Analyse der Entwurfsmethode zur elektromagnetischen Verträglichkeit für Schaltnetzteile
Aufgrund der Vorteile der geringen Größe und des hohen Leistungsfaktors werden Schaltnetzteile häufig in den Bereichen Kommunikation, Steuerung, Computer und anderen Bereichen eingesetzt. Aufgrund elektromagnetischer Störungen ist die weitere Anwendung jedoch eingeschränkt. In diesem Artikel werden die verschiedenen Mechanismen der elektromagnetischen Interferenz von Schaltnetzteilen analysiert und auf dieser Grundlage die Entwurfsmethode für die elektromagnetische Verträglichkeit von Schaltnetzteilen vorgeschlagen.
Elektromagnetische Interferenzanalyse von Schaltnetzteilen
Der Aufbau des Schaltnetzteils ist in Abbildung 1 dargestellt. Zunächst wird der Wechselstrom mit der Netzfrequenz in Gleichstrom gleichgerichtet, dann in Hochfrequenz umgewandelt und schließlich über die Gleichrichtungs- und Filterschaltung ausgegeben, um eine stabile Gleichspannung zu erhalten. Unangemessenes Schaltungsdesign und -layout, mechanische Vibrationen, schlechte Erdung usw. führen zu internen elektromagnetischen Störungen. Gleichzeitig sind auch die Streuinduktivität des Transformators und der durch den Rückstrom der Ausgangsdiode verursachte Spitzenstrom potenzielle starke Störquellen.
1 Interne Störquellen
● Schaltkreis wechseln
Der Schaltkreis besteht hauptsächlich aus einer Schaltröhre und einem Hochfrequenztransformator. Zwischen der Schaltröhre und ihrem Kühlkörper, dem Gehäuse und den internen Leitungen der Stromversorgung besteht eine verteilte Kapazität. Das von ihm erzeugte du/dt hat einen relativ großen Impuls, ein breites Frequenzband und reichhaltige Oberwellen. Die Schaltröhrenlast ist die Primärspule des Hochfrequenztransformators, bei der es sich um eine induktive Last handelt. Wenn die ursprünglich eingeschaltete Schaltröhre ausgeschaltet wird, erzeugt die Streuinduktivität des Hochfrequenztransformators eine elektromotorische Gegenkraft E=-Ldi/dt, deren Wert proportional zur Stromänderungsrate des Kollektors ist und proportional zur Streuinduktivität, überlagert auf die Abschaltspannung, entsteht eine Abschaltspannungsspitze, wodurch eine Leitungsstörung entsteht.
● Gleichrichterdioden für Gleichrichterschaltungen
Wenn die Ausgangsgleichrichterdiode abgeschaltet wird, entsteht ein Rückstrom, und die Zeit, in der er auf Null zurückkehrt, hängt von Faktoren wie der Sperrschichtkapazität ab. Es erzeugt eine große Stromänderung di/dt unter dem Einfluss der Streuinduktivität des Transformators und anderer Verteilungsparameter und erzeugt starke Hochfrequenzstörungen, deren Frequenz mehrere zehn Megahertz erreichen kann.
● Falsche Parameter
Durch den Betrieb mit einer höheren Frequenz verändern sich die Eigenschaften der niederfrequenten Komponenten im Schaltnetzteil, was zu Rauschen führt. Bei hohen Frequenzen haben die Streuparameter einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Kopplungskanals und die verteilte Kapazität wird zum Kanal elektromagnetischer Interferenz.
2 Externe Störquellen
Externe Störquellen können in Leistungsstörungen und Blitzstörungen unterteilt werden, wobei Leistungsstörungen im „Gleichtaktmodus“ und im „Differentialmodus“ auftreten. Da das Wechselstromnetz gleichzeitig direkt mit der Gleichrichterbrücke und der Filterschaltung verbunden ist, fließt in einem Halbzyklus nur in der Spitzenzeit der Eingangsspannung Eingangsstrom, was zu einem sehr niedrigen Eingangsleistungsfaktor der Leistung führt Angebot (ca. 0.6). Darüber hinaus enthält dieser Strom eine große Anzahl harmonischer Stromkomponenten, die zu einer harmonischen „Verschmutzung“ des Netzes führen.
EMV-Design von Schaltnetzteilen
Es gibt drei notwendige Bedingungen für elektromagnetische Störungen: Störquelle, Übertragungsmedium und empfindliche Ausrüstung. Der Zweck des EMV-Designs besteht darin, einen dieser drei Zustände zu zerstören. Die wichtigsten hierfür verwendeten Methoden sind: Schaltungsmaßnahmen, EMI-Filterung, Abschirmung, Anti-Interferenz-Design für Leiterplatten usw.
1 Soft-Switching-Technologie zur Reduzierung von Schaltverlusten und Schaltgeräuschen
Beim Soft-Switching handelt es sich um eine fortschrittliche Schalttechnologie, die auf der Resonanztechnologie oder der Steuerungstechnologie im Nullspannungs-/Stromzustand basiert und auf der Grundlage des Hard-Switching entwickelt wurde.
Die Realisierungsmethode des sanften Schaltens besteht darin, dem ursprünglichen Schaltkreis kleine Induktivitäten, Kondensatoren und andere Resonanzkomponenten hinzuzufügen, Resonanz vor und nach dem Schaltvorgang einzuführen und die Überlappung von Spannung und Strom zu beseitigen. Abbildung 2 zeigt eine grundlegende Schalteinheit mit Soft-Switching-Technologie.
Verwenden Sie eine Abschirmung, um abgestrahlte und induzierte Störungen zu unterdrücken
Das Störspektrum des Schaltnetzteils konzentriert sich im Frequenzband unterhalb von 30 MHz und dem Durchmesser r<λ 2π="" is="" mainly="" an="" electromagnetic="" field="" of="" near-field="" nature,="" and="" it="" is="" a="" low-impedance="" field.="" materials="" with="" good="" electrical="" conductivity="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" electric="" field,="" while="" materials="" with="" high="" magnetic="" permeability="" can="" be="" used="" to="" shield="" the="" magnetic="" field.="" in="" addition,="" effective="" shielding="" measures="" should="" be="" taken="" for="" transformers,="" inductors,="" power="" devices,="" etc.="" the="" ventilation="" holes="" on="" the="" shielding="" shell="" are="" preferably="" circular,="" and="" the="" number="" of="" holes="" can="" be="" many="" if="" ventilation="" conditions="" are="" satisfied,="" and="" the="" size="" of="" each="" hole="" should="" be="" as="" small="" as="" possible.="" the="" seams="" are="" to="" be="" welded="" to="" ensure="" electromagnetic="" continuity.="" filtering="" measures="" should="" be="" taken="" at="" the="" lead-in="" and="" lead-out="" lines="" of="" the="" shielded="" enclosure.="" for="" electric="" field="" shielding,="" the="" shielding="" case="" must="" be="" grounded.="" for="" magnetic="" field="" shielding,="" the="" shielded="" case="" does="" not="" need="" to="" be="">
