Tecnología de compatibilidad electromagnética de fuente de alimentación conmutada
Las razones de los problemas de compatibilidad electromagnética causados por las fuentes de alimentación conmutadas son bastante complicadas porque funcionan en condiciones de conmutación de alto voltaje y alta corriente. En cuanto a las propiedades electromagnéticas de toda la máquina, existen principalmente acoplamiento de impedancia común, acoplamiento de línea a línea, acoplamiento de campo eléctrico, acoplamiento de campo magnético y acoplamiento de onda electromagnética. El acoplamiento de impedancia común es principalmente la impedancia eléctrica común entre la fuente perturbadora y el cuerpo perturbado, a través del cual la señal perturbadora ingresa al cuerpo perturbado. El acoplamiento de línea a línea es principalmente el acoplamiento mutuo de cables o líneas de PCB que generan perturbaciones de tensión y corriente debido al cableado en paralelo. El acoplamiento de campo eléctrico se debe principalmente a la existencia de la diferencia de potencial, que genera el acoplamiento de campo del campo eléctrico inducido al cuerpo perturbado. El acoplamiento de campo magnético se refiere principalmente al acoplamiento del campo magnético de baja frecuencia generado cerca de la línea de alimentación de pulso de alta corriente con el objeto perturbador. El acoplamiento del campo electromagnético se debe principalmente a las ondas electromagnéticas de alta frecuencia generadas por el voltaje pulsante o la corriente que se irradia hacia el exterior a través del espacio y se acopla al cuerpo perturbado correspondiente. De hecho, no se puede distinguir estrictamente cada método de acoplamiento, pero el énfasis es diferente.
En la fuente de alimentación conmutada, el tubo de conmutación de alimentación principal funciona en un modo de conmutación de alta frecuencia a un voltaje muy alto. El voltaje de conmutación y la corriente de conmutación están cerca de las ondas cuadradas. Del análisis de espectro, la señal de onda cuadrada contiene ricos armónicos de alto orden. El espectro de frecuencia del armónico superior puede alcanzar más de 1000 veces la frecuencia de la onda cuadrada. Al mismo tiempo, debido a la inductancia de fuga y la capacitancia distribuida del transformador de potencia y el estado de funcionamiento no ideal del dispositivo de conmutación de potencia principal, a menudo se generan oscilaciones armónicas de pico de alta frecuencia y alto voltaje cuando se enciende o apaga la alta frecuencia. . Los armónicos más altos generados por la oscilación armónica se transmiten al circuito interno a través de la capacitancia distribuida entre el tubo del interruptor y el radiador o se irradian al espacio a través del radiador y el transformador. Los diodos de conmutación utilizados para la rectificación y el funcionamiento libre también son una causa importante de perturbaciones de alta frecuencia. Debido a que los diodos de rectificación y de rueda libre funcionan en un estado de conmutación de alta frecuencia, la existencia de la inductancia parásita del conductor del diodo, la existencia de la capacitancia de unión y la influencia de la corriente de recuperación inversa hacen que funcione a un voltaje muy alto y tasa de cambio actual, y producir oscilaciones de alta frecuencia. Los diodos de rectificación y de rueda libre generalmente están más cerca de la línea de salida de la fuente de alimentación, y es más probable que las perturbaciones de alta frecuencia generadas por ellos se transmitan a través de la línea de salida de CC. Para mejorar el factor de potencia, la fuente de alimentación conmutada adopta un circuito de corrección de factor de potencia activo. Al mismo tiempo, para mejorar la eficiencia y la confiabilidad del circuito y reducir el estrés eléctrico del dispositivo de potencia, se utiliza una gran cantidad de tecnologías de conmutación suave. Entre ellos, la tecnología de conmutación de voltaje cero, corriente cero o voltaje cero/corriente cero es la más utilizada. Esta tecnología reduce en gran medida la perturbación electromagnética generada por los dispositivos de conmutación. Sin embargo, la mayoría de los circuitos de absorción no destructivos de conmutación suave utilizan L y C para la transferencia de energía y utilizan la conductividad unidireccional de los diodos para realizar la conversión de energía unidireccional. Por lo tanto, los diodos del circuito resonante se convierten en una fuente importante de perturbaciones electromagnéticas.
Las fuentes de alimentación conmutadas generalmente usan inductores y capacitores de almacenamiento de energía para formar circuitos de filtro L y C para filtrar señales de perturbación de modo común y diferencial. Debido a la capacitancia distribuida de la bobina de inductancia, la frecuencia autorresonante de la bobina de inductancia se reduce, por lo que una gran cantidad de señales de perturbación de alta frecuencia pasan a través de la bobina de inductancia y se propagan hacia afuera a lo largo de la línea de alimentación de CA o la salida de CC. línea. A medida que aumenta la frecuencia de la señal de perturbación, el efecto de la inductancia principal del condensador de filtro conduce a una disminución continua de la capacitancia y el efecto de filtrado, e incluso provoca cambios en los parámetros del condensador, que también es una causa de perturbación electromagnética.
Soluciones para Compatibilidad Electromagnética
Desde la perspectiva de los tres elementos de la compatibilidad electromagnética, para resolver el problema de la compatibilidad electromagnética de las fuentes de alimentación conmutadas, podemos partir de tres aspectos: primero, reducir la señal perturbadora generada por la fuente perturbadora; segundo, cortar la ruta de propagación de la señal perturbadora; tercero, mejorar la capacidad anti-acoso del cuerpo acosado. Al resolver la compatibilidad interna de la fuente de alimentación conmutada, los tres métodos anteriores se pueden utilizar de manera integral, en función de la relación costo-beneficio y la facilidad de implementación. Por lo tanto, las perturbaciones externas generadas por la conmutación de las fuentes de alimentación, como las corrientes armónicas de la línea eléctrica, las perturbaciones de la conducción de la línea eléctrica y las perturbaciones de la radiación del campo electromagnético, solo pueden resolverse reduciendo la fuente de la perturbación. Por un lado, puede mejorar el diseño del circuito de filtro de entrada/salida, mejorar el rendimiento del circuito APFC, reducir la tasa de cambio de voltaje y corriente del tubo interruptor, el rectificador y el diodo de rueda libre, y adoptar varias topologías de circuito de conmutación suave. y métodos de control, etc.; el otro Por un lado, fortalece el efecto de protección de la carcasa, mejora la fuga de espacio de la carcasa y realiza un buen tratamiento de conexión a tierra. Para las capacidades externas contra perturbaciones (como sobretensiones y descargas de rayos), se deben optimizar las capacidades de protección contra rayos de los puertos de entrada de CA y salida de CC. Por lo general, para la forma de onda combinada de rayo de 1.2/50 μs de voltaje de circuito abierto y 8/20 μs de corriente de cortocircuito, debido a la pequeña energía, generalmente se resuelve combinando varistores de óxido de zinc y tubos eléctricos cuadrados de gas. Para descargas electrostáticas, generalmente en el circuito de señal pequeña del puerto de comunicación y el puerto de control, use el tubo TVS y la protección de conexión a tierra correspondiente, aumente la distancia eléctrica entre el circuito de señal pequeña y el chasis, etc. para resolver o seleccionar dispositivos con anti- perturbación estática. La señal transitoria rápida contiene un espectro de frecuencia muy amplio y es fácil de pasar al circuito de control en forma de modo común. Se utiliza el mismo método que el antiestático para reducir la capacitancia distribuida de la inductancia de modo común y fortalecer el filtrado de señal de modo común del circuito de entrada (más capacitores de modo común o núcleos de ferrita de pérdida de inserción, etc.) para mejorar la inmunidad del sistema.
Para reducir la perturbación interna de la fuente de alimentación conmutada, darse cuenta de su propia compatibilidad electromagnética y mejorar la estabilidad y confiabilidad de la fuente de alimentación conmutada, se deben iniciar los siguientes aspectos:
①Preste atención a la división correcta del cableado de PCB del circuito digital y del circuito del módulo;
②Desacoplamiento de la fuente de alimentación del circuito digital y del circuito analógico;
③Puesta a tierra de un solo punto de circuitos digitales y circuitos analógicos, puesta a tierra de un solo punto de circuitos de alta corriente y circuitos de baja corriente, especialmente circuitos de muestreo de corriente y voltaje, para reducir la perturbación de la resistencia común y la influencia de los anillos de tierra. Al cablear, preste atención al espacio entre las líneas adyacentes y las propiedades de la señal, evite la diafonía, reduzca el área rodeada por el circuito rectificador de salida, el circuito de diodo de rueda libre y el circuito de filtro de derivación, reduzca la fuga del transformador, la capacitancia distribuida del inductor de filtro y utilice condensadores de filtro con frecuencias de resonancia altas.
