راه حل طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا

راه حل طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا

اگر مشکل تداخل الکترومغناطیسی (EMI) خود منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا به خوبی مدیریت نشود، نه تنها به راحتی باعث آلودگی شبکه برق می شود و مستقیماً بر عملکرد عادی سایر تجهیزات الکتریکی تأثیر می گذارد، بلکه به راحتی آلودگی الکترومغناطیسی ایجاد می کند. به فضا، و در نتیجه مشکل سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا. این مقاله بر تجزیه و تحلیل اختلال الکترومغناطیسی فراتر از مشکل استاندارد ماژول منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا 1200W (24V/50A) مورد استفاده در پانل های منبع تغذیه سیگنال راه آهن تمرکز دارد و اقدامات بهبودی را پیشنهاد می کند.

اختلالات الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا را می توان به دو دسته تقسیم کرد: اختلال هدایت شده و اختلال تابشی. آزار و اذیت انجام شده از طریق منبع تغذیه AC با فرکانس زیر 30 مگاهرتز منتقل می شود. آزار و اذیت تشعشعی از طریق فضا با فرکانس بین 30 تا 1000 مگاهرتز منتقل می شود.

تجزیه و تحلیل منابع اختلال الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا
یکسو کننده و لوله برق Q1 در مدار، لوله های برق Q2~Q5 در مدار شکل 1b، ترانسفورماتور فرکانس بالا T1، و دیودهای یکسو کننده خروجی D1~D2 همگی منابع اصلی اختلال الکترومغناطیسی هستند زمانی که منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس کار می کند. به طور خاص مانند زیر تجزیه و تحلیل کنید.

هارمونیک های مرتبه بالا تولید شده در طول فرآیند یکسوسازی یکسو کننده باعث اختلال در هدایت و اختلال تشعشع در طول خط برق می شود.

لوله برق سوئیچینگ در حالت روشن و خاموش با فرکانس بالا کار می کند. به منظور کاهش تلفات سوئیچینگ و بهبود چگالی توان و راندمان کلی، لوله سوئیچینگ سریعتر و سریعتر روشن و خاموش می شود، معمولاً در عرض چند میکروثانیه. روشن و خاموش کردن با چنین سرعتی باعث ایجاد ولتاژ افزایشی و جریان موج می شود که هارمونیک های پیک با فرکانس بالا و ولتاژ بالا تولید می کند و باعث ایجاد اختلال الکترومغناطیسی در فضا و خطوط ورودی AC می شود.

در حالی که ترانسفورماتور فرکانس بالا T1 تبدیل توان را انجام می دهد، یک میدان الکترومغناطیسی متناوب ایجاد می کند و امواج الکترومغناطیسی را به فضا تابش می کند و باعث آزار تشعشعات می شود. اندوکتانس و خازن توزیع شده ترانسفورماتور نوسان ایجاد می کند و از طریق ظرفیت توزیع شده بین مراحل اولیه و ثانویه ترانسفورماتور به حلقه ورودی AC کوپل می شود و اختلال رسانایی ایجاد می کند.

هنگامی که ولتاژ خروجی نسبتاً کم است، دیود یکسو کننده خروجی در حالت سوئیچینگ فرکانس بالا کار می کند، که همچنین منبع اختلال الکترومغناطیسی است.

با توجه به اندوکتانس انگلی سربی دیود، ظرفیت اتصال و تأثیر جریان بازیابی معکوس، تحت ولتاژ و نرخ تغییر جریان بسیار بالا عمل می کند. هر چه زمان بازیابی معکوس دیود بیشتر باشد، تأثیر جریان اوج بیشتر است. ، هر چه سیگنال اختلال قوی تر می شود و در نتیجه نوسان ضعیف شده با فرکانس بالا ایجاد می شود که نوعی اختلال هدایت حالت دیفرانسیل است.

تمام این سیگنال‌های الکترومغناطیسی تولید شده از طریق سیم‌های فلزی مانند خطوط برق، خطوط سیگنال و سیم‌های زمین به منبع تغذیه خارجی منتقل می‌شوند و اختلال رسانایی ایجاد می‌کنند. اختلالات تابشی ناشی از سیگنال‌های اختلالی است که از طریق سیم‌ها و دستگاه‌ها یا از طریق اتصالات داخلی که به عنوان آنتن عمل می‌کنند، تابش می‌کنند.

3. طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای اختلال الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا
یک فیلتر برق به ورودی منبع تغذیه سوئیچینگ اضافه کنید تا هارمونیک های مرتبه بالا تولید شده توسط منبع تغذیه سوئیچینگ را سرکوب کنید.

افزودن یک حلقه مغناطیسی فریت به خطوط برق ورودی و خروجی نه تنها حالت متداول فرکانس بالا در خطوط برق را سرکوب می کند، بلکه انرژی اختلال تابش شده از طریق خطوط برق را نیز کاهش می دهد.

خط برق را تا حد امکان نزدیک به سیم زمین نگه دارید تا ناحیه حلقه تابش حالت دیفرانسیل کاهش یابد. برای کاهش جفت الکترومغناطیسی بین ورودی و خروجی، خط برق AC ورودی و خط برق DC خروجی را به طور جداگانه هدایت کنید. خط سیگنال را دور از خط برق و نزدیک به زمین نگه دارید. عرض خطوط روی برد PCB نباید ناگهانی باشد، از انتقال قوس در گوشه ها استفاده کنید و سعی کنید از زوایای راست یا گوشه های تیز استفاده نکنید.

خازن های جداکننده را روی تراشه و لوله سوئیچ MOS تا حد امکان نزدیک به پایه های برق و زمین دستگاه به صورت موازی نصب کنید.

به دلیل وجود Ldi/dt در سیم ارت، برد PCB و شاسی به صورت غیر مستقیم با استفاده از ستون های مسی به هم متصل می شوند. برای مواردی که برای اتصال با ستون های مسی مناسب نیستند، باید از سیم های ضخیم تر استفاده کرد و در مجاورت زمین قرار داد.

یک مدار جذب RC را در دو سر لوله سوئیچ و دیود یکسو کننده خروجی اضافه کنید تا ولتاژ افزایش را جذب کند.