Schema di progettazione della compatibilità elettromagnetica per 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.
Analisi delle sorgenti di disturbo elettromagnetico negli alimentatori a commutazione ad alta frequenza
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.
3. Progettazione della compatibilità elettromagnetica per i disturbi elettromagnetici degli alimentatori a commutazione ad alta frequenza
Aggiungere un filtro di potenza all'ingresso dell'alimentatore switching per sopprimere le armoniche di ordine superiore generate dall'alimentatore switching.
L'aggiunta di anelli magnetici in ferrite alle linee elettriche di ingresso e di uscita può sopprimere il modo comune ad alta frequenza all'interno delle linee elettriche e ridurre l'energia di disturbo irradiata attraverso le linee elettriche.
La linea elettrica dovrebbe essere il più vicino possibile al filo di terra per ridurre l'area del circuito della radiazione in modalità differenziale; Instradare la linea di alimentazione CA in ingresso e la linea di alimentazione CC in uscita separatamente per ridurre l'accoppiamento elettromagnetico tra ingresso e uscita; La linea del segnale deve essere instradata lontano dalla linea di alimentazione, vicino al filo di terra e non troppo lunga per ridurre l'area del circuito; La larghezza delle linee sulla scheda PCB non deve cambiare bruscamente e gli angoli devono essere delimitati da archi, evitando il più possibile angoli retti o spigoli vivi.
Installare i condensatori di disaccoppiamento sul chip e sui tubi dell'interruttore MOS il più vicino possibile ai pin di alimentazione e di terra paralleli al dispositivo.
A causa della presenza di Ldi/dt nel filo di terra, la scheda PCB e il telaio sono collegati indirettamente tramite pilastri in rame. Per quelli che non sono adatti al collegamento a pilastri in rame, vengono utilizzati fili più spessi e messi a terra nelle vicinanze.
Aggiungere circuiti di assorbimento RC su entrambe le estremità del tubo dell'interruttore e del diodo raddrizzatore di uscita per assorbire la sovratensione.
