تجزیه و تحلیل فناوری کنترل EMI منبع تغذیه سوئیچینگ
در این مقاله، مکانیسم EMI در منبع تغذیه سوئیچینگ به تفصیل تجزیه و تحلیل میشود و یک سری از استراتژیهای سرکوب EMI ارائه میشود، بنابراین به طور موثر سازگاری الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ را بهبود میبخشد.
منبع تغذیه سوئیچینگ نوعی محصول الکترونیکی قدرت است که از دستگاه های نیمه هادی قدرت استفاده می کند و فناوری تبدیل توان، فناوری الکترومغناطیسی الکترونیکی و فناوری کنترل خودکار را ادغام می کند. به دلیل مزایای مصرف انرژی کم، راندمان بالا، حجم کم، وزن سبک، کار پایدار، ایمنی و قابلیت اطمینان، و دامنه تثبیت کننده ولتاژ گسترده، به طور گسترده در زمینه های کامپیوتر، ارتباطات، ابزار الکترونیکی، کنترل اتوماتیک صنعتی، استفاده می شود. دفاع ملی و لوازم خانگی با این حال، منبع تغذیه سوئیچینگ پاسخ گذرا ضعیفی دارد و مستعد تداخل الکترومغناطیسی (EMD) است و سیگنال EMI محدوده فرکانس وسیعی را اشغال می کند و دامنه مشخصی دارد. این سیگنال های EMI از طریق رسانایی و تشعشع، محیط الکترومغناطیسی را آلوده می کنند و باعث ایجاد تداخل در تجهیزات ارتباطی و ابزارهای الکترونیکی می شوند و در نتیجه استفاده از منبع تغذیه سوئیچینگ را تا حدودی محدود می کنند.
1 منبع تغذیه سوئیچینگ باعث تداخل الکترومغناطیسی می شود
تداخل الکترومغناطیسی (EMI) نوعی آسیب عملکرد سیستم یا زیرسیستم الکترونیکی است که ناشی از اختلال الکترومغناطیسی غیرمنتظره است. این شامل سه عنصر اساسی است: منبع تداخل، یعنی تجهیزاتی که انرژی تداخل الکترومغناطیسی تولید می کند. کانال کوپلینگ، یعنی کانال یا محیط انتقال تداخل الکترومغناطیسی؛ تجهیزات حساس، یعنی دستگاه ها، تجهیزات، زیرسیستم ها یا سیستم هایی که در اثر تداخل الکترومغناطیسی آسیب دیده اند. بر این اساس اقدامات اساسی برای کنترل تداخل الکترومغناطیسی عبارتند از: سرکوب منابع تداخل، قطع مسیر فاجعه، کاهش پاسخ تجهیزات حساس به تداخل یا افزایش سطح حساسیت الکترومغناطیسی.
با توجه به اصل کار منبع تغذیه سوئیچینگ، مشخص است که منبع تغذیه سوئیچینگ ابتدا جریان متناوب فرکانس برق را به جریان مستقیم یکسو می کند، سپس آن را به جریان متناوب فرکانس بالا معکوس می کند و در نهایت از طریق یکسوسازی و فیلتر کردن آن را برای به دست آوردن ولتاژ جریان مستقیم ثابت خروجی می کند. . در مدار، تریود قدرت و دیود عمدتاً در حالت سوئیچینگ کار می کنند و به ترتیب میکروثانیه کار می کنند. هنگامی که تریود و دیود روشن و خاموش می شوند، جریان در طول زمان بالا و پایین رفتن بسیار تغییر می کند، که تولید انرژی فرکانس رادیویی و تشکیل منابع تداخل آسان است. در عین حال، اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور و پیک ناشی از جریان بازیابی معکوس دیود خروجی نیز تداخل الکترومغناطیسی بالقوه را تشکیل خواهند داد.
منبع تغذیه سوئیچینگ معمولا در فرکانس بالا کار می کند و فرکانس بالای 02 کیلوهرتز است، بنابراین نمی توان ظرفیت توزیع شده آن را نادیده گرفت. از یک طرف، ورق عایق بین هیت سینک و کلکتور لوله سوئیچ دارای سطح تماس بزرگ و ورق عایق نازک است، بنابراین ظرفیت خازنی توزیع شده بین آنها را نمی توان در فرکانس بالا نادیده گرفت و جریان فرکانس بالا خواهد بود. جریان از طریق ظرفیت توزیع شده به سینک حرارتی و سپس به زمین شاسی، که منجر به تداخل حالت مشترک می شود. از طرف دیگر، بین مراحل اولیه ترانسفورماتور پالس یک ظرفیت توزیع شده وجود دارد که می تواند مستقیماً ولتاژ سیم پیچ اولیه را به سیم پیچ ثانویه ذوب کرده و تداخل حالت مشترک را در دو خط برق با خروجی DC ثانویه ایجاد کند. سیم پیچی.
بنابراین، منابع تداخل در منبع تغذیه سوئیچینگ عمدتاً در قطعاتی مانند لوله های سوئیچینگ، دیودها و ترانسفورماتورهای فرکانس بالا و همچنین مدارهای ورودی AC و خروجی یکسوسازی متمرکز می شوند.
2 اقدامات برای سرکوب تداخل الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ
معمولاً کنترل EMI منبع تغذیه سوئیچینگ عمدتاً از فناوری فیلتر کردن ، فناوری محافظ ، فناوری آب بندی و فناوری زمین استفاده می کند. تداخل EMI را می توان با توجه به مسیر انتقال به تداخل هدایت و تداخل تشعشعی تقسیم کرد. منبع تغذیه سوئیچینگ عمدتا تداخل را انجام می دهد و محدوده فرکانس آن وسیع ترین است، حدود 10 کیلوهرتز-30مگاهرتز. اقدامات متقابل برای سرکوب تداخل انجام شده اساساً در سه باند فرکانسی حل می شود: 10 کیلوهرتز-150 کیلوهرتز، 150 کیلوهرتز-10 مگاهرتز و بالاتر. تداخل معمولی عمدتاً در محدوده 10 کیلوهرتز تا 150 کیلوهرتز است که به طور کلی با فیلتر LC عمومی حل می شود. تداخل حالت معمولی عمدتاً در محدوده 150 کیلوهرتز{10}} مگاهرتز است که معمولاً با فیلتر رد حالت معمولی حل میشود. اقدامات متقابل برای باند فرکانس بالای 10 مگاهرتز بهبود شکل فیلتر و اتخاذ اقدامات محافظ الکترومغناطیسی است.
2.1 با استفاده از فیلتر EMI ورودی AC.
معمولاً دو راه برای انتقال جریان تداخل روی هادی وجود دارد: حالت مشترک و حالت دیفرانسیل. تداخل حالت مشترک تداخل بین سیال حامل و زمین است: تداخل اندازه و جهت یکسانی دارد و بین هر زمین نسبی منبع تغذیه یا بین خط خنثی و زمین وجود دارد. عمدتاً توسط du/dt تولید میشود و di/dt نیز تداخل حالت مشترک خاصی ایجاد میکند. تداخل حالت دیفرانسیل تداخل بین سیالات حامل است: تداخل از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف است و بین خط فاز و خط خنثی منبع تغذیه و خط فاز و خط فاز وجود دارد. هنگامی که جریان تداخل بر روی هادی منتقل می شود، می تواند در حالت مشترک و حالت دیفرانسیل ظاهر شود. با این حال، جریان تداخل حالت مشترک تنها پس از تبدیل شدن به جریان تداخل حالت دیفرانسیل می تواند با سیگنال های مفید تداخل ایجاد کند.
دو نوع تداخل فوق در خط انتقال برق AC وجود دارد، معمولا تداخل حالت دیفرانسیل فرکانس پایین و تداخل حالت مشترک با فرکانس بالا. به طور کلی، دامنه تداخل حالت دیفرانسیل کوچک، فرکانس کم، و تداخل ایجاد شده کوچک است. تداخل حالت مشترک دامنه و فرکانس بالایی دارد و همچنین می تواند از طریق سیم ها تشعشع ایجاد کند که تداخل زیادی ایجاد می کند. اگر یک فیلتر EMI مناسب در انتهای ورودی منبع تغذیه AC استفاده شود، تداخل الکترومغناطیسی را می توان به طور موثری سرکوب کرد. اصل اساسی فیلتر EMI خط برق در شکل 1 نشان داده شده است، که در آن از خازن های حالت دیفرانسیل C1 و C2 برای اتصال کوتاه جریان تداخل حالت دیفرانسیل استفاده می شود، در حالی که خازن های اتصال زمین C3 و C4 میانی برای اتصال کوتاه استفاده می شوند. جریان تداخل حالت مشترک را مدار کنید. سیم پیچ چوک حالت معمولی از دو سیم پیچ با ضخامت مساوی تشکیل شده است و روی یک هسته مغناطیسی در یک جهت پیچیده می شود. اگر جفت مغناطیسی بین دو سیم پیچ بسیار نزدیک باشد، اندوکتانس نشتی بسیار کوچک خواهد بود که در محدوده فرکانس خط برق ضعیف است.
راکتانس حالت بسیار کوچک خواهد شد. هنگامی که جریان بار از طریق چوک حالت معمولی عبور می کند، خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ های متصل به صورت سری در خط فاز مخالف خطوط تولید شده توسط سیم پیچ های متصل به صورت سری در خط خنثی هستند و آنها یکدیگر را در خط خنثی خنثی می کنند. هسته مغناطیسی بنابراین، حتی در مورد جریان بار زیاد، هسته مغناطیسی اشباع نخواهد شد. برای جریان تداخل حالت مشترک، میدانهای مغناطیسی ایجاد شده توسط دو سیمپیچ در یک جهت هستند که یک اندوکتانس بزرگ ارائه میدهند، بنابراین در تضعیف سیگنال تداخل حالت مشترک نقش دارند. در اینجا، سیم پیچ چوک حالت معمولی باید از مواد مغناطیسی فریت با نفوذپذیری بالا و ویژگی های فرکانس خوب ساخته شود.
