طرح طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا

طرح طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا

اگر مشکل تداخل الکترومغناطیسی (EMI) موجود در منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا به درستی مدیریت نشود، نه تنها ایجاد آلودگی در شبکه برق آسان است و مستقیماً بر عملکرد عادی سایر تجهیزات الکتریکی تأثیر می گذارد، بلکه به راحتی می توان آن را ایجاد کرد. ایجاد آلودگی الکترومغناطیسی در فضای ورودی، و در نتیجه مشکل سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا. این مقاله بر تجزیه و تحلیل تداخل الکترومغناطیسی فراتر از استاندارد در ماژول منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا 1200W (24V/50A) مورد استفاده در صفحه نمایش منبع تغذیه سیگنال راه آهن تمرکز دارد و اقدامات بهبودی را پیشنهاد می کند.

اختلالات الکترومغناطیسی تولید شده توسط منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا را می توان به دو دسته تقسیم کرد: اختلالات هدایت شده و اختلالات تابشی. اختلالات هدایت شده از طریق منابع برق AC با فرکانس زیر 30 مگاهرتز منتشر می شود. اختلال تشعشع در فضا منتشر می شود و فرکانس آن از 30 تا 1000 مگاهرتز است.

تجزیه و تحلیل منابع اختلالات الکترومغناطیسی در منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا

ترانزیستورهای قدرت سوئیچینگ در حالت های رسانایی و قطع با فرکانس بالا کار می کنند. به منظور کاهش تلفات سوئیچینگ، بهبود چگالی توان و بازده کلی، سرعت باز و بسته شدن ترانزیستور سوئیچ معمولاً در چند میکروثانیه سریعتر و سریعتر می شود. ترانزیستور سوئیچ با این سرعت باز و بسته می شود و ولتاژ نوسانی و جریان موجی ایجاد می کند که هارمونیک های پیک فرکانس بالا و ولتاژ بالا و تداخل الکترومغناطیسی در فضا و خطوط ورودی AC ایجاد می کند.

همزمان که ترانسفورماتور فرکانس بالا T1 تبدیل نیرو را انجام می دهد، میدان های الکترومغناطیسی متناوب ایجاد می کند، امواج الکترومغناطیسی را به فضا تابش می کند و اختلالات تشعشع را ایجاد می کند. اندوکتانس و خازن توزیع شده ترانسفورماتور نوساناتی را ایجاد می کند که از طریق ظرفیت توزیع شده بین مراحل اولیه ترانسفورماتور به مدار ورودی AC کوپل شده و اختلالات رسانایی را ایجاد می کند.

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

با توجه به اندوکتانس انگلی و ظرفیت اتصال سرب دیود و همچنین تأثیر جریان بازیابی معکوس، در نرخ های تغییر ولتاژ و جریان بالا کار می کند. هر چه زمان بازیابی معکوس دیود طولانی تر باشد، تاثیر جریان اوج بیشتر و سیگنال اختلال قوی تر است، که منجر به نوسان میرایی فرکانس بالا می شود که یک اختلال هدایت حالت دیفرانسیل است.

تمام سیگنال های الکترومغناطیسی تولید شده از طریق سیم های فلزی مانند خطوط برق، خطوط سیگنال و سیم های زمین به منابع برق خارجی منتقل می شوند و اختلالات رسانایی ایجاد می کنند. اختلالات تشعشع شده توسط سیگنال های تداخلی ایجاد می شود که از طریق سیم ها و دستگاه ها یا سیم های متصل به هم که به عنوان آنتن عمل می کنند، ایجاد می شوند.

3. طراحی سازگاری الکترومغناطیسی برای اختلالات الکترومغناطیسی منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا

یک فیلتر برق در ورودی منبع تغذیه سوئیچینگ اضافه کنید تا هارمونیک های مرتبه بالا تولید شده توسط منبع تغذیه سوئیچینگ را سرکوب کنید.

افزودن حلقه‌های مغناطیسی فریت به خطوط برق ورودی و خروجی می‌تواند حالت رایج فرکانس بالا را در خطوط برق سرکوب کرده و انرژی اختلال تابش شده از طریق خطوط برق را کاهش دهد.

خط برق باید تا حد امکان به سیم زمین نزدیک باشد تا ناحیه حلقه تابش حالت دیفرانسیل کاهش یابد. برای کاهش اتصال الکترومغناطیسی بین ورودی و خروجی، خط برق AC ورودی و خط برق DC خروجی را به طور جداگانه مسیریابی کنید. خط سیگنال باید به دور از خط برق، نزدیک به سیم زمین و نه خیلی طولانی باشد تا سطح حلقه مدار کاهش یابد. عرض خطوط روی برد PCB نباید به طور ناگهانی تغییر کند، و گوشه ها باید با قوس تغییر داده شوند و تا حد امکان از زاویه های راست یا گوشه های تیز اجتناب شود.

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

به دلیل وجود Ldi/dt در سیم ارت، برد مدار چاپی و شاسی به صورت غیر مستقیم توسط ستون های مسی به هم متصل می شوند. برای مواردی که برای اتصال ستون مسی مناسب نیستند، از سیم های ضخیم تر استفاده می شود و در نزدیکی زمین متصل می شوند.

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