Razones de la compatibilidad electromagnética causada por la fuente de alimentación.
Las razones de los problemas de compatibilidad electromagnética causados por la fuente de alimentación conmutada de 24 V que funciona en condiciones de conmutación de alto voltaje y alta corriente son bastante complejas. En términos de compatibilidad electromagnética de toda la máquina, existen principalmente varios tipos: acoplamiento de impedancia común, acoplamiento de línea a línea, acoplamiento de campo eléctrico, acoplamiento de campo magnético y acoplamiento de ondas electromagnéticas. Los tres elementos que generan la compatibilidad electromagnética son: la fuente de la perturbación, la ruta de propagación y el sujeto de la perturbación. El acoplamiento de resistencia común se refiere principalmente a la impedancia común eléctricamente entre la fuente de perturbación y el objeto perturbado, a través de la cual la señal de perturbación ingresa al objeto perturbado. El acoplamiento de línea a línea se refiere principalmente al acoplamiento mutuo entre cables o cables de PCB que generan voltaje de rayado y corriente de rayado debido al cableado paralelo.
El acoplamiento de campos eléctricos se debe principalmente a la presencia de diferencias de potencial, lo que resulta en el acoplamiento de campos eléctricos inducidos al cuerpo perturbado. El acoplamiento de campo magnético se refiere principalmente al acoplamiento de campos magnéticos de baja frecuencia generados cerca de líneas eléctricas de pulso de alta corriente al objeto perturbador. El acoplamiento de campos electromagnéticos es causado principalmente por ondas electromagnéticas de alta frecuencia generadas por voltaje o corriente pulsante, que se irradian hacia afuera a través del espacio y acoplan el cuerpo perturbado correspondiente. De hecho, cada método de acoplamiento no se puede distinguir estrictamente, sólo con diferentes enfoques.
En una fuente de alimentación conmutada de 24 V, el interruptor de alimentación principal funciona en un modo de conmutación de alta frecuencia a alto voltaje. El voltaje y la corriente de conmutación están cerca de las ondas cuadradas. A partir del análisis del espectro, se sabe que la señal de onda cuadrada contiene ricos armónicos de alto orden, que pueden alcanzar un espectro de frecuencia de 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, así como al estado de funcionamiento no ideal del dispositivo del interruptor de alimentación principal, a menudo se generan oscilaciones armónicas máximas de alta frecuencia y alto voltaje cuando la alta frecuencia está activado o desactivado. Los armónicos de alto orden generados por esta oscilación armónica se transmiten al circuito interno a través de la capacitancia distribuida entre el tubo del interruptor y el disipador de calor o se irradian al espacio a través del disipador de calor y el transformador.
Utilizado para diodos de rectificación y corriente continua, también es una razón importante para generar perturbaciones de alta frecuencia. Debido a que el rectificador y los diodos de rueda libre funcionan en modo de conmutación de alta frecuencia, la presencia de inductancia parásita y capacitancia de unión en los cables del diodo, así como la influencia de la corriente de recuperación inversa, los hacen operar a altas tasas de cambio de voltaje y corriente, y generar oscilaciones de alta frecuencia. Debido al hecho de que los diodos rectificadores y de rueda libre generalmente están cerca de la línea de salida de energía, 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 de las fuentes de alimentación conmutadas de 24 V, se utilizan circuitos de corrección del factor de potencia activo. Al mismo tiempo, para mejorar la eficiencia y confiabilidad del circuito y reducir el estrés eléctrico de los dispositivos de potencia, se ha adoptado una gran cantidad de tecnologías de conmutación suave. Entre ellas, la tecnología de conmutación de voltaje cero, corriente cero o corriente cero es la más utilizada. Esta tecnología reduce en gran medida las interferencias electromagnéticas generadas por los dispositivos de conmutación. Sin embargo, los circuitos de absorción sin pérdidas de conmutación suave utilizan principalmente L y C para la transferencia de energía, utilizando la conductividad unidireccional de los diodos para lograr una conversión de energía unidireccional. Por lo tanto, los diodos de este circuito resonante se convierten en una fuente importante de perturbaciones electromagnéticas.
En las fuentes de alimentación conmutadas de 24 V, los inductores y condensadores de almacenamiento de energía se utilizan generalmente para formar circuitos de filtrado L y C para filtrar señales de perturbación de modo común y diferencial, y para convertir señales de onda cuadrada de CA en señales de CC suaves. Debido a la capacitancia distribuida de la bobina de inductancia, la frecuencia de autorresonancia de la bobina de inductancia se reduce, lo que da como resultado una gran cantidad de señales perturbadoras de alta frecuencia que 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 línea de salida de CC. A medida que aumenta la frecuencia de la señal perturbadora, la capacitancia y el efecto de filtrado del condensador de filtro continúan disminuyendo debido al efecto de la inductancia del cable, hasta que pierde por completo la función del condensador y se vuelve inductivo por encima de la frecuencia de resonancia. El uso inadecuado de condensadores de filtro y cables excesivamente largos también son causa de interferencias electromagnéticas.
Debido a la alta densidad de potencia y el alto nivel de inteligencia de la fuente de alimentación conmutada de 24 V, equipada con un microprocesador MCU, la señal de voltaje varía desde alta hasta casi kilovoltios y baja hasta varios voltios; Desde señales digitales de alta frecuencia hasta señales analógicas de baja frecuencia, la distribución de campo dentro de la fuente de alimentación es bastante compleja. El cableado irrazonable de PCB, el diseño estructural irrazonable, el filtrado de entrada irrazonable de las líneas eléctricas, el cableado irrazonable de las líneas eléctricas de entrada y salida y el diseño irrazonable de la CPU y los circuitos de detección pueden provocar un funcionamiento inestable del sistema o una inmunidad reducida a campos electromagnéticos como descargas electrostáticas, grupos de pulsos transitorios rápidos, rayos, sobretensiones, perturbaciones conducidas, perturbaciones radiadas y campos electromagnéticos radiados.
