การออกแบบป้องกันการรบกวนของแหล่งจ่ายไฟสลับ

การออกแบบป้องกันการรบกวนของแหล่งจ่ายไฟสลับ

การออกแบบ EMC ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งควรพิจารณาประเด็นต่อไปนี้:

1) ตัวกรอง

2) หม้อแปลงความถี่สูง

3) เทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่ง 4) การยับยั้งการรบกวนโหมดทั่วไปที่ใช้งานอยู่

5) การออกแบบสายไฟแผงวงจรพิมพ์ EMC

มาตรการการออกแบบ 3EMC

3.1 ตัวกรอง

การกรองเป็นวิธีการระงับการรบกวนที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น การเชื่อมต่อตัวกรองที่ปลายด้านอินพุตของแหล่งจ่ายไฟสามารถระงับเสียงรบกวนจากกริดไฟฟ้าจากการบุกรุกแหล่งจ่ายไฟเอง และยังสามารถยับยั้งการรบกวนที่เกิดจากแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งและส่งกลับไปยังกริดไฟฟ้า ในฐานะที่เป็นหน่วยสำคัญในการยับยั้งการรบกวนการนำไฟฟ้าของสายไฟ ตัวกรองพลังงานมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอุปกรณ์หรือระบบ ไม่เพียงแต่สามารถยับยั้งการรบกวนการนำไฟฟ้าบนสายส่งเท่านั้น แต่ยังมีผลยับยั้งการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาบนสายส่งด้วย ในวงจรตัวกรอง การเลือกตัวเก็บประจุป้อนผ่าน ตัวเก็บประจุสามขั้ว และวงแหวนแม่เหล็กเฟอร์ไรต์สามารถปรับปรุงคุณลักษณะตัวกรองของวงจรได้ การออกแบบที่เหมาะสมหรือการเลือกตัวกรองที่เหมาะสมและการติดตั้งตัวกรองที่ถูกต้องเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเทคโนโลยีป้องกันการรบกวน มาตรการเฉพาะมีดังนี้: 1) ติดตั้งตัวกรองไฟที่ขั้วต่ออินพุต AC และวงจรจะแสดงในรูปที่ 1 ในรูป Ld และ Cd ถูกใช้เพื่อลดสัญญาณรบกวนในโหมดดิฟเฟอเรนเชียล โดยทั่วไป Ld คือ 100-700 μH และ Cd คือ 1-10 μF Lc และ Cc ใช้เพื่อลดสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปและปรับได้ตามสภาพจริง

ตัวกรองแหล่งจ่ายไฟทั้งหมดต้องต่อสายดิน (ยกเว้นตัวกรองที่ไม่ได้รับอนุญาตให้ต่อสายดินตามคำแนะนำพิเศษของผู้ผลิต) เนื่องจากตัวเก็บประจุบายพาสโหมดทั่วไปของตัวกรองต้องต่อสายดินจึงจะทำงานได้ วิธีการต่อสายดินทั่วไปไม่เพียงแต่เชื่อมต่อตัวกรองเข้ากับปลอกโลหะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเชื่อมต่อปลอกตัวกรองด้วยสายที่หนาขึ้นด้วย

เชื่อมต่อกับจุดกราวด์ของอุปกรณ์ ยิ่งค่าอิมพีแดนซ์ของกราวด์ต่ำลงเท่าใด ผลการกรองก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

ควรติดตั้งตัวกรองให้ใกล้กับช่องจ่ายไฟมากที่สุด ปลายอินพุตและเอาต์พุตของตัวกรองควรอยู่ห่างกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนจากการเชื่อมต่อโดยตรงจากอินพุตไปยังเอาต์พุต

2) เพิ่มตัวกรองเอาต์พุตที่เอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟ การเพิ่มตัวเก็บประจุความถี่สูง การเพิ่มความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำตัวกรองเอาต์พุต และความจุของตัวเก็บประจุตัวกรองสามารถยับยั้งสัญญาณรบกวนในโหมดดิฟเฟอเรนเชียลได้ หากต่อตัวเก็บประจุหลายตัวแบบขนาน ผลที่ได้จะดีกว่า 3.2 หม้อแปลงความถี่สูง

ติดตั้งเครือข่ายการดูดซับ RC ที่ด้านปฐมภูมิ ด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงความถี่สูง ระหว่างขั้ว C และ E ของท่อสวิตช์ และบนไดโอดเรียงกระแสเอาต์พุต

3.3 เทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่ง

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่งช่วยลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากพาวเวอร์ MOSFET และ IGBT เปิดที่แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์และปิดที่กระแสเป็นศูนย์ และไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็วก็ปิดแบบซอฟต์เช่นกัน ซึ่งสามารถลดการใช้พลังงานในพลังงานได้ วงจร. di/dt และ dv/dt ของอุปกรณ์จ่ายไฟสามารถลดระดับ EMI ได้ มีการพิสูจน์โดยการทดลองว่าเทคโนโลยีซอฟต์สวิตชิ่งมีผลบางอย่างในการยับยั้งฮาร์โมนิกระดับสูงของริปเปิลเท่านั้น

3.4 เทคโนโลยีการปราบปรามที่ใช้งานของการรบกวนโหมดทั่วไป

เทคโนโลยีการยับยั้งการรบกวนแบบแอ็คทีฟในโหมดทั่วไปคือวิธีการวัดจากแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนเพื่อยับยั้งการรบกวนในโหมดทั่วไป แนวคิดของวิธีนี้คือการพยายามแยกแรงดันสัญญาณรบกวน EMI ที่ชดเชยออกจากวงจรหลักซึ่งตรงกันข้ามกับรูปคลื่นแรงดันสวิตชิ่งหลักที่ทำให้เกิด EMI และใช้มันเพื่อปรับสมดุลอิทธิพลของแรงดันสวิตชิ่งเดิม

3.5 แผงวงจรพิมพ์

การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าเค้าโครงส่วนประกอบและการออกแบบสายไฟของแผงวงจรพิมพ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพ EMC ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง นอกจากนี้ยังมีบัสบาร์ไฟฟ้าแรงสูง ตลอดจนสวิตช์ไฟความถี่สูงและส่วนประกอบแม่เหล็ก วิธีการจัดตำแหน่งของส่วนประกอบอย่างสมเหตุสมผลในพื้นที่จำกัดของแผ่นพิมพ์จะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการป้องกันสัญญาณรบกวนของส่วนประกอบแต่ละชิ้นในวงจร และความเชื่อถือได้ของวงจร

3.5.1 อิทธิพลของอิมพีแดนซ์ของเส้นลวด

โดยการวิเคราะห์อิมพีแดนซ์คุณลักษณะของลวดพิมพ์ จะทำการเลือกวิธีการจัดวาง ความยาว ความกว้าง และวิธีการจัดวางของลวดพิมพ์

อิมพีแดนซ์คุณลักษณะของสายเดี่ยวประกอบด้วยความต้านทานกระแสตรง R และความเหนี่ยวนำตัวเอง L

Z=R บวก jωL(1) L=2lln(2)

ในสูตร: ล. - ความยาวของลวด

b - ความกว้างของลวด

เห็นได้ชัดว่ายิ่งบรรทัดที่พิมพ์สั้น l ค่าความต้านทาน DC R ก็จะยิ่งน้อยลง ในขณะเดียวกัน การเพิ่มความกว้างและความหนาของเส้นที่พิมพ์ก็สามารถลดความต้านทานกระแสไฟตรง R ได้เช่นกัน

ดังจะเห็นได้จากสูตร (2) ว่ายิ่งความยาว l ของเส้นพิมพ์สั้นลง ค่าความเหนี่ยวนำตัวเอง L ก็ยิ่งน้อยลง และการเพิ่มความกว้าง b ของเส้นพิมพ์ก็สามารถลดความเหนี่ยวนำตัวเอง L ได้เช่นกัน อิมพีแดนซ์คุณลักษณะของ เส้นที่พิมพ์หลายเส้นไม่ได้ประกอบด้วยความต้านทานกระแสตรง R และความเหนี่ยวนำในตัวเอง L เท่านั้น แต่ยังมีอิทธิพลของความเหนี่ยวนำร่วมกัน M และความเหนี่ยวนำร่วม M ไม่เพียงได้รับผลกระทบจากความยาวและความกว้างของเส้นพิมพ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระยะห่างระหว่าง เส้นที่พิมพ์ มีบทบาทสำคัญ ม=2ล(3)

ในสูตร: s——ระยะห่างระหว่างเส้นสองเส้น การเพิ่มระยะห่างระหว่างเส้นทั้งสองสามารถลดค่าความเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันได้

ในมุมมองของปรากฏการณ์ข้างต้น เมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์ อิมพีแดนซ์ของสายไฟและสายกราวด์ควรลดลงมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากสายไฟ สายกราวด์ และสายพิมพ์อื่นๆ มีค่าความเหนี่ยวนำ เมื่อแหล่งจ่ายไฟ การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันอย่างมากจะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมขนาดใหญ่และแรงดันตกของสายกราวด์เป็นปัจจัยสำคัญในการก่อตัวของสัญญาณรบกวนอิมพีแดนซ์สาธารณะ ดังนั้นสายกราวด์ควรสั้นลงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สายไฟและ สายดินควรมีความหนามากที่สุด

ในการออกแบบบอร์ดพิมพ์สองด้าน นอกเหนือจากการเพิ่มความหนาของสายไฟและสายกราวด์ให้มากที่สุดแล้ว ควรติดตั้งตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนที่มีลักษณะความถี่สูงที่ดีระหว่างสายกราวด์และสายไฟ นอกจากนี้ ห้ามเดินสายสัญญาณที่พิมพ์ออกมาสองเส้นพร้อมกัน หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเดินสายแบบขนานได้ สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีต่อไปนี้ 1) เพิ่มสายดินระหว่างสายสัญญาณสองเส้นเพื่อป้องกัน;

2) รักษาระยะห่างระหว่างเส้นสัญญาณคู่ขนานทั้งสองเส้นให้ไกลที่สุดเพื่อลดอิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างเส้นทั้งสอง

3) ทิศทางของกระแสที่ไหลผ่านเส้นสัญญาณคู่ขนานทั้งสองนั้นสวนทางกัน (จุดประสงค์เพื่อลดฟลักซ์แม่เหล็กเหนี่ยวนำ)

3.5.2 เค้าโครงของส่วนประกอบ

เมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์ โดยปกติแล้ว เป็นเรื่องยากที่จะหลีกเลี่ยงแหล่งสัญญาณรบกวนและเหยื่อเนื่องจากข้อจำกัดของสภาพการทำงาน ในตอนนี้ พยายามรวบรวมส่วนประกอบที่สัมพันธ์กันเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนที่เกิดจากเส้นพิมพ์ที่ยาวเกินไปเนื่องจากส่วนประกอบอยู่ไกลเกินไป นอกจากนี้ ให้วางสัญญาณอินพุตและสัญญาณเอาต์พุตไว้ใกล้พอร์ตตะกั่วมากที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนเนื่องจากเส้นทางเชื่อมต่อ

4 มาตรการเชิงโครงสร้าง

การป้องกันเป็นวิธีที่สำคัญและมีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า