Analys av EMI-styrteknik för omkoppling av strömförsörjning
I det här dokumentet analyseras mekanismen för EMI i byte av strömförsörjning i detalj, och en serie EMI-undertryckningsstrategier presenteras, vilket effektivt förbättrar den elektromagnetiska kompatibiliteten för strömförsörjning.
Switching power supply är en slags kraftelektronikprodukt som använder krafthalvledarenheter och integrerar effektomvandlingsteknik, elektronisk elektromagnetisk teknik och automatisk styrteknik. På grund av dess fördelar med låg strömförbrukning, hög effektivitet, liten volym, låg vikt, stabilt arbete, säkerhet och tillförlitlighet och breda spänningsstabiliserande intervall, används den i stor utsträckning inom områdena datorer, kommunikation, elektroniska instrument, industriell automatisk kontroll, nationella försvar och hushållsapparater. Emellertid har strömförsörjningen dålig transientrespons och är benägen för elektromagnetisk störning (EMD), och EMI-signalen upptar ett brett frekvensområde och har en viss amplitud. Dessa EMI-signaler förorenar den elektromagnetiska miljön genom ledning och strålning och orsakar störningar på kommunikationsutrustning och elektroniska instrument, vilket begränsar användningen av strömförsörjning i viss utsträckning.
1 byte av strömförsörjning orsakar elektromagnetiska störningar
Elektromagnetisk störning (EMI) är en typ av prestandaskador på elektroniska system eller delsystem orsakade av oväntade elektromagnetiska störningar. Den består av tre grundläggande element: interferenskälla, det vill säga utrustning som genererar elektromagnetisk interferensenergi; Kopplingskanal, det vill säga kanalen eller mediet för överföring av elektromagnetisk interferens; Känslig utrustning, det vill säga enheter, utrustning, delsystem eller system som skadats av elektromagnetiska störningar. Baserat på detta är de grundläggande åtgärderna för att kontrollera elektromagnetiska störningar: undertrycka störningskällor, avbryta katastrofens väg, minska reaktionen från känslig utrustning på störningar eller öka den elektromagnetiska känslighetsnivån.
Enligt arbetsprincipen för omkoppling av strömförsörjning är det känt att omkopplande strömförsörjning först likriktar strömfrekvensens växelström till likström, sedan inverterar den till högfrekvent växelström och slutligen matar den ut genom likriktning och filtrering för att erhålla stabil likströmsspänning . I kretsen arbetar krafttrioden och dioden huvudsakligen i omkopplingstillståndet och arbetar i mikrosekundsordningen; När triod och diod slås på och av ändras strömmen kraftigt under stigande och fallande tid, vilket är lätt att generera radiofrekvent energi och bilda störningskällor. Samtidigt kommer transformatorns läckinduktans och toppen som orsakas av den omvända återställningsströmmen för utgångsdioden också att bilda potentiell elektromagnetisk störning.
Switching power supply fungerar vanligtvis med hög frekvens, och frekvensen är över 02 kHz, så dess distribuerade kapacitans kan inte ignoreras. Å ena sidan har isoleringsplåten mellan kylflänsen och strömbrytarens kollektor en stor kontaktyta och en tunn isoleringsplåt, så den fördelade kapacitansen mellan dem kan inte ignoreras vid hög frekvens, och högfrekvent ström kommer att flöde till kylflänsen genom den distribuerade kapacitansen och sedan till chassitjord, vilket resulterar i common-mode interferens; Å andra sidan finns det en fördelad kapacitans mellan pulstransformatorns primärstegen, som direkt kan smälta spänningen från primärlindningen till sekundärlindningen och producera common-mode interferens på de två kraftledningarna med DC-utgång från sekundärlindningen lindning.
Därför är störningskällorna i switchande strömförsörjning huvudsakligen koncentrerade till komponenter som switchar, dioder och högfrekvenstransformatorer, såväl som AC-ingångs- och likriktarutgångskretsar.
2 Åtgärder för att undertrycka elektromagnetisk störning av strömförsörjning
Vanligtvis antar EMI-styrning av switchande strömförsörjning huvudsakligen filtreringsteknik, skärmningsteknik, tätningsteknik och jordningsteknik. EMI-störningar kan delas in i ledningsstörningar och strålningsstörningar enligt överföringsvägen. Växlande strömförsörjning leder huvudsakligen störningar, och dess frekvensområde är det bredaste, cirka 10 kHz-30MHz. Motåtgärderna för att undertrycka ledningsstörningar löses i princip i tre frekvensband: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz och högre. Normal interferens är huvudsakligen i intervallet 10kHz till 150kHz, vilket vanligtvis löses med ett allmänt LC-filter. Common-mode-störningar är huvudsakligen inom intervallet 150kHz-10 MHz, vilket vanligtvis löses med common-mode-avvisningsfilter. Motåtgärderna för frekvensbandet över 10MHz är att förbättra filtrets form och vidta elektromagnetiska avskärmningsåtgärder.
2.1 med AC-ingång EMI-filter.
Vanligtvis finns det två sätt att överföra störström på ledaren: common mode och differential mode. Common-mode interferens är interferensen mellan bärarvätskan och jorden: interferensen har samma storlek och riktning och existerar mellan vilken som helst relativ jord för strömförsörjningen eller mellan neutralledningen och jorden. Den produceras huvudsakligen av du/dt, och di/dt producerar också vissa common-mode-störningar. Differentialmodstörningen är interferensen mellan bärarvätskor: interferensen är lika stor och motsatt i riktningen, och existerar mellan fasledningen och strömförsörjningens neutrala linje och fasledningen och fasledningen. När störströmmen överförs på ledaren kan den uppträda i både common mode och differential mode. Emellertid kan common-mode interferensström bara störa användbara signaler efter att den blivit differential-mode interferensström.
Det finns ovanstående två typer av störningar i växelströmsöverföringsledningar, vanligtvis lågfrekventa differentialmodsstörningar och högfrekventa common mode-störningar. I allmänhet är amplituden för interferens i differentialläge liten, frekvensen är låg och störningen som orsakas är liten; Common-mode-störningar har stor amplitud och hög frekvens, och den kan också producera strålning genom ledningar, vilket orsakar stora störningar. Om ett lämpligt EMI-filter används vid ingångsänden av växelströmsförsörjningen, kan elektromagnetiska störningar effektivt undertryckas. Grundprincipen för kraftlednings-EMI-filtret visas i figur 1, där differentialmodens kondensatorer C1 och C2 används för att kortsluta differentialmodstörströmmen, medan mellanledningsjordkondensatorerna C3 och C4 används för att kortsluta- kretsa den gemensamma modestörströmmen. Common-mode choke coil är sammansatt av två spolar med samma tjocklek och lindade på en magnetisk kärna i samma riktning. Om den magnetiska kopplingen mellan de två spolarna är mycket nära blir läckinduktansen mycket liten, vilket är dåligt i kraftledningens frekvensområde.
Modreaktansen blir mycket liten; När belastningsströmmen flyter genom common-mode-drosseln, är de magnetiska fältlinjerna som genereras av spolarna som är seriekopplade på faslinjen motsatta de som genereras av spolarna som är seriekopplade på den neutrala linjen, och de upphäver varandra i magnetisk kärna. Därför, även vid stor belastningsström, kommer den magnetiska kärnan inte att vara mättad. För common-mode-störströmmen är magnetfälten som genereras av de två spolarna i samma riktning, vilket kommer att presentera en stor induktans, vilket således spelar en roll för att dämpa common-mod-störsignalen. Här bör den gemensamma mode-choke-spolen vara gjord av ferritmagnetiskt material med hög permeabilitet och goda frekvensegenskaper.
