Gründe für die elektromagnetische Verträglichkeit durch die Stromversorgung
Die Gründe für elektromagnetische Verträglichkeitsprobleme, die durch den Betrieb von 24-V-Schaltnetzteilen unter Hochspannungs- und Hochstrom-Schaltbedingungen verursacht werden, sind recht komplex. Im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit der gesamten Maschine gibt es hauptsächlich verschiedene Arten: gemeinsame Impedanzkopplung, Leitungskopplung, elektrische Feldkopplung, magnetische Feldkopplung und elektromagnetische Wellenkopplung. Die drei Elemente, die elektromagnetische Verträglichkeit erzeugen, sind: die Störungsquelle, der Ausbreitungsweg und das Störungsobjekt. Die gemeinsame Widerstandskopplung bezieht sich hauptsächlich auf die gemeinsame Impedanz zwischen der Störquelle und dem gestörten Objekt elektrisch, über die das Störsignal in das gestörte Objekt gelangt. Unter Leitung-zu-Leitung-Kopplung versteht man hauptsächlich die gegenseitige Kopplung zwischen Drähten oder Leiterplattendrähten, die aufgrund der Parallelverdrahtung Kratzspannung und Kratzstrom erzeugen.
Die Kopplung elektrischer Felder ist hauptsächlich auf das Vorhandensein von Potentialunterschieden zurückzuführen, die zur Kopplung induzierter elektrischer Felder an den gestörten Körper führen. Unter Magnetfeldkopplung versteht man hauptsächlich die Kopplung niederfrequenter Magnetfelder, die in der Nähe von Hochstrom-Impulsstromleitungen erzeugt werden, an das Störobjekt. Die elektromagnetische Feldkopplung wird hauptsächlich durch hochfrequente elektromagnetische Wellen verursacht, die durch pulsierende Spannung oder Strom erzeugt werden, die durch den Raum nach außen strahlen und den entsprechenden gestörten Körper koppeln. Tatsächlich können die einzelnen Kopplungsmethoden nicht streng unterschieden werden, sondern nur mit unterschiedlichen Schwerpunkten.
Bei einem 24-V-Schaltnetzteil arbeitet der Hauptnetzschalter im Hochfrequenz-Schaltmodus bei hoher Spannung. Die Schaltspannung und der Schaltstrom ähneln nahezu Rechteckwellen. Aus der Spektrumanalyse ist bekannt, dass das Rechtecksignal reichhaltige Oberwellen höherer Ordnung enthält, die ein Frequenzspektrum von über dem 1000-fachen der Rechteckwellenfrequenz erreichen können. Gleichzeitig werden aufgrund der Streuinduktivität und der verteilten Kapazität des Leistungstransformators sowie des nicht idealen Betriebszustands des Hauptleistungsschaltgeräts bei Hochfrequenz häufig harmonische Hochfrequenz- und Hochspannungsspitzenschwingungen erzeugt wird ein- oder ausgeschaltet. Die durch diese harmonische Schwingung erzeugten Oberwellen höherer Ordnung werden über die verteilte Kapazität zwischen der Schaltröhre und dem Kühlkörper an den internen Schaltkreis übertragen oder über den Kühlkörper und den Transformator in den Weltraum abgestrahlt.
Als Gleichrichter und Dauerstromdioden ist es auch ein wichtiger Grund für die Erzeugung hochfrequenter Störungen. Da die Gleichrichter- und Freilaufdioden im Hochfrequenz-Schaltmodus arbeiten, führen das Vorhandensein parasitärer Induktivitäten und Sperrschichtkapazitäten in den Diodenleitungen sowie der Einfluss des Sperrverzögerungsstroms dazu, dass sie mit hohen Spannungs- und Stromänderungsgeschwindigkeiten arbeiten erzeugen hochfrequente Schwingungen. Da sich Gleichrichter- und Freilaufdioden im Allgemeinen in der Nähe der Stromausgangsleitung befinden, werden die von ihnen erzeugten hochfrequenten Störungen am ehesten über die Gleichstromausgangsleitung übertragen.
Um den Leistungsfaktor von 24V-Schaltnetzteilen zu verbessern, werden aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltungen eingesetzt. Gleichzeitig wurden zahlreiche Soft-Switching-Technologien eingesetzt, um die Effizienz und Zuverlässigkeit der Schaltung zu verbessern und die elektrische Belastung von Leistungsgeräten zu verringern. Unter diesen ist die Nullspannungs-, Nullstrom- oder Nullstrom-Schalttechnologie am weitesten verbreitet. Diese Technologie reduziert die von Schaltgeräten erzeugten elektromagnetischen Störungen erheblich. Allerdings nutzen sanft schaltende, verlustfreie Absorptionsschaltungen meist L und C für die Energieübertragung und nutzen die unidirektionale Leitfähigkeit von Dioden, um eine unidirektionale Energieumwandlung zu erreichen. Daher werden die Dioden in diesem Resonanzkreis zu einer Hauptquelle elektromagnetischer Störungen.
In 24-V-Schaltnetzteilen werden im Allgemeinen Energiespeicherinduktivitäten und -kondensatoren verwendet, um L- und C-Filterschaltungen zu bilden, um Differential- und Gleichtaktstörungssignale zu filtern und AC-Rechteckwellensignale in glatte DC-Signale umzuwandeln. Aufgrund der verteilten Kapazität der Induktionsspule wird die Eigenresonanzfrequenz der Induktionsspule verringert, was dazu führt, dass eine große Anzahl hochfrequenter Störsignale durch die Induktionsspule laufen und sich entlang der Wechselstromleitung oder Gleichstromausgangsleitung nach außen ausbreiten. Mit zunehmender Frequenz des Störsignals nimmt die Kapazität und Filterwirkung des Filterkondensators aufgrund der Wirkung der Zuleitungsinduktivität immer weiter ab, bis dieser die Funktion des Kondensators vollständig verliert und oberhalb der Resonanzfrequenz induktiv wird. Auch die unsachgemäße Verwendung von Filterkondensatoren und zu lange Leitungen sind eine Ursache für elektromagnetische Störungen.
Aufgrund der hohen Leistungsdichte und der hohen Intelligenz des 24-V-Schaltnetzteils, das mit einem MCU-Mikroprozessor ausgestattet ist, reicht das Spannungssignal von hoch über fast Kilovolt bis hin zu niedrig und mehreren Volt; Von hochfrequenten digitalen Signalen bis hin zu niederfrequenten analogen Signalen ist die Feldverteilung innerhalb der Stromversorgung recht komplex. Eine unangemessene PCB-Verkabelung, ein unangemessenes strukturelles Design, eine unangemessene Eingangsfilterung der Stromleitungen, eine unangemessene Eingangs- und Ausgangsstromleitungsverdrahtung und ein unangemessenes Design der CPU- und Erkennungsschaltungen können zu einem instabilen Systembetrieb oder einer verringerten Immunität gegenüber elektromagnetischen Feldern wie elektrostatischer Entladung oder elektrischer Entladung führen schnelle transiente Impulsgruppen, Blitzeinschläge, Überspannungen, leitungsgebundene Störungen, abgestrahlte Störungen und abgestrahlte elektromagnetische Felder.
