การวิเคราะห์วิธีการออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย
เนื่องจากข้อดีของขนาดที่เล็กและตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูง แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจึงถูกใช้อย่างกว้างขวางในการสื่อสาร การควบคุม คอมพิวเตอร์ และสาขาอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า การใช้งานต่อไปจะถูกจำกัดในระดับหนึ่ง บทความนี้จะวิเคราะห์กลไกต่างๆ ของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง และนำเสนอวิธีการออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
การวิเคราะห์การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟสลับ
โครงสร้างของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งแสดงในรูปที่ 1 ขั้นแรก ปรับความถี่ไฟฟ้า AC เป็น DC แล้วแปลงเป็นความถี่สูง และสุดท้ายส่งออกผ่านวงจรแก้ไขและกรองเพื่อให้ได้แรงดัน DC ที่เสถียร การออกแบบและเค้าโครงวงจรที่ไม่สมเหตุสมผล การสั่นสะเทือนทางกล การต่อสายดินที่ไม่ดี ฯลฯ จะทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายใน ในขณะเดียวกัน ค่าความเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงและค่าพีคที่เกิดจากกระแสย้อนกลับของไดโอดเอาท์พุตก็เป็นแหล่งสัญญาณรบกวนที่รุนแรงเช่นกัน
1 แหล่งสัญญาณรบกวนภายใน
● วงจรสวิตช์
วงจรสวิตช์ประกอบด้วยหลอดสวิตช์และหม้อแปลงความถี่สูงเป็นหลัก มีการกระจายความจุระหว่างท่อสวิตช์และตัวระบายความร้อน ปลอกและสายไฟภายในของแหล่งจ่ายไฟ du/dt ที่สร้างโดยมันมีพัลส์ที่ค่อนข้างใหญ่ แถบความถี่ที่กว้าง และเสียงประสานที่เข้มข้น โหลดของท่อสวิตชิ่งเป็นขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงความถี่สูง ซึ่งเป็นโหลดแบบอุปนัย เมื่อปิดสวิตช์ท่อที่เปิดอยู่ในตอนแรก การเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงความถี่สูงจะสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าสวนทาง E=-Ldi/dt และค่าของมันจะเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันของตัวสะสม และสัดส่วนกับตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหล ทับบนปิด บนแรงดันไฟฟ้าตัด จะเกิดจุดยอดของแรงดันไฟฟ้าปิด ซึ่งก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนการนำไฟฟ้า
● ไดโอดเรียงกระแสสำหรับวงจรเรียงกระแส
มีกระแสย้อนกลับเมื่อเอาต์พุตวงจรเรียงกระแสไดโอดถูกตัด และเวลาที่กลับเป็นศูนย์จะสัมพันธ์กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความจุของจุดเชื่อมต่อ มันจะสร้างการเปลี่ยนแปลง di/dt ของกระแสขนาดใหญ่ภายใต้อิทธิพลของการเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงและพารามิเตอร์การกระจายอื่นๆ และสร้างสัญญาณรบกวนความถี่สูงที่รุนแรง ความถี่สามารถเข้าถึงหลายสิบเมกะเฮิรตซ์
● พารามิเตอร์ปลอม
เนื่องจากการทำงานที่ความถี่สูง ลักษณะของส่วนประกอบความถี่ต่ำในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจะเปลี่ยนไป ทำให้เกิดเสียงรบกวน ที่ความถี่สูง พารามิเตอร์จรจัดมีอิทธิพลอย่างมากต่อลักษณะของช่องสัญญาณคัปปลิ้ง และความจุแบบกระจายจะกลายเป็นช่องสัญญาณของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
2 แหล่งที่มาของการรบกวนจากภายนอก
แหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนจากภายนอกสามารถแบ่งออกเป็นการรบกวนจากพลังงานและการรบกวนจากฟ้าผ่า และการรบกวนจากพลังงานนั้นมีอยู่ใน "โหมดทั่วไป" และ "โหมดดิฟเฟอเรนเชียล" ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากกริดไฟฟ้ากระแสสลับเชื่อมต่อโดยตรงกับสะพานเรียงกระแสและวงจรตัวกรอง ในครึ่งรอบ เฉพาะเวลาสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเท่านั้นที่มีกระแสเข้า ส่งผลให้ปัจจัยกำลังไฟฟ้าเข้าต่ำมาก อุปทาน (ประมาณ 0.6) ยิ่งไปกว่านั้น กระแสนี้มีส่วนประกอบของฮาร์มอนิกในปัจจุบันจำนวนมาก ซึ่งจะทำให้เกิด "มลพิษ" ของฮาร์มอนิกต่อกริด
การออกแบบ EMC ของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย
มีเงื่อนไขที่จำเป็นสามประการสำหรับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า: แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน สื่อส่งสัญญาณ และอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน จุดประสงค์ของการออกแบบ EMC คือการทำลายหนึ่งในสามเงื่อนไขนี้ สำหรับสิ่งนี้ วิธีการหลักที่นำมาใช้คือ: การวัดวงจร การกรอง EMI การป้องกัน การออกแบบป้องกันการรบกวนของแผงวงจรพิมพ์ เป็นต้น
1 เทคโนโลยีการสลับแบบนุ่มนวลเพื่อลดการสูญเสียการสลับและเสียงรบกวนในการสลับ
การสลับแบบอ่อนเป็นเทคโนโลยีการสลับขั้นสูงที่ใช้เทคโนโลยีเรโซแนนซ์หรือการใช้เทคโนโลยีการควบคุมในสถานะแรงดัน/กระแสเป็นศูนย์ที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของการสลับแบบฮาร์ด
วิธีการทำให้เกิดซอฟต์สวิตชิ่งคือ: การเพิ่มจำนวนตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็ก ตัวเก็บประจุ และส่วนประกอบเรโซแนนซ์อื่นๆ ในวงจรเดิม การแนะนำเรโซแนนซ์ก่อนและหลังกระบวนการสวิตชิ่ง และกำจัดการทับซ้อนของแรงดันและกระแส รูปที่ 2 แสดงหน่วยสวิตชิ่งพื้นฐานโดยใช้เทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่ง
ใช้การป้องกันเพื่อยับยั้งการรบกวนที่แผ่และเหนี่ยวนำ
สเปกตรัมสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟสลับมีความเข้มข้นในย่านความถี่ต่ำกว่า 30MHz และเส้นผ่านศูนย์กลาง r<λ 2π="" is="" mainly="" an="" electromagnetic="" field="" of="" near-field="" nature,="" and="" it="" is="" a="" low-impedance="" field.="" materials="" with="" good="" electrical="" conductivity="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" electric="" field,="" while="" materials="" with="" high="" magnetic="" permeability="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" magnetic="" field.="" in="" addition,="" effective="" shielding="" measures="" should="" be="" taken="" for="" transformers,="" inductors,="" power="" devices,="" etc.="" the="" ventilation="" holes="" on="" the="" shielding="" shell="" are="" preferably="" circular,="" and="" the="" number="" of="" holes="" can="" be="" many="" if="" ventilation="" conditions="" are="" satisfied,="" and="" the="" size="" of="" each="" hole="" should="" be="" as="" small="" as="" possible.="" the="" seams="" are="" to="" be="" welded="" to="" ensure="" electromagnetic="" continuity.="" filtering="" measures="" should="" be="" taken="" at="" the="" lead-in="" and="" lead-out="" lines="" of="" the="" shielded="" enclosure.="" for="" electric="" field="" shielding,="" the="" shielding="" case="" must="" be="" grounded.="" for="" magnetic="" field="" shielding,="" the="" shielded="" case="" does="" not="" need="" to="" be="">
