Esquema de diseño de compatibilidad electromagnética para fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia
Si el problema de la interferencia electromagnética (EMI) existente en la fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia no se maneja adecuadamente, no solo es fácil causar contaminación a la red eléctrica, afectando directamente el funcionamiento normal de otros equipos eléctricos, sino también fácil de forma contaminación electromagnética en el espacio entrante, lo que resulta en el problema de compatibilidad electromagnética (EMC) de la fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia. Este artículo se centra en analizar la interferencia electromagnética que excede el estándar en el módulo de fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia de 1200 W (24 V/50 A) utilizado en pantallas de alimentación de señales ferroviarias y propone medidas de mejora.
Las perturbaciones electromagnéticas generadas por las fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia se pueden dividir en dos categorías: perturbaciones conducidas y perturbaciones radiadas. Las perturbaciones conducidas se propagan a través de fuentes de alimentación de CA con frecuencias inferiores a 30 MHz; Las perturbaciones por radiación se propagan por el espacio, con frecuencias que oscilan entre 30 y 1000 MHz.
Análisis de fuentes de perturbaciones electromagnéticas en fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia
Los transistores de potencia conmutados funcionan en estados de corte y conducción de alta frecuencia. Para reducir las pérdidas de conmutación, mejorar la densidad de potencia y la eficiencia general, la velocidad de apertura y cierre del transistor de conmutación es cada vez más rápida, generalmente en unos pocos microsegundos. El transistor de conmutación se abre y cierra a esta velocidad, formando sobretensiones y sobrecorrientes, que generarán armónicos máximos de alta frecuencia y alto voltaje e interferencias electromagnéticas en el espacio y en las líneas de entrada de CA.
Al mismo tiempo que el transformador de alta frecuencia T1 realiza la transformación de energía, genera campos electromagnéticos alternos, irradiando ondas electromagnéticas al espacio, formando perturbaciones de radiación. La inductancia y capacitancia distribuida del transformador generan oscilaciones, las cuales se acoplan al circuito de entrada de CA a través de la capacitancia distribuida entre las etapas primarias del transformador, formando perturbaciones conductivas.
Cuando el voltaje de salida es relativamente bajo, el diodo rectificador de salida opera en un estado de conmutación de alta frecuencia y también es una fuente de interferencia electromagnética.
Debido a la inductancia parásita y la capacitancia de unión del cable del diodo, así como a la influencia de la corriente de recuperación inversa, opera a altas tasas de cambio de corriente y voltaje. Cuanto más largo sea el tiempo de recuperación inversa del diodo, mayor será el impacto de la corriente máxima y más fuerte será la señal de perturbación, lo que dará como resultado una oscilación de atenuación de alta frecuencia, que es una perturbación de la conducción en modo diferencial.
Todas las señales electromagnéticas generadas se transmiten a fuentes de energía externas a través de cables metálicos como líneas eléctricas, líneas de señal y cables de conexión a tierra, formando perturbaciones conductoras. Las perturbaciones radiadas son causadas por señales de interferencia radiadas a través de cables y dispositivos o por cables interconectados que actúan como antenas.
3. Diseño de compatibilidad electromagnética para perturbaciones electromagnéticas en fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia
Agregue un filtro de potencia en la entrada de la fuente de alimentación conmutada para suprimir los armónicos de alto orden generados por la fuente de alimentación conmutada.
Agregar anillos magnéticos de ferrita a las líneas eléctricas de entrada y salida puede suprimir el modo común de alta frecuencia dentro de las líneas eléctricas y reducir la energía perturbadora irradiada a través de las líneas eléctricas.
La línea eléctrica debe estar lo más cerca posible del cable de tierra para reducir el área del bucle de radiación en modo diferencial; Enrute la línea de alimentación de CA de entrada y la línea de alimentación de CC de salida por separado para reducir el acoplamiento electromagnético entre la entrada y la salida; La línea de señal debe encaminarse alejada de la línea eléctrica, cerca del cable de tierra y no demasiado larga para reducir el área del bucle del circuito; El ancho de las líneas en la placa PCB no debe cambiar abruptamente y las esquinas deben tener una transición en arco, evitando en la medida de lo posible ángulos rectos o esquinas afiladas.
Instale condensadores de desacoplamiento en el chip y los tubos del interruptor MOS lo más cerca posible de los pines de alimentación y tierra paralelos al dispositivo.
Debido a la presencia de Ldi/dt en el cable de tierra, la placa PCB y el chasis están conectados indirectamente mediante pilares de cobre. Para aquellos que no son adecuados para la conexión de pilares de cobre, se utilizan cables más gruesos y se conectan a tierra cerca.
Agregue circuitos de absorción RC en ambos extremos del tubo del interruptor y el diodo rectificador de salida para absorber la sobretensión.
