Ursachen der elektromagnetischen Verträglichkeit durch Schaltnetzteile
Das 24-V-Schaltnetzteil arbeitet in einem Schaltzustand mit hoher Spannung und großem Strom, und die Gründe für elektromagnetische Verträglichkeitsprobleme sind ziemlich kompliziert. Aus der elektromagnetischen Verträglichkeit der gesamten Maschine gibt es hauptsächlich gemeinsame Impedanzkopplung, Leitungs-zu-Leitung-Kopplung, elektrische Feldkopplung und magnetische Feldkopplung sowie elektromagnetische Wellenkopplung. Die drei Elemente der elektromagnetischen Verträglichkeit sind: Störquelle, Ausbreitungsweg und gestörtes Objekt. Gemeinsame Impedanzkopplung ist hauptsächlich die gemeinsame elektrische Impedanz zwischen der Störquelle und dem gestörten Objekt, durch die das Störsignal in das gestörte Objekt gelangt. Leitungs-zu-Leitung-Kopplung ist hauptsächlich die gegenseitige Kopplung von Drähten oder PCB-Leitungen, die aufgrund der parallelen Verdrahtung Störspannungen und Störströme erzeugen.
Die elektrische Feldkopplung ist hauptsächlich auf das Vorhandensein von Potentialunterschieden und die Kopplung des induzierten elektrischen Felds an den gestörten Körper zurückzuführen. Die magnetische Feldkopplung ist hauptsächlich die Kopplung des niederfrequenten Magnetfelds, das in der Nähe der Hochstrom-Impulsstromleitung erzeugt wird, an das störende Objekt. Die elektromagnetische Feldkopplung wird hauptsächlich durch die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen verursacht, die durch pulsierende Spannung oder Strom erzeugt werden, die durch den Raum nach außen abgestrahlt werden und eine Kopplung an den entsprechenden gestörten Körper verursachen. Tatsächlich kann jede Kopplungsmethode nicht streng unterschieden werden, aber der Fokus ist unterschiedlich.
Beim 24-V-Schaltnetzteil arbeitet die Hauptstromschaltröhre in einem Hochfrequenz-Schaltmodus bei sehr hoher Spannung. Die Schaltspannung und der Schaltstrom liegen nahe an Rechteckwellen. Aus der Spektralanalyse ist bekannt, dass das Rechteckwellensignal viele Harmonische höherer Ordnung enthält. Das Spektrum dieser Harmonischen höherer Ordnung kann mehr als das Tausendfache der Rechteckwellenfrequenz erreichen. Gleichzeitig treten aufgrund der Streuinduktivität und der verteilten Kapazität des Leistungstransformators sowie der nicht idealen Arbeitsbedingungen des Hauptstromschaltgeräts beim Ein- oder Ausschalten mit hohen Frequenzen häufig hochfrequente und hochspannungsmäßige Spitzenharmonische Schwingungen auf. Diese harmonische Schwingung erzeugt Harmonische höherer Ordnung, die über die verteilte Kapazität zwischen der Schaltröhre und dem Kühler in den internen Schaltkreis eingeführt oder über den Kühler und den Transformator in den Raum abgestrahlt werden.
Es wird in Gleichrichter- und Freilaufdioden verwendet und ist auch eine wichtige Ursache für Hochfrequenzstörungen. Da Gleichrichter- und Freilaufdioden in einem Hochfrequenzschaltzustand arbeiten, arbeiten sie aufgrund der Existenz der parasitären Leitungsinduktivität der Diode, der Sperrschichtkapazität und des Einflusses des Sperrstroms unter sehr hohen Spannungs- und Stromänderungsraten und erzeugen Hochfrequenzschwingungen. Da Gleichrichter- und Freilaufdioden im Allgemeinen nahe an der Stromausgangsleitung liegen, werden die von ihnen erzeugten Hochfrequenzstörungen leicht über die Gleichstromausgangsleitung übertragen.
Um den Leistungsfaktor des 24-V-Schaltnetzteils zu verbessern, werden aktive Leistungsfaktor-Positivschaltungen verwendet. Gleichzeitig wird die Soft-Switching-Technologie häufig eingesetzt, um die Effizienz und Zuverlässigkeit der Schaltungen zu verbessern und die elektrische Belastung der Leistungsgeräte zu reduzieren. Unter ihnen ist die Nullspannungs-, Nullstrom- oder Nullstromschalttechnologie die am weitesten verbreitete. Diese Technologie reduziert die von Schaltgeräten erzeugten elektromagnetischen Störungen erheblich. Die meisten Soft-Switching-Schaltungen mit verlustfreier Absorption verwenden jedoch L und C zur Energieübertragung und nutzen die unidirektionale Leitungsleistung von Dioden, um eine unidirektionale Energieumwandlung zu erreichen. Daher sind die Dioden im Resonanzkreis zu einer Hauptquelle elektromagnetischer Störungen geworden.
In 24-V-Schaltnetzteilen werden Energiespeicherinduktoren und -kondensatoren im Allgemeinen verwendet, um L- und C-Filterschaltungen zu bilden, um Störsignale im Differenzmodus und im Gleichtaktmodus zu filtern und Wechselstrom-Rechteckwellensignale in glatte Gleichstromsignale umzuwandeln. Aufgrund der verteilten Kapazität der Induktorspule wird die Eigenresonanzfrequenz der Induktorspule reduziert, wodurch eine große Anzahl hochfrequenter Störsignale durch die Induktorspule hindurchgeht und sich entlang der Wechselstromleitung oder der Gleichstromausgangsleitung nach außen ausbreitet. Mit zunehmender Frequenz des Störsignals nehmen die Kapazität und die Filterwirkung des Filterkondensators aufgrund der Wirkung der Leitungsinduktivität weiter ab. Bis die Resonanzfrequenz über der Resonanzfrequenz liegt, verliert der Kondensator vollständig seine Funktion und wird induktiv. Auch die unsachgemäße Verwendung von Filterkondensatoren und zu lange Leitungen sind Ursachen für elektromagnetische Störungen.
Aufgrund der hohen Leistungsdichte und des hohen Intelligenzgrads des 24-V-Schaltnetzteils ist es mit einem MCU-Mikroprozessor ausgestattet. Daher kann es Spannungssignale von fast Kilovolt bis hin zu Spannungssignalen von nur wenigen Volt verarbeiten; von hochfrequenten digitalen Signalen bis hin zu niederfrequenten analogen Signalen. Die Feldverteilung innerhalb des Signals und der Stromversorgung ist recht komplex. Unzumutbare PCB-Verdrahtung, unzumutbares Strukturdesign, unzumutbare Stromleitungseingangsfilterung, unzumutbare Verdrahtung der Eingangs- und Ausgangsstromleitungen und unzumutbares Design der CPU und der Erkennungsschaltungen führen alle zu instabilem Systembetrieb oder Problemen wie elektrostatischer Entladung und schnellen elektrischen Transienten. Variable Impulsstöße, Blitzeinschläge, Spannungsspitzen und Leitungsstörungen, Strahlungsstörungen und Verringerung der Immunität gegen abgestrahlte elektromagnetische Felder.
