Le cause della compatibilità elettromagnetica causate dagli alimentatori switching
L'alimentatore switching da 24 V funziona nello stato di commutazione di alta tensione e alta corrente e le cause dei problemi di compatibilità elettromagnetica sono piuttosto complicate. Dalla compatibilità elettromagnetica dell'intera macchina, esistono principalmente diversi tipi di accoppiamento di impedenza comune, accoppiamento di linea, accoppiamento di campo elettrico e accoppiamento di campo magnetico, accoppiamento di onde elettromagnetiche. I tre elementi della compatibilità elettromagnetica sono: la sorgente del disturbo, il percorso di propagazione e l'oggetto perturbato. L'accoppiamento di impedenza comune è principalmente l'impedenza comune tra la sorgente e l'oggetto, attraverso la quale il segnale può entrare nell'oggetto. L'accoppiamento linea-linea si riferisce principalmente all'accoppiamento reciproco di fili o linee PCB che generano tensione e corrente di disturbo a causa del cablaggio parallelo.
L'accoppiamento del campo elettrico è dovuto principalmente all'esistenza di una differenza di potenziale e il campo elettrico indotto è accoppiato all'oggetto disturbato. L'accoppiamento del campo magnetico è principalmente l'accoppiamento del campo magnetico a bassa frequenza generato vicino alla linea elettrica a impulsi di grande corrente all'oggetto graffiante. L'accoppiamento del campo elettromagnetico è dovuto principalmente all'onda elettromagnetica ad alta frequenza generata da tensione o corrente pulsante, che si irradia verso l'esterno attraverso lo spazio e accoppia il corrispondente oggetto disturbato. In effetti, ciascuna modalità di accoppiamento non può essere rigorosamente distinta, ma l'enfasi è diversa.
Nell'alimentatore switching da 24 V, il tubo dell'interruttore di alimentazione principale funziona in modalità di commutazione ad alta frequenza a una tensione molto elevata e la tensione di commutazione e la corrente di commutazione sono vicine alle onde quadre. Dall'analisi dello spettro, è noto che il segnale dell'onda quadra contiene ricche armoniche superiori e lo spettro delle armoniche superiori 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 e dello stato di funzionamento non ideale del dispositivo di commutazione dell'alimentazione principale, si verificano spesso oscillazioni armoniche di picco ad alta frequenza e ad alta tensione quando l'alta frequenza è attivata o spento e le armoniche più elevate generate da questa oscillazione armonica vengono trasmesse nel circuito interno attraverso la capacità distribuita tra il tubo dell'interruttore e il radiatore o irradiate nello spazio attraverso il radiatore e il trasformatore.
Anche i diodi utilizzati per la rettifica e la ruota libera sono un'importante causa di interferenze ad alta frequenza. Poiché il raddrizzatore e i diodi di ricircolo funzionano nello stato di commutazione ad alta frequenza, a causa dell'esistenza di un'induttanza parassita del piombo, della capacità di giunzione e dell'influenza della corrente di recupero inverso, funzionano a una velocità di cambiamento di tensione e corrente molto elevata e producono alta frequenza oscillazione. Poiché il raddrizzatore e il diodo di ricircolo sono generalmente vicini alla linea di uscita di potenza, l'interferenza ad alta frequenza da essi generata può essere facilmente trasmessa attraverso la linea di uscita CC.
Per migliorare il fattore di potenza dell'alimentatore switching a 24 V, vengono adottati 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, vengono adottate numerose tecnologie di soft switching. Tra questi, la tecnologia di commutazione a tensione zero, corrente zero o corrente zero è ampiamente utilizzata. Questa tecnologia riduce notevolmente le interferenze elettromagnetiche generate dai dispositivi di commutazione. Tuttavia, la maggior parte dei circuiti di assorbimento senza perdite a commutazione morbida utilizzano L e C per trasferire energia e utilizzano la conduttività unidirezionale dei diodi per realizzare la conversione unidirezionale dell'energia. Pertanto, i diodi in questo circuito risonante diventano una delle principali fonti di interferenza elettromagnetica.
Nell'alimentatore switching a 24 V, i circuiti filtro L e C sono generalmente composti da induttori e condensatori di accumulo di energia, che possono filtrare segnali di interferenza di modo differenziale e di modo comune e convertire segnali ad 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, in modo che un gran numero di segnali di interferenza ad alta frequenza passino attraverso la bobina di induttanza e si propaghino verso l'esterno lungo la linea di alimentazione CA o la linea di uscita CC . Con l'aumento della frequenza del segnale di disturbo, la capacità e l'effetto di filtraggio del condensatore di filtro diminuiscono continuamente per effetto dell'induttanza del cavo, finché non supera la frequenza di risonanza, perde completamente la sua funzione e diventa induttivo. Anche l'uso improprio dei condensatori di filtro e i cavi troppo lunghi sono causa di interferenze elettromagnetiche.
A causa dell'elevata densità di potenza e dell'elevata intelligenza dell'alimentatore switching da 24 V con microprocessore MCU, il segnale di tensione da alto a quasi mille volt è 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 complicata. Un cablaggio irragionevole del PCB, una progettazione strutturale irragionevole, un filtraggio irragionevole dell'ingresso del cavo di alimentazione, un cablaggio irragionevole del cavo di alimentazione in ingresso e in uscita e una progettazione irragionevole della CPU e del circuito di rilevamento porteranno tutti a un funzionamento instabile del sistema o a una ridotta immunità ai campi elettromagnetici irradiati, come scariche elettrostatiche, transitori elettrici veloci, fulmini, interferenze da sovratensione e conduzione, interferenze da radiazioni.
