การออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

การออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งหมายถึงการอยู่ร่วมกันของอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในพื้นที่ เวลา และช่วงสเปกตรัมที่จำกัด โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง ซึ่งรวมถึงสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMD) และความไวทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMS) EMD หมายถึงเสียงที่ปล่อยออกมาจากผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้า ในขณะที่ EMS หมายถึงความสามารถของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าในการต้านทานการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก อุปกรณ์ที่มีความเข้ากันทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดีไม่ควรได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยรอบและไม่ก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ท่อสวิตช์ไฟในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งมีแรงดันไฟฟ้าและกระแสกระโดดขนาดใหญ่ในระหว่างกระบวนการเปิด-ปิดที่ความถี่สูง จึงทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง แต่ช่วงความถี่ของการรบกวน (< 30MHz) is relatively low. The geometric size of most low-power switching power supplies is much smaller than the corresponding wavelength of 30MHz electromagnetic field (about 10m in air medium), and the electromagnetic disturbance phenomenon studied by switching power supply systems belongs to the range of quasi-stationary field. When studying their electromagnetic disturbance problems, the main consideration is conduction disturbance.

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
การอภิปรายเกี่ยวกับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยทั่วไปจะดำเนินการจาก 3 ประเด็น ได้แก่ คุณลักษณะของแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน คุณลักษณะของช่องต่อสัญญาณรบกวน และคุณลักษณะของวัตถุที่ถูกรบกวน

1 แหล่งจ่ายไฟสลับในแหล่งสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าหลัก
แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยอุปกรณ์สวิตชิ่ง ไดโอด และส่วนประกอบแบบพาสซีฟแบบไม่เชิงเส้น ในการสลับแหล่งจ่ายไฟ การเดินสายไฟที่ไม่เหมาะสมของบอร์ดพิมพ์ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นกัน

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากวงจรสวิตชิ่ง
สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากวงจรสวิตชิ่งเป็นหนึ่งในแหล่งรบกวนหลักของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง วงจรสวิตชิ่งเป็นแกนหลักของแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยท่อสวิตชิ่งและหม้อแปลงความถี่สูง dv/dt ที่สร้างขึ้นนั้นเป็นพัลส์ที่มีแอมพลิจูดขนาดใหญ่ ย่านความถี่กว้าง และฮาร์โมนิคที่สมบูรณ์ สาเหตุหลักของการรบกวนแรงกระตุ้นนี้คือ

1) โหลดของท่อสวิตช์เป็นขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงความถี่สูงซึ่งเป็นโหลดแบบเหนี่ยวนำ ในขณะที่ท่อสวิตช์เปิดอยู่ ขดลวดปฐมภูมิจะสร้างกระแสพุ่งเข้าอย่างมาก และแรงดันไฟกระชากสูงสุดจะปรากฏขึ้นที่ปลายทั้งสองด้านของขดลวดปฐมภูมิ ในขณะที่หลอดสวิตช์ปิดอยู่ พลังงานส่วนหนึ่งจะไม่ถูกส่งจากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมิเนื่องจากฟลักซ์การรั่วไหลของขดลวดปฐมภูมิ และพลังงานส่วนหนึ่งที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำจะก่อให้เกิดการสั่นของการลดทอน โดยมีเดือยที่มีตัวเก็บประจุและตัวต้านทานอยู่ในวงจรคอลเลคเตอร์ และจะวางทับบนแรงดันไฟเปิดปิดเพื่อสร้างแรงดันไฟเปิดปิด การหยุดชะงักของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟนี้จะทำให้เกิดกระแสแรงกระตุ้นแม่เหล็กชั่วคราวเช่นเดียวกับเมื่อขดลวดปฐมภูมิเปิดอยู่ และเสียงนี้จะถูกส่งไปที่ขั้วอินพุตและเอาต์พุต ส่งผลให้เกิดการรบกวนการนำ และในกรณีที่เลวร้ายที่สุด มันอาจพัง ท่อสวิตช์

2) วงกระแสสลับความถี่สูงที่ประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงพัลส์ ท่อสวิตชิ่ง และตัวเก็บประจุตัวกรองอาจทำให้เกิดการแผ่รังสีในอวกาศขนาดใหญ่และก่อให้เกิดการรบกวนของรังสี หากความสามารถในการกรองของตัวเก็บประจุไม่เพียงพอหรือลักษณะความถี่สูงไม่ดี อิมพีแดนซ์ความถี่สูงบนตัวเก็บประจุจะนำกระแสไฟฟ้าความถี่สูงไปยังแหล่งจ่ายไฟ AC ในโหมดดิฟเฟอเรนเชียลเพื่อสร้างการรบกวนการนำไฟฟ้า

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากวงจรเรียงกระแสไดโอด
|di/dt| ของกระแสการกู้คืนแบบย้อนกลับที่สร้างโดยไดโอดเรียงกระแสในวงจรหลักนั้นน้อยกว่าของไดโอดมู่เล่มาก ในฐานะที่เป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ความเข้มของการรบกวนที่เกิดจากกระแสการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอดเรียงกระแสจึงมีขนาดใหญ่และย่านความถี่กว้าง แรงดันไฟฟ้ากระโดดที่สร้างโดยไดโอดเรียงกระแสมีค่าน้อยกว่าที่เกิดขึ้นเมื่อเปิดและปิดท่อสวิตช์ไฟในแหล่งจ่ายไฟ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะศึกษาวงจรเรียงกระแสซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของช่องสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า โดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลของ |dv/dt| และ |di/dt| ผลิตโดยไดโอดเรียงกระแส

ความสัมพันธ์ระหว่าง dv/dt และขนาดโหลด
Dv/dt ที่สร้างขึ้นเมื่อมีการเปิดและปิดท่อสวิตช์กำลังเป็นแหล่งรบกวนหลักของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ การวิเคราะห์และการทดลองทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าค่าของ |dv/dt| เกิดจากการปิดเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของโหลด แต่การเปลี่ยนแปลงของโหลดมีผลเพียงเล็กน้อยต่อ |dv/dt| เปิด. เพราะ |dv/dt| ที่เกิดขึ้นเมื่อเปิดและปิดจะแตกต่างกัน ชีพจรการรบกวนที่สร้างจากภายนอกก็จะแตกต่างกันด้วย