การรบกวนและการปราบปรามของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย

การรบกวนและการปราบปรามของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย

การรบกวนที่เกิดจากแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเองส่งผลเสียโดยตรงต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การระงับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าของตัวจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งนั้นเป็นหัวข้อสำคัญในการพัฒนาและการออกแบบอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง บทความนี้จะแนะนำกลไกการสร้างและการแพร่กระจายสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งโดยย่อ และสรุปวิธีการหลักหลายประการในการระงับการสร้างและการแพร่กระจายสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

สวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายเป็นอุปกรณ์จ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีข้อดีคือมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และประสิทธิภาพสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรดิจิทัล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสถานะการสลับความถี่สูง จึงเป็นแหล่งสัญญาณรบกวนที่รุนแรง และการรบกวนที่เกิดจากแหล่งนี้เป็นอันตรายต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยตรง ดังนั้นการระงับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าของตัวจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งและปรับปรุงภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ในระยะยาวจึงเป็นหัวข้อสำคัญในการพัฒนาและออกแบบอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

การสร้างสัญญาณรบกวนการสลับพาวเวอร์ซัพพลาย

การรบกวนของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภท: ประการแรก การรบกวนที่เกิดจากส่วนประกอบภายในของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง; ประการที่สองคือการรบกวนที่เกิดจากปัจจัยภายนอกในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ทั้งสองเกี่ยวข้องกับทั้งปัจจัยมนุษย์และปัจจัยทางธรรมชาติ

การรบกวนภายในของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

EMI ที่สร้างขึ้นโดยแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งส่วนใหญ่เกิดจากการรบกวนกระแสฮาร์มอนิกลำดับสูงที่สร้างโดยวงจรเรียงกระแสพื้นฐานและการรบกวนแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดจากวงจรแปลงกำลัง

วงจรเรียงกระแสพื้นฐาน

กระบวนการแก้ไขของวงจรเรียงกระแสพื้นฐานเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของ EMI เนื่องจากความถี่กำลังไฟฟ้า คลื่นไซน์ AC ไม่ได้เป็นกระแสความถี่เดียวอีกต่อไปหลังจากการแก้ไข แต่กลายเป็นส่วนประกอบ DC และชุดของส่วนประกอบฮาร์มอนิกที่มีความถี่ต่างกัน ฮาร์โมนิค (โดยเฉพาะฮาร์โมนิกที่มีลำดับสูงกว่า) จะสร้างสัญญาณรบกวนการนำไฟฟ้าและการรบกวนรังสีตามแนวสายส่ง ทำให้เกิดการบิดเบือนของกระแสฟรอนต์เอนด์ ในอีกด้านหนึ่ง มันจะทำให้เกิดการบิดเบือนของรูปคลื่นปัจจุบันที่เชื่อมต่อกับสายไฟด้านหน้า และในทางกลับกัน มันจะทำให้เกิดการรบกวนความถี่วิทยุผ่านสายไฟ

วงจรแปลงกำลัง

วงจรแปลงพลังงานเป็นแกนหลักของแหล่งจ่ายไฟที่ควบคุมด้วยสวิตช์ ซึ่งสร้างแบนด์วิธที่กว้างและมีฮาร์โมนิคที่สมบูรณ์ ส่วนประกอบหลักที่ทำให้เกิดการรบกวนของพัลส์นี้คือ

1) มีความจุไฟฟ้าแบบกระจายระหว่างท่อสวิตช์และตัวระบายความร้อน เปลือก และสายไฟภายในแหล่งจ่ายไฟ เมื่อหลอดสวิตช์ไหลผ่านกระแสพัลส์ขนาดใหญ่ (โดยทั่วไปเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม) รูปคลื่นจะมีส่วนประกอบความถี่สูงจำนวนมาก ในเวลาเดียวกัน พารามิเตอร์อุปกรณ์ที่ใช้ในการปิดแหล่งจ่ายไฟ เช่นเวลาการจัดเก็บของทรานซิสเตอร์พลังงานสวิตช์ กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ของระยะเอาท์พุต และเวลาการกู้คืนย้อนกลับของไดโอดวงจรเรียงกระแสสวิตช์ อาจทำให้เกิดการลัดวงจรในทันที ลัดวงจรในวงจรทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรขนาดใหญ่ นอกจากนี้ภาระของท่อสวิตซ์ยังเป็นหม้อแปลงความถี่สูงหรือตัวเหนี่ยวนำกักเก็บพลังงาน ในขณะที่การนำท่อสวิตช์ มีกระแสไหลเข้าขนาดใหญ่ในหม้อแปลงหลัก ทำให้เกิดเสียงรบกวนสูงสุด

2) หม้อแปลงในแหล่งจ่ายไฟสลับหม้อแปลงความถี่สูงใช้สำหรับการแยกและการแปลงแรงดันไฟฟ้า แต่เนื่องจากการเหนี่ยวนำการรั่วไหลจึงสามารถสร้างสัญญาณรบกวนการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ในเวลาเดียวกัน ภายใต้สภาวะความถี่สูง ความจุแบบกระจายระหว่างชั้นของหม้อแปลงไฟฟ้าจะส่งเสียงฮาร์มอนิกที่มีลำดับสูงจากด้านหลักไปยังด้านทุติยภูมิ ในขณะที่ความจุแบบกระจายของหม้อแปลงไปยังเปลือกจะก่อตัวเป็นค่าสูงอีก เส้นทางความถี่ ช่วยให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นรอบๆ หม้อแปลงสามารถเชื่อมต่อและสร้างสัญญาณรบกวนบนสายอื่นๆ ได้ง่ายขึ้น

3) เมื่อใช้ไดโอดเรียงกระแสด้านทุติยภูมิของไดโอดเรียงกระแสสำหรับการแก้ไขความถี่สูง เนื่องจากปัจจัยของเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับ ประจุที่สะสมในกระแสไปข้างหน้าไม่สามารถกำจัดได้ทันทีเมื่อใช้แรงดันย้อนกลับ (เนื่องจาก การมีอยู่ของพาหะและการไหลของกระแส) เมื่อความชันของการกู้คืนกระแสย้อนกลับมีขนาดใหญ่เกินไป ตัวเหนี่ยวนำที่ไหลผ่านขดลวดจะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ซึ่งจะทำให้เกิดการรบกวนความถี่สูงที่รุนแรงภายใต้อิทธิพลของตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงและพารามิเตอร์การกระจายอื่น ๆ โดยมีความถี่สูงถึงสิบ ของเมกะเฮิรตซ์

4) ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสายไฟอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะเฉพาะของส่วนประกอบความถี่ต่ำ เนื่องจากการทำงานที่ความถี่สูงกว่า ส่งผลให้เกิดเสียงรบกวน