การออกแบบการจำลอง EMI ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
ด้วยการเพิ่มขึ้นของความถี่สวิตชิ่งและความหนาแน่นของพลังงาน สภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจึงมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ และความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของมันก็กลายเป็นจุดสนใจหลักและเป็นปัญหาสำคัญในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ ในวิธีการออกแบบทั่วไป ปัญหา EMC จะได้รับการจัดการโดยการออกแบบเชิงประจักษ์ และปัญหา EMC จะสามารถพิจารณาได้ในที่สุดหลังจากสร้างต้นแบบแล้วเท่านั้น วิธีแก้ไข EMC แบบเดิมสามารถเพิ่มได้เฉพาะส่วนประกอบเพิ่มเติมเท่านั้น ซึ่งอาจส่งผลต่อแบนด์วิธของลูปควบคุมแบบเดิม ส่งผลให้เกิดกรณีที่เลวร้ายที่สุดของการออกแบบระบบใหม่ทั้งหมดและเพิ่มต้นทุนการออกแบบ เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ จำเป็นต้องพิจารณาปัญหาของ EMC ในกระบวนการออกแบบ วิเคราะห์และคาดการณ์ EMI ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งด้วยความแม่นยำ และปรับปรุงการออกแบบตามกลไกการรบกวนและการกระจายในแต่ละย่านความถี่ ลดระดับ EMI ซึ่งช่วยลดต้นทุนการออกแบบ
2 ลักษณะและการจำแนกประเภทของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง EMI
เพื่อที่จะคาดการณ์การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจำเป็นต้องทำให้กลไกการสร้างและลักษณะของแหล่งกำเนิดเสียงชัดเจน เนื่องจากการดำเนินการสลับความเร็วสูงของหลอดสวิตช์ไฟ แรงดันไฟฟ้าและอัตราการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันจึงสูงมาก และขอบที่เพิ่มขึ้นและขอบที่ลดลงมีฮาร์โมนิกที่สูงกว่ามาก ดังนั้นความเข้มของสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจึงมีขนาดใหญ่ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งส่วนใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ในบริเวณใกล้เคียงของไดโอด, อุปกรณ์สวิตช์ไฟ, หม้อน้ำและหม้อแปลงความถี่สูงที่เชื่อมต่ออยู่ เนื่องจากความถี่ในการสวิตชิ่งของท่อสวิตชิ่งมีตั้งแต่หลายสิบ kHz ถึงหลาย MHz รูปแบบการรบกวนของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งส่วนใหญ่จะเป็นการรบกวนและการรบกวนในสนามใกล้เคียง การรบกวนที่เกิดขึ้นจะถูกฉีดเข้าไปในโครงข่ายไฟฟ้าผ่านเส้นทางการแพร่กระจายของสัญญาณรบกวน และรบกวนอุปกรณ์อื่นๆ ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า
การรบกวนการดำเนินการของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท
1) การรบกวนโหมดดิฟเฟอเรนเชียล (DM) สัญญาณรบกวน DM ส่วนใหญ่เกิดจาก di/dt ด้วยการเหนี่ยวนำและความต้านทานของปรสิต มันจะแพร่กระจายในวงวนระหว่างลวดที่มีไฟฟ้าและลวดที่เป็นกลาง ทำให้เกิดกระแส Idm ระหว่างสายไฟทั้งสอง ซึ่งไม่ก่อให้เกิดการวนซ้ำกับสายกราวด์
2) การรบกวนโหมดทั่วไป (CM) เสียง CM ส่วนใหญ่เกิดจาก dv/dt ความจุจรจัดของ PCB แพร่กระจายในวงวนระหว่างสายไฟสองเส้นกับกราวด์ และการรบกวนจะบุกรุกระหว่างเส้นและกราวด์ กระแสรบกวนจะไหลครึ่งหนึ่งในแต่ละเส้นทั้งสองเส้น โดยมีกราวด์เป็นวงร่วม ในวงจรจริง เนื่องจากอิมพีแดนซ์ของสายไม่สมดุล การรบกวนสัญญาณในโหมดทั่วไปจะถูกแปลงเป็นการรบกวนแบบครอสทอล์คซึ่งยากจะกำจัด
การวิเคราะห์การจำลอง EMI ในการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
ในทางทฤษฎี ไม่ว่าจะเป็นการจำลองโดเมนเวลาหรือการจำลองโดเมนความถี่ ตราบใดที่มีการสร้างแบบจำลองการวิเคราะห์ที่สมเหตุสมผล ผลลัพธ์การจำลองสามารถสะท้อนระดับการหาปริมาณ EMI ของระบบได้อย่างถูกต้อง
วิธีการจำลองโดเมนเวลาจำเป็นต้องสร้างแบบจำลองวงจรซึ่งรวมถึงพารามิเตอร์ส่วนประกอบทั้งหมดในตัวแปลง ใช้ซอฟต์แวร์ PSPICE หรือ Saber สำหรับการวิเคราะห์การจำลอง และใช้เครื่องมือวิเคราะห์ฟูเรียร์ที่รวดเร็วเพื่อรับรูปคลื่นสเปกตรัมของ EMI วิธีการนี้ได้รับการตรวจสอบแล้วในการวิเคราะห์สัญญาณรบกวน DM อย่างไรก็ตาม ลักษณะไม่เชิงเส้นและพารามิเตอร์การหลงทางของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เช่น MOSFET และ IGBT ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ทำให้แบบจำลองมีความซับซ้อนมากและโทโพโลยีวงจรของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาเมื่อทำงาน ซึ่งนำไปสู่ปัญหาการไม่บรรจบกันใน การจำลอง เมื่อศึกษาเสียง CM จะต้องรวมพารามิเตอร์องค์ประกอบปรสิตทั้งหมดด้วย เนื่องจากอิทธิพลของพารามิเตอร์ปรสิต ผลลัพธ์ FFT จึงยากต่อการจับคู่ผลการทดลอง ตัวแปลงไฟแบบสวิตชิ่งมักจะทำงานในช่วงค่าคงที่เวลาขนาดใหญ่ โดยส่วนใหญ่จะรวมถึงค่าคงที่เวลาสามกลุ่ม: ค่าคงที่เวลาที่เกี่ยวข้องกับความถี่พื้นฐานของเทอร์มินัลเอาต์พุต (สิบมิลลิวินาที); ค่าคงที่เวลา (สิบ μ s) ที่เกี่ยวข้องกับความถี่ในการสลับขององค์ประกอบการสลับ ค่าคงที่เวลา (หลาย ns) สัมพันธ์กับเวลาที่เพิ่มขึ้นและเวลาตกเมื่อเปิดหรือปิดองค์ประกอบสวิตช์
ด้วยเหตุนี้ ในการจำลองโดเมนเวลา จึงต้องใช้ขั้นตอนการคำนวณที่น้อยมาก และการคำนวณจะใช้เวลานานจึงจะเสร็จสมบูรณ์ นอกจากนี้ ผลลัพธ์ที่ได้จากวิธีโดเมนเวลามักจะไม่สามารถวิเคราะห์อิทธิพลของตัวแปรต่างๆ ในวงจรที่มีต่อการรบกวนได้อย่างชัดเจน ไม่สามารถอธิบายพฤติกรรม EMI ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งได้อย่างลึกซึ้ง และขาดการตัดสินของกลไก EMI และไม่สามารถให้ ทางออกที่ชัดเจนในการลด EMI
