การออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์หมายถึงการอยู่ร่วมกันของอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ภายในพื้นที่ เวลา และสเปกตรัมความถี่ที่จำกัด โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง ประกอบด้วยสองด้าน: การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMD) และความไวทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMS) EMD หมายถึงเสียงภายนอกที่ปล่อยออกมาจากผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้า ในขณะที่ EMS หมายถึงความสามารถของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าในการต้านทานการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอก อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดีไม่ควรได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยรอบและไม่ทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่อสิ่งแวดล้อม
ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งในแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งจะสร้างแรงดันไฟฟ้าและกระแสกระโดดอย่างมีนัยสำคัญระหว่างกระบวนการเปิด/ปิดที่ความถี่สูง ส่งผลให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง แต่ช่วงความถี่ของการรบกวน (<30MHz) is relatively low. The geometric dimensions of most low-power switching power supplies are much smaller than the wavelength corresponding to a 30MHz electromagnetic field (about 10m in air medium). The electromagnetic interference phenomena studied in switching power supply systems belong to the range of quasi steady fields. When studying their electromagnetic interference problems, the main consideration is conducted interference.
2 การคุกคามทางแม่เหล็กไฟฟ้า
โดยทั่วไปการอภิปรายเกี่ยวกับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะดำเนินการจากสามประเด็น: ลักษณะของแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน, ลักษณะช่องสัญญาณเชื่อมต่อของการรบกวน และลักษณะของวัตถุที่ถูกรบกวน
2.1 แหล่งที่มาหลักของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์
แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอุปกรณ์สวิตชิ่ง ไดโอด และส่วนประกอบพาสซีฟแบบไม่เชิงเส้น การเดินสายที่ไม่เหมาะสมของแผงวงจรพิมพ์ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์
2.1.1 การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากวงจรสวิตช์
สำหรับการสลับแหล่งจ่ายไฟ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากวงจรสวิตชิ่งเป็นหนึ่งในแหล่งที่มาหลักของการรบกวน วงจรสวิตช์เป็นแกนหลักของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยท่อสวิตช์และหม้อแปลงความถี่สูง- dv/dt ที่สร้างขึ้นคือพัลส์ที่มีแอมพลิจูดขนาดใหญ่ ย่านความถี่กว้าง และมีฮาร์โมนิคจำนวนมาก สาเหตุหลักของการรบกวนชีพจรนี้คือ
1) โหลดของท่อสวิตช์คือคอยล์ปฐมภูมิของหม้อแปลงความถี่สูง- ซึ่งเป็นโหลดแบบเหนี่ยวนำ ในขณะที่ท่อสวิตช์เปิดอยู่ กระแสไฟกระชากขนาดใหญ่จะถูกสร้างขึ้นในขดลวดปฐมภูมิ และแรงดันไฟกระชากสูงสุดจะปรากฏที่ปลายทั้งสองด้านของขดลวดปฐมภูมิ ในขณะที่ถอดท่อสวิตช์ออก เนื่องจากฟลักซ์การรั่วไหลของขดลวดปฐมภูมิ พลังงานส่วนหนึ่งจะไม่ถูกถ่ายโอนจากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมิ พลังงานที่สะสมอยู่ในตัวเหนี่ยวนำจะก่อให้เกิดการแกว่งแบบสลายตัวโดยมีจุดสูงสุดพร้อมกับค่าความจุและความต้านทานในวงจรสะสม ซึ่งจะถูกซ้อนทับบนแรงดันไฟฟ้าปิดเพื่อสร้างจุดสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าปิด การหยุดชะงักของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟประเภทนี้จะสร้างกระแสแรงกระตุ้นแม่เหล็กชั่วคราวเช่นเดียวกับเมื่อเชื่อมต่อขดลวดปฐมภูมิ สัญญาณรบกวนนี้จะถูกส่งไปที่ขั้วอินพุตและเอาต์พุต ก่อให้เกิดการรบกวนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และในกรณีที่รุนแรงอาจทำให้ท่อสวิตช์พังได้
2) กระแสสลับกระแสความถี่สูง-ที่ประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิ ท่อสวิตช์ และตัวเก็บประจุกรองของพัลส์หม้อแปลงอาจสร้างการแผ่รังสีเชิงพื้นที่ที่มีนัยสำคัญ ก่อให้เกิดการรบกวนการแผ่รังสี หากความสามารถในการกรองของตัวเก็บประจุไม่เพียงพอหรือ-คุณลักษณะความถี่สูงไม่ดี อิมพีแดนซ์ความถี่สูง-บนตัวเก็บประจุจะทำให้กระแสความถี่สูง-นำไปยังแหล่งจ่ายไฟ AC ในโหมดดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งก่อให้เกิดการรบกวนการนำไฟฟ้า
