ویژگی های منبع تغذیه سوئیچینگ و مکانیسم ایجاد تداخل الکترومغناطیسی
چهار ویژگی اساسی برای منابع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد:
① مکان نسبتاً واضح است. عمدتاً بر روی دستگاه های سوئیچینگ برق، دیودها و سینک های حرارتی متصل و ترانسفورماتورهای فرکانس بالا متمرکز شده است.
② دستگاه تبدیل انرژی در حالت روشن/خاموش کار می کند. با توجه به این واقعیت که منبع تغذیه سوئیچینگ یک دستگاه تبدیل انرژی است که در حالت سوئیچینگ کار می کند، نرخ تغییر ولتاژ و جریان آن بالا است و در نتیجه شدت تداخل قابل توجهی ایجاد می کند.
③ سیم کشی بردهای مدار چاپی قدرت (PCB) معمولاً به صورت دستی مرتب می شوند. این ترتیب آن را بسیار دلخواه می کند و دشواری استخراج پارامترهای توزیع PCB و پیش بینی و ارزیابی تداخل میدان نزدیک را افزایش می دهد.
④ فرکانس سوئیچینگ بزرگ است و از ده ها هزار هرتز تا چندین مگاهرتز متغیر است. اشکال اصلی تداخل، تداخل انجام شده و تداخل میدان نزدیک است.
مکانیسم تولید تداخل الکترومغناطیسی
تداخل الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط مدارهای سوئیچینگ
مدار سوئیچینگ هسته منبع تغذیه سوئیچینگ است که عمدتا از لوله های سوئیچینگ و ترانسفورماتورهای فرکانس بالا تشکیل شده است. dv/dt تولید شده توسط آن یک پالس با دامنه زیاد، باند فرکانسی وسیع و هارمونیک های غنی است. دلایل اصلی این تداخل پالس دو مورد است: از یک طرف، بار لوله سوئیچ سیم پیچ اولیه یک ترانسفورماتور فرکانس بالا است که یک بار القایی است. در لحظه ای که لوله سوئیچ روشن می شود، سیم پیچ اولیه یک جریان موج بزرگ تولید می کند و یک پیک ولتاژ بالا در هر دو انتهای سیم پیچ اولیه ظاهر می شود. در لحظه قطع شدن لوله سوئیچ، به دلیل شار نشتی سیم پیچ اولیه، بخشی از انرژی از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه منتقل نمی شود. انرژی ذخیره شده در سلف یک نوسان پوسیده با سنبله ها به همراه ظرفیت خازنی و مقاومت در مدار کلکتور ایجاد می کند که بر روی ولتاژ خاموش کننده قرار می گیرد تا یک سنبله ولتاژ خاموش را تشکیل دهد. این نوع وقفه ولتاژ منبع تغذیه همان گذر جریان موج مغناطیسی را ایجاد می کند که سیم پیچ اولیه متصل است و این نویز به پایانه های ورودی و خروجی منتقل می شود و تداخل رسانا ایجاد می کند. از سوی دیگر، حلقه جریان سوئیچینگ فرکانس بالا متشکل از سیم پیچ اولیه، لوله سوئیچ و خازن فیلتر ترانسفورماتور پالس ممکن است تابش فضایی قابل توجهی ایجاد کند و تداخل تشعشع را ایجاد کند.
تداخل ناشی از زمان بازیابی معکوس دیود در مدار یکسو کننده فرکانس بالا ناشی از جریان رو به جلو بزرگی است که از طریق دیود یکسو کننده در طول هدایت به جلو جریان می یابد. هنگامی که به دلیل ولتاژ بایاس معکوس خاموش می شود، به دلیل تجمع حامل های بیشتر در اتصال PN، جریان در طول دوره قبل از ناپدید شدن حامل ها در جهت مخالف جریان می یابد و باعث کاهش شدید جریان بازیابی معکوس می شود. حامل ها ناپدید می شوند و باعث تغییر جریان قابل توجهی می شوند (di/dt).
اقدامات سرکوب تداخل الکترومغناطیسی
سه عنصری که تداخل الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند عبارتند از منبع تداخل، مسیر انتشار و تجهیزات مختل شده. بنابراین، سرکوب تداخل الکترومغناطیسی باید از این سه جنبه انجام شود.
هدف سرکوب منابع تداخل، حذف اتصال و تشعشع بین منابع تداخل و تجهیزات مختل، بهبود توانایی ضد تداخل تجهیزات مختل، و در نتیجه بهبود عملکرد سازگاری الکترومغناطیسی منابع تغذیه سوئیچینگ است.
استفاده از فیلترها برای سرکوب تداخل الکترومغناطیسی
فیلتر کردن یک روش مهم برای سرکوب تداخل الکترومغناطیسی است که می تواند به طور موثر تداخل الکترومغناطیسی وارد شده به تجهیزات در شبکه برق را سرکوب کند و همچنین تداخل الکترومغناطیسی وارد شده به شبکه برق در داخل تجهیزات را سرکوب کند. نصب فیلتر برق سوئیچینگ در مدارهای ورودی و خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ نه تنها می تواند مشکل تداخل هدایت شده را حل کند، بلکه یک سلاح مهم برای حل تداخل تشعشعی است. فن آوری سرکوب فیلتر به دو روش تقسیم می شود: فیلتر غیرفعال و فیلتر فعال.
فناوری فیلتر غیرفعال
مدارهای فیلتر غیرفعال ساده، مقرون به صرفه و قابل اعتماد هستند و آنها را راهی موثر برای سرکوب تداخل الکترومغناطیسی می کند. فیلترهای غیرفعال از اجزای اندوکتانس، ظرفیت خازنی و مقاومت تشکیل شده اند و وظیفه مستقیم آنها حل انتشار گازهای رسانا است.
به دلیل ظرفیت زیاد خازن فیلتر در مدار منبع تغذیه اصلی، جریان های پیک پالسی در مدار یکسو کننده ایجاد می شود که از تعداد زیادی جریان هارمونیک مرتبه بالا تشکیل شده و باعث ایجاد تداخل در شبکه برق می شود. علاوه بر این، هدایت یا قطع لوله کلید در مدار و همچنین سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور، جریان ضربانی ایجاد می کند. با توجه به نرخ بالای تغییر جریان، جریان های القایی با فرکانس های مختلف در مدارهای اطراف ایجاد می شود، از جمله سیگنال های تداخل حالت دیفرانسیل و معمول. این سیگنال های تداخل را می توان به خطوط دیگر شبکه برق منتقل کرد و از طریق دو خط برق با سایر دستگاه های الکترونیکی تداخل ایجاد کرد. قسمت فیلتر حالت دیفرانسیل در شکل می تواند سیگنال های تداخل حالت دیفرانسیل را در منبع تغذیه سوئیچینگ کاهش دهد و می تواند سیگنال های تداخل الکترومغناطیسی تولید شده توسط خود تجهیزات در حین کار را تا حد زیادی کاهش دهد و آنها را به شبکه برق منتقل کند. با توجه به قانون القای الکترومغناطیسی، E-Ldi/dt به دست می آید که در آن E افت ولتاژ در دو سر L، L ضریب القایی و di/dt نرخ تغییر جریان است. بدیهی است که هرچه نرخ تغییر جریان کمتر باشد، اندوکتانس مورد نیاز بیشتر است.
