Diseño de simulación EMI de fuente de alimentación conmutada.
Con el aumento de la frecuencia de conmutación y la densidad de potencia, el entorno electromagnético dentro de la fuente de alimentación conmutada se vuelve cada vez más complicado, y su compatibilidad electromagnética se ha convertido en un foco importante y una dificultad importante en el diseño de la fuente de alimentación. En el método de diseño convencional, el problema de EMC se aborda mediante diseño empírico, y el problema de EMC sólo puede considerarse finalmente después de que se establece el prototipo. La solución EMC tradicional solo puede agregar componentes adicionales, lo que puede afectar el ancho de banda del bucle de control original, lo que resulta en el peor de los casos: rediseñar todo el sistema y aumentar el costo de diseño. Para evitar esta situación, es necesario considerar los problemas de EMC en el proceso de diseño, analizar y predecir la EMI de la fuente de alimentación conmutada con cierta precisión y mejorar el diseño de acuerdo con el mecanismo de interferencia y su distribución en cada banda de frecuencia para reducir el nivel de EMI, reduciendo así el costo de diseño.
2 características y clasificación EMI de la fuente de alimentación conmutada
Para predecir la interferencia electromagnética conducida de una fuente de alimentación conmutada, es necesario aclarar su mecanismo de generación y las características de las fuentes de ruido. Debido a la acción de conmutación de alta velocidad del tubo del interruptor de alimentación, su voltaje y tasa de cambio de corriente son muy altos, y el flanco ascendente y el flanco descendente contienen ricos armónicos más altos, por lo que la intensidad de la interferencia electromagnética es grande; La interferencia electromagnética de la fuente de alimentación conmutada se concentra principalmente en las proximidades de diodos, dispositivos de conmutación de energía, radiadores y transformadores de alta frecuencia conectados a ellos; Debido a que la frecuencia de conmutación del tubo de conmutación oscila entre decenas de kHz y varios MHz, las formas de interferencia de la fuente de alimentación conmutada son principalmente interferencias conducidas e interferencias de campo cercano. Entre ellos, la interferencia conducida se inyectará en la red eléctrica a través de la ruta de propagación del ruido e interferirá con otros dispositivos conectados a la red eléctrica.
La interferencia conducida de la fuente de alimentación conmutada se puede dividir en dos categorías.
1) Interferencia en modo diferencial (DM). El ruido DM es causado principalmente por di/dt. A través de inductancia y resistencia parásitas, se propaga en el bucle entre el cable vivo y el cable neutro, generando corriente Idm entre los dos cables, que no forma un bucle con el cable de tierra.
2) interferencia de modo común (CM). El ruido CM es causado principalmente por dv/dt. La capacitancia parásita de la PCB se propaga en el bucle entre dos líneas eléctricas y tierra, y la interferencia se introduce entre la línea y tierra. La corriente de interferencia fluye a la mitad en cada una de las dos líneas, con tierra como bucle común. En el circuito real, debido a la impedancia de línea desequilibrada, la interferencia de la señal de modo común se transformará en interferencia cruzada que no es fácil de eliminar.
Análisis de simulación de EMI en fuente de alimentación conmutada.
En teoría, ya sea una simulación en el dominio del tiempo o una simulación en el dominio de la frecuencia, siempre que se establezca un modelo de análisis razonable, los resultados de la simulación pueden reflejar correctamente el grado de cuantificación EMI del sistema.
El método de simulación en el dominio del tiempo necesita establecer un modelo de circuito que incluya todos los parámetros de los componentes en el convertidor, usar el software PSPICE o Sabre para el análisis de simulación y usar la rápida herramienta de análisis de Fourier para obtener la forma de onda del espectro de EMI. Este método ha sido verificado en el análisis del ruido DM. Sin embargo, las características no lineales y los parámetros parásitos de los dispositivos semiconductores como MOSFET e IGBT en la fuente de alimentación conmutada hacen que el modelo sea muy complicado, y la topología del circuito de la fuente de alimentación conmutada cambia constantemente cuando funciona, lo que conduce al problema de la no convergencia en simulación. Al estudiar el ruido CM, se deben incluir todos los parámetros de los elementos parásitos. Debido a la influencia de los parámetros parásitos, los resultados de la FFT son difíciles de igualar con los resultados experimentales. Los convertidores de potencia conmutados suelen trabajar en una amplia gama de constantes de tiempo, incluyendo principalmente tres grupos de constantes de tiempo: constantes de tiempo relacionadas con la frecuencia básica del terminal de salida (decenas de ms); Constante de tiempo (decenas de μs) relacionada con la frecuencia de conmutación de los elementos de conmutación; Constante de tiempo (varios ns) relacionada con el tiempo de subida y de bajada cuando el elemento de conmutación se enciende o apaga.
Por esta razón, en la simulación en el dominio del tiempo, se debe utilizar un paso de cálculo muy pequeño y lleva mucho tiempo completar el cálculo; Además, los resultados obtenidos por el método en el dominio del tiempo a menudo no pueden analizar claramente la influencia de varias variables en el circuito sobre la interferencia, no pueden explicar en profundidad el comportamiento EMI de la fuente de alimentación conmutada y carecen de juicio sobre el mecanismo EMI, y no pueden dar una solución clara para reducir la EMI.
