamento elettromagnetico nello spazio in entrata, con conseguente problema di compatibilità elettromagnetica (EMC) dell'alimentatore switching ad alta frequenza. Questo articolo si concentra sull'analisi delle interferenze elettromagnetiche che superano lo standard nel modulo di alimentazione switching ad alta frequenza da 1200 W (24 V/50 A) utilizzato negli schermi di alimentazione del segnale ferroviario e propone misure di miglioramento.
I disturbi elettromagnetici generati dagli alimentatori switching ad alta frequenza possono essere suddivisi in due categorie: disturbi condotti e disturbi irradiati. I disturbi condotti si propagano attraverso sorgenti di alimentazione CA con frequenze inferiori a 30 MHz; I disturbi derivanti dalle radiazioni si propagano nello spazio, con frequenze che vanno da 30 a 1000 MHz.
Le armoniche di ordine elevato generate durante il processo di rettifica del raddrizzatore genereranno disturbi di conduzione e radiazione lungo la linea elettrica.
I transistor di potenza a commutazione funzionano negli stati di conduzione e interruzione ad alta frequenza. Al fine di ridurre le perdite di commutazione, migliorare la densità di potenza e l'efficienza complessiva, la velocità di apertura e chiusura del transistor di commutazione sta diventando sempre più veloce, solitamente in pochi microsecondi. Il transistor dell'interruttore si apre e si chiude a questa velocità, formando sovratensione e corrente transitoria, che genereranno armoniche di picco ad alta frequenza e alta tensione e interferenze elettromagnetiche sulle linee di ingresso spaziali e CA.
Nello stesso tempo in cui il trasformatore ad alta frequenza T1 esegue la trasformazione di potenza, genera campi elettromagnetici alternati, che irradiano onde elettromagnetiche nello spazio, formando disturbi di radiazione. L'induttanza e la capacità distribuite del trasformatore generano oscillazioni, che sono accoppiate al circuito di ingresso CA attraverso la capacità distribuita tra gli stadi primari del trasformatore, formando disturbi conduttivi.
Quando la tensione di uscita è relativamente bassa, il diodo raddrizzatore di uscita funziona in uno stato di commutazione ad alta frequenza ed è anche una fonte di interferenza elettromagnetica.
A causa dell'induttanza parassita e della capacità di giunzione del conduttore del diodo, nonché dell'influenza della corrente di recupero inverso, funziona a velocità di variazione di tensione e corrente elevate. Più lungo è il tempo di recupero inverso del diodo, maggiore è l'impatto della corrente di picco e più forte è il segnale di disturbo, con conseguente oscillazione di attenuazione ad alta frequenza, che è un disturbo di conduzione in modalità differenziale.
Tutti i segnali elettromagnetici generati vengono trasmessi a fonti di alimentazione esterne attraverso fili metallici come linee elettriche, linee di segnale e cavi di messa a terra, formando disturbi conduttivi. I disturbi irradiati sono causati da segnali di interferenza irradiati attraverso cavi e dispositivi o da cavi di interconnessione che fungono da antenne.
