Soluzione al problema EMC dell'alimentatore switching di comunicazione
L'alimentatore switching per comunicazioni è ampiamente utilizzato nella commutazione controllata da programma, nella trasmissione ottica di dati, nelle stazioni base wireless, nei sistemi televisivi via cavo e nelle reti IP grazie ai vantaggi di dimensioni ridotte, leggerezza, alta efficienza, funzionamento affidabile e monitoraggio remoto. È la forza trainante per il normale funzionamento delle apparecchiature informatiche.
Con lo sviluppo della tecnologia dell'informazione, le apparecchiature informatiche si sono diffuse in tutto il paese, dalle città centrali sviluppate alle aree montuose remote, offrendo grande comodità per la comunicazione e la trasmissione di informazioni tra le persone. A causa delle differenze tra le aree urbane e rurali, la rete di alimentazione delle apparecchiature di comunicazione comprende sia metodi di alimentazione stabili della grande rete elettrica che metodi di alimentazione indipendenti di piccola energia idroelettrica. Nella modalità di alimentazione delle piccole centrali idroelettriche, a causa dei cambiamenti nel volume dell'acqua, dei cambiamenti significativi nel consumo di elettricità degli utenti e del funzionamento instabile delle apparecchiature di generazione di energia, la distorsione della forma d'onda della rete elettrica è grave e le fluttuazioni di tensione sono ampie. Allo stesso tempo, il cablaggio non standard del sistema di distribuzione rappresenta una seria sfida per l’alimentazione elettrica commutata di comunicazione.
La comunicazione ferroviaria e la comunicazione elettrica si stanno sviluppando e crescendo. A causa della forte tensione indotta generata dalle locomotive elettriche, la tensione di terra oscilla notevolmente, determinando fluttuazioni significative nella tensione di rete. Un forte campo elettrico può facilmente causare instabilità transitoria nel funzionamento degli alimentatori a commutazione. L'alimentatore switching per comunicazioni che opera vicino alla rete elettrica ad alta tensione, sebbene la tensione di rete sia stabile, è facilmente influenzato da forti interferenze del campo elettromagnetico causate da cambiamenti nel carico della rete.
Pertanto, l'alimentatore switching per la comunicazione dovrebbe avere una forte resistenza alle interferenze elettromagnetiche, in particolare l'adattabilità a fulmini, sovratensioni e fluttuazioni della tensione di rete. Dovrebbe inoltre avere una sufficiente capacità anti-interferenza contro interferenze statiche, campo elettrico, campo magnetico e onde elettromagnetiche, garantendo il normale funzionamento e la stabilità nell'alimentazione delle apparecchiature di comunicazione.
D'altra parte, a causa del transistor dell'interruttore di alimentazione, del raddrizzatore o del diodo a ricircolo e del trasformatore di alimentazione principale all'interno dell'alimentatore switching di comunicazione che funziona in modalità di commutazione ad alta tensione, alta corrente e ad alta frequenza, la forma d'onda di tensione e corrente è per lo più un'onda quadra. Durante il processo di commutazione ad onda quadra di alta tensione e alta corrente, verranno generate forti tensioni e correnti armoniche. Queste tensioni e correnti armoniche vengono trasmesse attraverso la linea di ingresso dell'alimentatore o la linea di uscita dell'alimentatore switching, causando interferenze con altri dispositivi e la rete elettrica alimentati dall'alimentatore di comunicazione sulla stessa rete elettrica. Allo stesso tempo, causano anche interferenze con i dispositivi alimentati dall'alimentatore di comunicazione, come apparecchiature di commutazione controllate da programma, stazioni base wireless, apparecchiature di trasmissione ottica e apparecchiature televisive via cavo, rendendoli incapaci di funzionare correttamente; D'altro canto, tensioni e correnti armoniche elevate generano interferenze elettromagnetiche all'interno dell'alimentatore switching, che causano instabilità nel funzionamento interno dell'alimentatore switching e ne riducono le prestazioni. Alcuni campi elettromagnetici si irradiano nello spazio circostante attraverso le fessure nell'involucro dell'alimentatore dell'interruttore e, insieme ai campi elettromagnetici irradiati generati attraverso le linee elettriche e le linee di uscita CC, si propagano nello spazio, causando interferenze con altre apparecchiature ad alta frequenza e apparecchiature sensibili ai campi elettromagnetici, causando il funzionamento anomalo di altre apparecchiature.
Problemi di compatibilità elettromagnetica degli alimentatori switching
I problemi di compatibilità elettromagnetica causati dagli alimentatori a commutazione di comunicazione che operano in stati di commutazione ad alta tensione e corrente elevata sono piuttosto complessi. 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 della compatibilità elettromagnetica sono: sorgente di interferenza, percorso di propagazione e oggetto di interferenza. L'accoppiamento di impedenza comune si riferisce principalmente all'impedenza comune tra la sorgente di interferenza e l'oggetto interferito dal punto di vista elettrico, attraverso la quale il segnale di interferenza entra nell'oggetto interferito. L'accoppiamento linea-linea si riferisce principalmente all'accoppiamento reciproco tra fili o fili PCB che generano tensione e corrente di interferenza a causa del cablaggio in parallelo. L'accoppiamento del campo elettrico è dovuto principalmente alla presenza di differenze di potenziale, con conseguente accoppiamento del campo elettrico indotto al corpo interferito. 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 con oggetti interferenti. L'accoppiamento delle onde elettromagnetiche 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 si accoppiano con il corrispondente corpo interferente. Infatti, ogni metodo di accoppiamento non può essere rigorosamente distinto, ma solo con focus diversi.
In un alimentatore a commutazione, l'interruttore di alimentazione principale funziona in modalità di commutazione ad alta frequenza ad alta tensione. La tensione e la corrente di commutazione sono entrambe onde quadre e lo spettro delle armoniche di ordine superiore contenuto in quest'onda quadra può raggiungere più di 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 insoddisfacente 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 superiore 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. Anche i diodi di commutazione utilizzati per la rettifica e la continuazione sono un'importante causa di interferenze ad alta frequenza. A causa dello stato di commutazione ad alta frequenza del raddrizzatore e dei diodi a ricircolo, la presenza di induttanza parassita e capacità di giunzione nei conduttori dei diodi, nonché l'influenza della corrente di recupero inverso, li fa funzionare a velocità di variazione di tensione e corrente elevate, con conseguenti 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 le interferenze ad alta frequenza da essi generate vengano trasmesse attraverso la linea di uscita CC.
Per migliorare il fattore di potenza, negli alimentatori a commutazione di comunicazione vengono utilizzati circuiti di correzione del fattore di potenza attivi. 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 a tensione zero è la più utilizzata. Questa tecnologia riduce notevolmente le interferenze elettromagnetiche generate dai dispositivi di commutazione. Tuttavia, i circuiti di assorbimento senza perdite a commutazione morbida spesso utilizzano 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 interferenza elettromagnetica.
