مقدمه ای بر سازگاری الکترومغناطیسی منابع تغذیه سوئیچینگ
دلایل مشکلات سازگاری الکترومغناطیسی ناشی از منابع تغذیه سوئیچینگ که تحت شرایط سوئیچینگ ولتاژ و جریان بالا کار می کنند بسیار پیچیده است. از نظر خواص الکترومغناطیسی کل دستگاه، عمدتاً چندین نوع وجود دارد: کوپلینگ امپدانس مشترک، کوپلینگ خط به خط، کوپلینگ میدان الکتریکی، کوپلینگ میدان مغناطیسی و کوپلینگ موج الکترومغناطیسی. کوپلینگ امپدانس مشترک عمدتاً به امپدانس مشترک بین منبع اغتشاش و جسم آشفته الکتریکی اشاره دارد که از طریق آن سیگنال اختلال وارد جسم مختل می شود. کوپلینگ خط به خط عمدتاً به کوپلینگ متقابل بین سیم ها یا سیم های PCB اشاره دارد که ولتاژ و جریان را به دلیل سیم کشی موازی ایجاد می کند. جفت شدن میدان الکتریکی عمدتاً به دلیل وجود اختلاف پتانسیل است که باعث ایجاد جفت میدان الکتریکی القایی در بدنه آشفته می شود. جفت میدان مغناطیسی عمدتاً به جفت شدن میدان های مغناطیسی با فرکانس پایین ایجاد شده در نزدیکی خطوط برق پالس جریان بالا برای اجسام مزاحم اشاره دارد. جفت شدن میدان الکترومغناطیسی عمدتاً به دلیل امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا است که توسط ولتاژ ضربانی یا جریان تابش شده به خارج از فضا ایجاد می شود و در نتیجه با جسم آشفته مربوطه جفت می شود. در واقع، هر روش کوپلینگ را نمی توان به طور دقیق متمایز کرد، فقط با تمرکزهای مختلف.
در منبع تغذیه سوئیچینگ، کلید اصلی برق در حالت سوئیچینگ فرکانس بالا در ولتاژ بالا کار می کند و ولتاژ و جریان سوئیچینگ نزدیک به امواج مربعی است. از تجزیه و تحلیل طیف، مشخص شده است که سیگنال های موج مربعی حاوی هارمونیک های غنی مرتبه بالا هستند. طیف این هارمونیک مرتبه بالاتر می تواند به بیش از 1000 برابر فرکانس موج مربع برسد. در عین حال، به دلیل اندوکتانس نشتی و ظرفیت پراکنده ترانسفورماتور قدرت و همچنین وضعیت غیر ایده آل کارکرد دستگاه کلید برق اصلی، نوسانات هارمونیک اوج فرکانس بالا و ولتاژ بالا اغلب هنگام روشن کردن یا روشن کردن ایجاد می شود. در فرکانس های بالا خاموش است هارمونیک های مرتبه بالا تولید شده توسط این نوسانات هارمونیک از طریق ظرفیت خازنی توزیع شده بین لوله سوئیچ و هیت سینک به مدار داخلی منتقل می شود یا از طریق هیت سینک و ترانسفورماتور به فضا تابش می شود. دیودهای سوئیچینگ مورد استفاده برای اصلاح و ادامه نیز یکی از دلایل مهم اختلالات فرکانس بالا هستند. با توجه به وضعیت سوئیچینگ فرکانس بالا دیودهای یکسو کننده و چرخ آزاد، وجود اندوکتانس انگلی و ظرفیت اتصال در لیدهای دیود و همچنین تأثیر جریان بازیابی معکوس، باعث می شود که آنها با نرخ تغییر ولتاژ و جریان بالا کار کنند. ایجاد نوسانات با فرکانس بالا دیودهای یکسو کننده و چرخ آزاد معمولاً نزدیک به خط خروجی توان هستند و اختلالات فرکانس بالا ایجاد شده توسط آنها به احتمال زیاد از طریق خط خروجی DC منتقل می شود. به منظور بهبود ضریب توان، منابع تغذیه سوئیچینگ مدارهای تصحیح ضریب توان فعال را اتخاذ می کنند. در عین حال، به منظور بهبود کارایی و قابلیت اطمینان مدار و کاهش تنش الکتریکی دستگاه های قدرت، تعداد زیادی از فناوری های سوئیچینگ نرم به کار گرفته شده است. در میان آنها، فناوری سوئیچینگ ولتاژ صفر، جریان صفر یا سوئیچینگ ولتاژ صفر/جریان صفر بیشترین کاربرد را دارد. این فناوری تداخل الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط دستگاه های سوئیچینگ را تا حد زیادی کاهش می دهد. با این حال، اکثر مدارهای جذب بدون تلفات سوئیچ نرم از L و C برای انتقال انرژی استفاده می کنند و از رسانایی یک طرفه دیودها برای دستیابی به تبدیل انرژی یک جهته استفاده می کنند. بنابراین، دیودهای این مدار تشدید به منبع اصلی اختلالات الکترومغناطیسی تبدیل می شوند.
منابع تغذیه سوئیچینگ معمولاً از سلفها و خازنهای ذخیره انرژی برای تشکیل مدارهای فیلتر L و C استفاده میکنند و به فیلتر سیگنالهای اختلال حالت دیفرانسیل و معمولی میرسند. به دلیل ظرفیت توزیع شده سیم پیچ القایی، فرکانس خود رزونانس سیم پیچ اندوکتانس کاهش می یابد و در نتیجه تعداد زیادی سیگنال اختلال فرکانس بالا از سیم پیچ القایی عبور کرده و در امتداد خط برق AC یا خط خروجی DC به بیرون منتشر می شود. با افزایش فرکانس سیگنال اغتشاش در خازن فیلتر، اثر اندوکتانس سرب منجر به کاهش مداوم در ظرفیت خازن و اثر فیلتر و حتی تغییر در پارامترهای خازن می شود که این نیز دلیلی برای تداخل الکترومغناطیسی است.
