Ontwerpoplossing voor elektromagnetische compatibiliteit voor hoogfrequente schakelende voeding
Als het elektromagnetische interferentieprobleem (EMI) van de hoogfrequente schakelende voeding zelf niet goed wordt aangepakt, zal dit niet alleen gemakkelijk vervuiling van het elektriciteitsnet veroorzaken en de normale werking van andere elektrische apparatuur rechtstreeks beïnvloeden, maar ook gemakkelijk elektromagnetische vervuiling veroorzaken. in de ruimte, wat resulteert in een hoog elektromagnetisch compatibiliteitsprobleem (EMC) van frequentiegeschakelde voeding. Dit artikel richt zich op het analyseren van de elektromagnetische verstoring die het standaardprobleem overschrijdt van de 1200W (24V/50A) hoogfrequente schakelende voedingsmodule die wordt gebruikt in voedingspanelen voor spoorwegseinen, en stelt verbeteringsmaatregelen voor.
De elektromagnetische verstoringen die worden gegenereerd door hoogfrequente schakelende voedingen kunnen in twee categorieën worden verdeeld: geleide verstoringen en stralingsverstoringen. Uitgevoerde intimidatie wordt doorgegeven via de wisselstroomvoeding, met een frequentie lager dan 30 MHz; uitgestraalde intimidatie wordt door de ruimte uitgezonden, met een frequentie tussen 30 en 1000 MHz.
Analyse van elektromagnetische storingsbronnen van hoogfrequente schakelende voeding
De gelijkrichter en eindbuis Q1 in het circuit, de eindbuizen Q2~Q5 in het circuit van figuur 1b, de hoogfrequente transformator T1 en de uitgangsgelijkrichterdiodes D1~D2 zijn allemaal de belangrijkste bronnen van elektromagnetische verstoring wanneer de hoogfrequente transformator frequentiegeschakelde voeding werkt. Analyseer specifiek zoals hieronder.
De hoge-orde harmonischen die tijdens het gelijkrichtproces van de gelijkrichter worden gegenereerd, zullen geleidingsverstoring en stralingsverstoring langs de hoogspanningslijn veroorzaken.
De schakelende eindbuis werkt hoogfrequent aan en uit. Om schakelverliezen te verminderen en de vermogensdichtheid en algehele efficiëntie te verbeteren, wordt de schakelbuis steeds sneller in- en uitgeschakeld, doorgaans binnen enkele microseconden. Door met een dergelijke snelheid in- en uit te schakelen, ontstaat er een piekspanning en een piekstroom, die hoogfrequente en hoogspanningspiekharmonischen genereert, waardoor elektromagnetische verstoringen in de ruimte en de AC-ingangslijnen worden veroorzaakt.
Terwijl de hoogfrequente transformator T1 de stroomconversie uitvoert, genereert deze een wisselend elektromagnetisch veld en straalt hij elektromagnetische golven de ruimte in, waardoor stralingsintimidatie ontstaat. De gedistribueerde inductantie en capaciteit van de transformator genereren oscillatie en zijn gekoppeld aan de AC-ingangslus via de verdeelde capaciteit tussen de primaire en secundaire trappen van de transformator, waardoor geleidingsverstoring ontstaat.
Wanneer de uitgangsspanning relatief laag is, werkt de uitgangsgelijkrichterdiode in een hoogfrequente schakeltoestand, wat ook een bron van elektromagnetische storingen is.
Vanwege de parasitaire inductantie van de diode, de junctiecapaciteit en de invloed van de omgekeerde herstelstroom, werkt deze onder zeer hoge spannings- en stroomveranderingssnelheden. Hoe langer de omgekeerde hersteltijd van de diode, hoe groter de impact van de piekstroom. , hoe sterker het verstoringssignaal wordt, wat resulteert in hoogfrequente verzwakte oscillatie, wat een soort geleidingsverstoring in de differentiële modus is.
Al deze gegenereerde elektromagnetische signalen worden via metalen draden zoals elektriciteitsleidingen, signaalleidingen en aardedraden naar de externe stroomvoorziening verzonden, waardoor geleidingsstoringen ontstaan. Uitgestraalde storingen worden veroorzaakt door storingssignalen die via draden en apparaten uitstralen of via verbindingen die als antennes fungeren.
3. Elektromagnetisch compatibiliteitsontwerp voor elektromagnetische verstoring van hoogfrequente schakelende voeding
Voeg een voedingsfilter toe aan de ingang van de schakelende voeding om door de schakelende voeding gegenereerde harmonischen van hoge orde te onderdrukken.
Het toevoegen van een magnetische ferrietring aan de ingangs- en uitgangsstroomlijnen onderdrukt niet alleen de hoogfrequente gemeenschappelijke modus in de stroomlijnen, maar vermindert ook de storingsenergie die door de stroomlijnen wordt uitgestraald.
Houd de voedingslijn zo dicht mogelijk bij de aarddraad om het lusgebied van differentiële modusstraling te verkleinen; leid de ingangswisselstroomvoedingslijn en de uitgangsgelijkstroomvoedingslijn afzonderlijk om de elektromagnetische koppeling tussen ingang en uitgang te verminderen; houd de signaallijn uit de buurt van de hoogspanningslijn en dicht bij de grond. De lijnen moeten worden gerouteerd en de lijnen mogen niet te lang zijn om het lusoppervlak van de lus te verkleinen; de breedte van de lijnen op de printplaat mag niet plotseling zijn, gebruik boogovergangen op de hoeken en probeer geen rechte hoeken of scherpe hoeken te gebruiken.
Installeer ontkoppelcondensatoren op de chip en de MOS-schakelbuis, zo dicht mogelijk bij de stroom- en aardingspinnen van het apparaat, parallel.
Vanwege de aanwezigheid van Ldi/dt in de aarddraad zijn de printplaat en het chassis indirect verbonden met behulp van koperen pilaren. Voor degenen die niet geschikt zijn voor aansluiting op koperen pilaren, moeten dikkere draden worden gebruikt en in de buurt worden geaard.
Voeg een RC-absorptiecircuit toe aan beide uiteinden van de schakelbuis en de uitgangsgelijkrichterdiode om de overspanning te absorberen.
