Analisi sulla tecnologia di controllo EMI degli alimentatori switching
In questo documento, il meccanismo delle EMI negli alimentatori a commutazione viene analizzato in dettaglio e vengono proposte una serie di strategie di soppressione delle EMI, migliorando così efficacemente la compatibilità elettromagnetica degli alimentatori a commutazione.
L'alimentatore switching è un tipo di prodotto elettronico di potenza che utilizza dispositivi a semiconduttore di potenza e integra la tecnologia di conversione di potenza, la tecnologia elettromagnetica elettronica e la tecnologia di controllo automatico. Grazie ai vantaggi di basso consumo energetico, alta efficienza, volume ridotto, leggerezza, lavoro stabile, sicurezza e affidabilità e ampio intervallo di stabilizzazione della tensione, è ampiamente utilizzato nei settori dei computer, delle comunicazioni, degli strumenti elettronici, del controllo automatico industriale, difesa nazionale ed elettrodomestici. Tuttavia, l'alimentatore a commutazione ha una risposta transitoria scarsa ed è soggetto a interferenze elettromagnetiche (EMD) e il segnale EMI occupa un'ampia gamma di frequenze e ha una certa ampiezza. Questi segnali EMI inquinano l'ambiente elettromagnetico attraverso conduzione e radiazione e causano interferenze alle apparecchiature di comunicazione e agli strumenti elettronici, limitando così in una certa misura l'uso dell'alimentatore a commutazione.
1 alimentatore switching provoca interferenze elettromagnetiche
L'interferenza elettromagnetica (EMI) è un tipo di danno alle prestazioni del sistema o sottosistema elettronico causato da disturbi elettromagnetici imprevisti. È costituito da tre elementi fondamentali: sorgente di interferenza, ovvero apparecchiature che generano energia di interferenza elettromagnetica; Canale di accoppiamento, ovvero il canale o il mezzo per la trasmissione delle interferenze elettromagnetiche; Apparecchiature sensibili, ovvero dispositivi, apparecchiature, sottosistemi o sistemi danneggiati da interferenze elettromagnetiche. Sulla base di ciò, le misure fondamentali per controllare le interferenze elettromagnetiche sono: sopprimere le fonti di interferenza, interrompere il percorso del disastro, ridurre la risposta delle apparecchiature sensibili alle interferenze o aumentare il livello di sensibilità elettromagnetica.
Secondo il principio di funzionamento dell'alimentatore switching, è noto che l'alimentatore switching prima rettifica la corrente alternata a frequenza industriale in corrente continua, quindi la inverte in corrente alternata ad alta frequenza e infine la emette attraverso la rettifica e il filtraggio per ottenere una tensione di corrente continua stabile . Nel circuito, il triodo e il diodo di potenza funzionano principalmente nello stato di commutazione e funzionano nell'ordine dei microsecondi; Quando il triodo e il diodo vengono accesi e spenti, la corrente cambia notevolmente durante il tempo di salita e discesa, il che rende facile generare energia a radiofrequenza e formare fonti di interferenza. Allo stesso tempo, anche l'induttanza di dispersione del trasformatore e il picco causato dalla corrente di recupero inverso del diodo di uscita formeranno potenziali interferenze elettromagnetiche.
L'alimentatore switching di solito funziona ad alta frequenza e la frequenza è superiore a 02 kHz, quindi la sua capacità distribuita non può essere ignorata. Da un lato, il foglio isolante tra il dissipatore di calore e il collettore del tubo dell'interruttore ha un'ampia area di contatto e un sottile foglio isolante, quindi la capacità distribuita tra loro non può essere ignorata ad alta frequenza e la corrente ad alta frequenza lo farà flusso al dissipatore di calore attraverso la capacità distribuita e quindi alla massa del telaio, con conseguente interferenza di modo comune; D'altra parte, esiste una capacità distribuita tra gli stadi primari del trasformatore di impulsi, che può fondere direttamente la tensione dell'avvolgimento primario sull'avvolgimento secondario e produrre interferenze di modo comune sulle due linee elettriche con uscita CC del secondario avvolgimento.
Pertanto, le fonti di disturbo negli alimentatori a commutazione sono concentrate principalmente in componenti come tubi di commutazione, diodi e trasformatori ad alta frequenza, nonché nei circuiti di ingresso CA e di uscita di rettifica.
2 Misure per sopprimere le interferenze elettromagnetiche dell'alimentatore switching
Solitamente, il controllo EMI dell'alimentatore switching adotta principalmente la tecnologia di filtraggio, la tecnologia di schermatura, la tecnologia di tenuta e la tecnologia di messa a terra. Le interferenze EMI possono essere suddivise in interferenze di conduzione e interferenze di radiazioni in base al percorso di trasmissione. L'alimentatore a commutazione conduce principalmente interferenze e la sua gamma di frequenza è la più ampia, circa 10kHz-30MHz. Le contromisure per sopprimere le interferenze condotte sono fondamentalmente risolte in tre bande di frequenza: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz e superiori. L'interferenza normale è principalmente nell'intervallo compreso tra 10kHz e 150kHz, che generalmente viene risolta dal filtro LC generale. L'interferenza di modo comune è principalmente nell'intervallo di 150kHz-10 MHz, che solitamente viene risolta dal filtro di reiezione di modo comune. Le contromisure per la banda di frequenza superiore a 10 MHz consistono nel migliorare la forma del filtro e adottare misure di schermatura elettromagnetica.
2.1 utilizzando il filtro EMI di ingresso CA.
Solitamente esistono due modi per trasmettere la corrente interferente sul conduttore: modo comune e modo differenziale. L'interferenza di modo comune è l'interferenza tra il fluido vettore e la terra: l'interferenza ha la stessa entità e direzione, ed esiste tra un'eventuale terra relativa dell'alimentazione o tra la linea neutra e la terra. È prodotto principalmente da du/dt e di/dt produce anche alcune interferenze di modo comune. L'interferenza di modo differenziale è l'interferenza tra fluidi vettori: l'interferenza è uguale in grandezza e opposta in direzione, ed esiste tra la linea di fase e la linea di neutro dell'alimentazione e tra la linea di fase e la linea di fase. Quando la corrente interferente viene trasmessa sul conduttore, può apparire sia in modalità comune che in modalità differenziale. Tuttavia, la corrente di disturbo di modo comune può interferire con segnali utili solo dopo essere diventata corrente di disturbo di modo differenziale.
Esistono i due tipi di interferenza sopra menzionati nella linea di trasmissione dell'alimentazione CA, solitamente l'interferenza di modalità differenziale a bassa frequenza e l'interferenza di modalità comune ad alta frequenza. In generale, l'ampiezza dell'interferenza della modalità differenziale è piccola, la frequenza è bassa e l'interferenza causata è piccola; L'interferenza di modo comune ha una grande ampiezza e un'alta frequenza e può anche produrre radiazioni attraverso i cavi, causando grandi interferenze. Se viene utilizzato un filtro EMI appropriato all'estremità di ingresso dell'alimentazione CA, le interferenze elettromagnetiche possono essere efficacemente soppresse. Il principio di base del filtro EMI della linea di alimentazione è mostrato nella Figura 1, in cui i condensatori di modalità differenziale C1 e C2 vengono utilizzati per cortocircuitare la corrente di interferenza in modalità differenziale, mentre i condensatori di messa a terra della linea intermedia C3 e C4 vengono utilizzati per cortocircuitare la corrente di interferenza in modalità differenziale. circuito la corrente di interferenza di modo comune. La bobina d'arresto di modo comune è composta da due bobine di uguale spessore e avvolte su un nucleo magnetico nella stessa direzione. Se l'accoppiamento magnetico tra le due bobine è molto stretto, l'induttanza di dispersione sarà molto piccola, il che è scarsa nella gamma di frequenza della linea di alimentazione.
La reattanza modale diventerà molto piccola; Quando la corrente di carico attraversa l'induttanza di modo comune, le linee del campo magnetico generate dalle bobine collegate in serie sulla linea di fase sono opposte a quelle generate dalle bobine collegate in serie sulla linea di neutro, e si annullano a vicenda nell'induttanza di modo comune. nucleo magnetico. Pertanto, anche in caso di corrente di carico elevata, il nucleo magnetico non sarà saturato. Per la corrente di interferenza di modo comune, i campi magnetici generati dalle due bobine sono nella stessa direzione, il che presenterà una grande induttanza, giocando così un ruolo nell'attenuazione del segnale di interferenza di modo comune. In questo caso, la bobina di arresto di modo comune deve essere realizzata in materiale magnetico di ferrite con elevata permeabilità e buone caratteristiche di frequenza.
