EMI simuleringsdesign av switchande strömförsörjning
Med ökningen av växlingsfrekvens och effekttäthet blir den elektromagnetiska miljön inuti strömförsörjningen mer och mer komplicerad, och dess elektromagnetiska kompatibilitet har blivit ett stort fokus och en stor svårighet i strömförsörjningsdesign. I den konventionella designmetoden hanteras EMC-problemet genom empirisk design, och EMC-problemet kan endast övervägas slutgiltigt efter att prototypen är etablerad. Den traditionella EMC-lösningen kan bara lägga till ytterligare komponenter, vilket kan påverka den ursprungliga styrslingans bandbredd, vilket i värsta fall resulterar i att omdesigna hela systemet och öka designkostnaden. För att undvika denna situation är det nödvändigt att överväga EMC:s problem i designprocessen, analysera och förutsäga EMI för switchande strömförsörjning med viss noggrannhet, och förbättra designen enligt störningsmekanismen och dess fördelning i varje frekvensband till minska EMI-nivån, vilket minskar designkostnaden.
2 switchande strömförsörjning EMI-egenskaper och klassificering
För att förutsäga den ledda elektromagnetiska interferensen från omkopplingsströmförsörjningen är det nödvändigt att klargöra dess genereringsmekanism och egenskaperna hos bruskällor. På grund av strömbrytarrörets höghastighetsomkopplingsverkan är dess spännings- och strömändringshastighet mycket hög, och den stigande och fallande kanten innehåller rika högre övertoner, så den elektromagnetiska störningsintensiteten är stor; Den elektromagnetiska störningen av strömförsörjning är huvudsakligen koncentrerad i närheten av dioder, strömkopplingsanordningar, radiatorer och högfrekventa transformatorer anslutna till dem; Eftersom omkopplingsfrekvensen för omkopplingsröret sträcker sig från tiotals kHz till flera MHz, är interferensformerna för omkopplingsströmförsörjningen huvudsakligen ledande interferens och närfältsinterferens. Bland dem kommer ledningsstörningar att injiceras i elnätet genom brusutbredningsvägen och störa andra enheter som är anslutna till elnätet.
Ledad störning av switchande strömförsörjning kan delas in i två kategorier.
1) Differential Mode (DM) interferens. DM-brus orsakas främst av di/dt. Genom parasitisk induktans och resistans fortplantar den sig i slingan mellan strömförande ledning och neutral ledning och genererar ström Idm mellan de två ledningarna, som inte bildar en slinga med jordledningen.
2) Common Mode (CM) interferens. CM-brus orsakas främst av dv/dt. Strökapacitansen hos PCB fortplantar sig i slingan mellan två kraftledningar och jord, och interferensen tränger in mellan ledningen och jord. Störströmmen flyter på hälften på var och en av de två linjerna, med jord som den gemensamma slingan. I den faktiska kretsen, på grund av den obalanserade linjeimpedansen, kommer common-mode-signalstörningarna att omvandlas till överhörningsstörningar som inte är lätta att eliminera.
Simuleringsanalys av EMI i switchande strömförsörjning
Teoretiskt sett, oavsett om det är tidsdomänsimulering eller frekvensdomänsimulering, så länge som en rimlig analysmodell är etablerad, kan simuleringsresultaten korrekt återspegla systemets EMI-kvantiseringsgrad.
Tidsdomänsimuleringsmetoden behöver upprätta en kretsmodell som inkluderar alla komponentparametrar i omvandlaren, använda PSPICE eller Sabre-programvara för simuleringsanalys och använda det snabba Fourier-analysverktyget för att få spektrumvågformen för EMI. Denna metod har verifierats i analysen av DM-brus. De olinjära egenskaperna och ströparametrarna för halvledarenheter som MOSFET och IGBT i switchande strömförsörjning gör dock modellen mycket komplicerad, och kretstopologin för switchande strömförsörjning förändras hela tiden när den fungerar, vilket leder till problemet med icke-konvergens i simulering. När man studerar CM-brus måste alla parasitiska elementparametrar inkluderas. På grund av påverkan av parasitiska parametrar är FFT-resultaten svåra att matcha de experimentella resultaten. Switchande effektomvandlare fungerar vanligtvis inom ett stort antal tidskonstanter, huvudsakligen inklusive tre grupper av tidskonstanter: tidskonstanter relaterade till utgångsterminalens grundfrekvens (tiotals ms); Tidskonstant (tiotals μ s) relaterad till kopplingsfrekvensen för kopplingselement; Tidskonstant (flera ns) relaterad till stigtiden och falltiden när kopplingselementet slås på eller av.
Av denna anledning, i tidsdomänsimulering, måste ett mycket litet beräkningssteg användas, och det tar lång tid att slutföra beräkningen; Dessutom kan de resultat som erhålls med tidsdomänmetoden ofta inte tydligt analysera inverkan av olika variabler i kretsen på störningar, kan inte på djupet förklara EMI-beteendet för att byta strömförsörjning och saknar bedömningen av EMI-mekanismen och kan inte ge en tydlig lösning för att minska EMI.
