Motivi della compatibilità elettromagnetica causati dall'alimentazione
Le ragioni dei problemi di compatibilità elettromagnetica causati dall'alimentatore switching da 24 V che funziona in condizioni di commutazione ad alta tensione e corrente elevata sono piuttosto complesse. In termini di compatibilità elettromagnetica dell'intera macchina, esistono principalmente diversi tipi: accoppiamento di impedenza comune, accoppiamento linea-linea, accoppiamento del campo elettrico, accoppiamento del campo magnetico e accoppiamento dell'onda elettromagnetica. I tre elementi che generano la compatibilità elettromagnetica sono: la sorgente del disturbo, il percorso di propagazione e l'oggetto del disturbo. L'accoppiamento di resistenza comune si riferisce principalmente all'impedenza comune tra la fonte di disturbo e l'oggetto disturbato dal punto di vista elettrico, attraverso la quale il segnale di disturbo entra nell'oggetto disturbato. L'accoppiamento linea-linea si riferisce principalmente all'accoppiamento reciproco tra fili o fili PCB che generano tensione e corrente di zero a causa del cablaggio parallelo.
L'accoppiamento del campo elettrico è dovuto principalmente alla presenza di differenze di potenziale, con conseguente accoppiamento dei campi elettrici indotti al corpo perturbato. L'accoppiamento del campo magnetico si riferisce principalmente all'accoppiamento di campi magnetici a bassa frequenza generati vicino a linee elettriche a impulsi ad alta corrente all'oggetto di disturbo. L'accoppiamento del campo elettromagnetico è causato principalmente da onde elettromagnetiche ad alta frequenza generate da tensione o corrente pulsante, che si irradiano verso l'esterno attraverso lo spazio e accoppiano il corrispondente corpo disturbato. Infatti, ogni metodo di accoppiamento non può essere rigorosamente distinto, ma solo con focus diversi.
In un alimentatore switching da 24 V, l'interruttore di alimentazione principale funziona in modalità di commutazione ad alta frequenza ad alta tensione. La tensione e la corrente di commutazione sono vicine alle onde quadre. Dall'analisi dello spettro, è noto che il segnale ad onda quadra contiene ricche armoniche di ordine elevato, che possono raggiungere uno spettro di frequenza di oltre 1000 volte la frequenza dell'onda quadra. Allo stesso tempo, a causa dell'induttanza di dispersione e della capacità distribuita del trasformatore di potenza, nonché dello stato di funzionamento non ideale del dispositivo di commutazione dell'alimentazione principale, vengono spesso generate oscillazioni armoniche di picco ad alta frequenza e ad alta tensione quando l'alta frequenza è acceso o spento. Le armoniche di ordine elevato generate da questa oscillazione armonica vengono trasmesse al circuito interno attraverso la capacità distribuita tra il tubo dell'interruttore e il dissipatore di calore o irradiate nello spazio attraverso il dissipatore di calore e il trasformatore.
Utilizzato per raddrizzatori e diodi a corrente continua, è anche un motivo importante per la generazione di disturbi ad alta frequenza. A causa del raddrizzatore e dei diodi a ricircolo che funzionano in modalità di commutazione ad alta frequenza, la presenza di induttanza parassita e capacità di giunzione nei conduttori dei diodi, nonché l'influenza della corrente di recupero inverso, li fanno funzionare ad alta tensione e velocità di cambiamento di corrente, e generare oscillazioni ad alta frequenza. Dato che il raddrizzatore e i diodi di ricircolo sono generalmente vicini alla linea di uscita di potenza, è molto probabile che i disturbi ad alta frequenza da essi generati vengano trasmessi attraverso la linea di uscita CC.
Per migliorare il fattore di potenza degli alimentatori switching a 24V vengono utilizzati circuiti di rifasamento attivo. Allo stesso tempo, per migliorare l'efficienza e l'affidabilità del circuito e ridurre lo stress elettrico dei dispositivi di potenza, sono state adottate numerose tecnologie di soft switching. Tra queste, la tecnologia di commutazione a tensione zero, corrente zero o corrente zero è quella più utilizzata. Questa tecnologia riduce notevolmente le interferenze elettromagnetiche generate dai dispositivi di commutazione. Tuttavia, i circuiti di assorbimento senza perdite a commutazione morbida utilizzano principalmente L e C per il trasferimento di energia, sfruttando la conduttività unidirezionale dei diodi per ottenere la conversione di energia unidirezionale. Pertanto, i diodi in questo circuito risonante diventano una delle principali fonti di disturbi elettromagnetici.
Negli alimentatori switching a 24 V, induttori e condensatori di accumulo di energia vengono generalmente utilizzati per formare circuiti di filtraggio L e C per filtrare segnali di disturbo differenziali e di modo comune e per convertire segnali a onda quadra CA in segnali CC uniformi. A causa della capacità distribuita della bobina di induttanza, la frequenza di risonanza della bobina di induttanza viene ridotta, determinando un gran numero di segnali di disturbo ad alta frequenza che passano attraverso la bobina di induttanza e si propagano verso l'esterno lungo la linea di alimentazione CA o la linea di uscita CC. All'aumentare della frequenza del segnale di disturbo, la capacità e l'effetto di filtraggio del condensatore di filtro continuano a diminuire per effetto dell'induttanza del conduttore, fino a perdere completamente la funzione del condensatore e diventare induttivo al di sopra della frequenza di risonanza. Anche l'uso improprio dei condensatori di filtro e i cavi eccessivamente lunghi sono causa di interferenze elettromagnetiche.
A causa dell'elevata densità di potenza e dell'alto livello di intelligenza dell'alimentatore switching da 24 V, dotato di microprocessore MCU, il segnale di tensione varia da alto a quasi kilovolt a basso fino a diversi volt; Dai segnali digitali ad alta frequenza ai segnali analogici a bassa frequenza, la distribuzione del campo all'interno dell'alimentatore è piuttosto complessa. Un cablaggio irragionevole della scheda PCB, una progettazione strutturale irragionevole, un filtraggio irragionevole degli ingressi delle linee elettriche, un cablaggio irragionevole delle linee elettriche di ingresso e uscita e una progettazione irragionevole della CPU e dei circuiti di rilevamento possono portare a un funzionamento instabile del sistema o a una ridotta immunità ai campi elettromagnetici quali scariche elettrostatiche, gruppi di impulsi transitori veloci, fulmini, sovratensioni, disturbi condotti, disturbi irradiati e campi elettromagnetici irradiati.
