تجزیه و تحلیل روش طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای منبع تغذیه سوئیچینگ

تجزیه و تحلیل روش طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای منبع تغذیه سوئیچینگ

با توجه به مزایای اندازه کوچک و ضریب توان بالا، منبع تغذیه سوئیچینگ به طور گسترده ای در زمینه های ارتباطی، کنترل، کامپیوتر و سایر زمینه ها استفاده می شود. با این حال، به دلیل تداخل الکترومغناطیسی، کاربرد بیشتر آن تا حد معینی محدود شده است. این مقاله مکانیسم های مختلف تداخل الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ را تحلیل می کند و بر اساس آن، روش طراحی سازگاری الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ را پیشنهاد می کند.

تجزیه و تحلیل تداخل الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ

ساختار منبع تغذیه سوئیچینگ در شکل 1 نشان داده شده است. ابتدا فرکانس برق AC به DC یکسوسازی می شود و سپس به فرکانس بالا تبدیل می شود و در نهایت از مدار یکسوسازی و فیلتر خروجی برای به دست آوردن یک ولتاژ DC پایدار خارج می شود. طراحی و چیدمان نامعقول مدار، لرزش مکانیکی، زمین ضعیف و غیره باعث تداخل الکترومغناطیسی داخلی خواهد شد. در عین حال، اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور و پیک ناشی از جریان بازیابی معکوس دیود خروجی نیز منابع تداخل قوی بالقوه هستند.

1 منابع داخلی تداخل

● مدار سوئیچ
مدار سوئیچ عمدتا از یک لوله سوئیچ و یک ترانسفورماتور فرکانس بالا تشکیل شده است. بین لوله سوئیچ و هیت سینک آن، محفظه و سرنخ های داخلی منبع تغذیه یک خازن توزیع شده وجود دارد. du/dt تولید شده توسط آن دارای یک پالس نسبتا بزرگ، یک باند فرکانسی گسترده و هارمونیک های غنی است. بار لوله سوئیچینگ سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور فرکانس بالا است که یک بار القایی است. هنگامی که لوله سوئیچ که در ابتدا روشن بود خاموش می شود، اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور فرکانس بالا یک نیروی الکتروموتور متقابل E=-Ldi/dt ایجاد می کند و مقدار آن متناسب با نرخ تغییر جریان کلکتور است. و متناسب با اندوکتانس نشتی، بر روی خاموش قرار می گیرد. در ولتاژ قطع، یک پیک ولتاژ خاموشی تشکیل می شود و در نتیجه تداخل رسانایی ایجاد می شود.

● دیودهای یکسو کننده برای مدارهای یکسو کننده
هنگامی که دیود یکسو کننده خروجی قطع می شود جریان معکوس وجود دارد و زمان بازگشت آن به صفر به عواملی مانند ظرفیت اتصال مربوط می شود. تحت تأثیر اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور و سایر پارامترهای توزیع، یک تغییر جریان بزرگ di/dt ایجاد می کند و تداخل فرکانس بالا قوی ایجاد می کند، فرکانس می تواند به ده ها مگاهرتز برسد.

● پارامترهای جعلی
به دلیل کار در فرکانس بالاتر، ویژگی های قطعات فرکانس پایین در منبع تغذیه سوئیچینگ تغییر می کند و در نتیجه نویز ایجاد می شود. در فرکانس‌های بالا، پارامترهای سرگردان تأثیر زیادی بر ویژگی‌های کانال کوپلینگ دارند و خازن توزیع شده به کانال تداخل الکترومغناطیسی تبدیل می‌شود.

2 منابع تداخل خارجی
منابع تداخل خارجی را می توان به تداخل برق و تداخل صاعقه تقسیم کرد و تداخل برق در "حالت مشترک" و "حالت دیفرانسیل" وجود دارد. در عین حال، از آنجایی که شبکه برق متناوب مستقیماً به پل یکسو کننده و مدار فیلتر متصل می شود، در نیم سیکل، تنها زمان پیک ولتاژ ورودی دارای جریان ورودی است و در نتیجه ضریب توان ورودی بسیار پایین برق ایجاد می شود. عرضه (حدود 0.6). علاوه بر این، این جریان حاوی تعداد زیادی مولفه هارمونیک جریان است که باعث "آلودگی" هارمونیک شبکه می شود.

طراحی EMC منبع تغذیه سوئیچینگ
سه شرط لازم برای تداخل الکترومغناطیسی وجود دارد: منبع تداخل، رسانه انتقال و تجهیزات حساس. هدف از طراحی EMC از بین بردن یکی از این سه حالت است. برای این، روش های اصلی اتخاذ شده عبارتند از: اندازه گیری مدار، فیلتر EMI، محافظ، طراحی ضد تداخل برد مدار چاپی و غیره.

1 فناوری سوئیچینگ نرم برای کاهش تلفات سوئیچینگ و نویز سوئیچینگ
سوئیچینگ نرم یک فناوری سوئیچینگ پیشرفته مبتنی بر فناوری رزونانس یا با استفاده از فناوری کنترل در حالت ولتاژ/جریان صفر است که بر اساس سوئیچینگ سخت توسعه یافته است.

روش تحقق سوئیچینگ نرم عبارت است از: افزودن سلف های کوچک، خازن ها و سایر اجزای تشدید کننده در مدار اصلی، معرفی رزونانس قبل و بعد از فرآیند کلیدزنی و حذف همپوشانی ولتاژ و جریان. شکل 2 یک واحد سوئیچینگ پایه را با استفاده از فناوری سوئیچینگ نرم نشان می دهد.

از محافظ برای سرکوب تداخل تابشی و القا شده استفاده کنید
طیف تداخل منبع تغذیه سوئیچینگ در باند فرکانسی زیر 30 مگاهرتز متمرکز است و قطر r<λ 2π="" is="" mainly="" an="" electromagnetic="" field="" of="" near-field="" nature,="" and="" it="" is="" a="" low-impedance="" field.="" materials="" with="" good="" electrical="" conductivity="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" electric="" field,="" while="" materials="" with="" high="" magnetic="" permeability="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" magnetic="" field.="" in="" addition,="" effective="" shielding="" measures="" should="" be="" taken="" for="" transformers,="" inductors,="" power="" devices,="" etc.="" the="" ventilation="" holes="" on="" the="" shielding="" shell="" are="" preferably="" circular,="" and="" the="" number="" of="" holes="" can="" be="" many="" if="" ventilation="" conditions="" are="" satisfied,="" and="" the="" size="" of="" each="" hole="" should="" be="" as="" small="" as="" possible.="" the="" seams="" are="" to="" be="" welded="" to="" ensure="" electromagnetic="" continuity.="" filtering="" measures="" should="" be="" taken="" at="" the="" lead-in="" and="" lead-out="" lines="" of="" the="" shielded="" enclosure.="" for="" electric="" field="" shielding,="" the="" shielding="" case="" must="" be="" grounded.="" for="" magnetic="" field="" shielding,="" the="" shielded="" case="" does="" not="" need="" to="" be="">