Die Ursachen der elektromagnetischen Verträglichkeit durch Schaltnetzteile
Das 24-V-Schaltnetzteil arbeitet im Schaltzustand mit hoher Spannung und hohem Strom, und die Ursachen für elektromagnetische Verträglichkeitsprobleme sind recht komplex. Aus der elektromagnetischen Verträglichkeit der gesamten Maschine gibt es hauptsächlich mehrere Arten von gemeinsamer Impedanzkopplung, Leitungskopplung, elektrischer Feldkopplung und magnetischer Feldkopplung sowie elektromagnetischer Wellenkopplung. Die drei Elemente der elektromagnetischen Verträglichkeit sind: die Störungsquelle, der Ausbreitungsweg und das gestörte Objekt. Gemeinsame Impedanzkopplung ist hauptsächlich die gemeinsame Impedanz zwischen der Quelle und dem Objekt, durch die das Signal in das Objekt gelangen kann. Leitungskopplung bezieht sich hauptsächlich auf die gegenseitige Kopplung von Drähten oder PCB-Leitungen, die aufgrund paralleler Verdrahtung Störspannung und Störstrom erzeugen.
Die elektrische Feldkopplung beruht hauptsächlich auf der Existenz von Potentialunterschieden, und das induzierte elektrische Feld wird mit dem gestörten Objekt gekoppelt. Die magnetische Feldkopplung beruht hauptsächlich auf der Kopplung des niederfrequenten Magnetfelds, das in der Nähe der Impulsstromleitung mit hohem Strom erzeugt wird, mit dem kratzenden Objekt. Die elektromagnetische Feldkopplung beruht hauptsächlich auf der hochfrequenten elektromagnetischen Welle, die durch pulsierende Spannung oder Strom erzeugt wird, die durch den Raum nach außen abgestrahlt wird und das entsprechende gestörte Objekt koppelt. Tatsächlich kann jeder Kopplungsmodus nicht streng unterschieden werden, aber die Betonung ist unterschiedlich.
Bei einem 24-V-Schaltnetzteil arbeitet die Hauptstromschaltröhre in einem Hochfrequenzschaltmodus bei sehr hoher Spannung, und die Schaltspannung und der Schaltstrom liegen nahe an Rechteckwellen. Aus der Spektralanalyse ist bekannt, dass das Rechteckwellensignal reichhaltige Oberwellen enthält und das Spektrum der Oberwellen mehr als das 1000-fache der Rechteckwellenfrequenz erreichen kann. Gleichzeitig treten aufgrund der Streuinduktivität und der verteilten Kapazität des Leistungstransformators und des nicht idealen Betriebszustands des Hauptstromschaltgeräts häufig Hochfrequenz- und Hochspannungsspitzen-Harmonischenschwingungen auf, wenn Hochfrequenz ein- oder ausgeschaltet wird, und die durch diese Harmonischenschwingungen erzeugten Oberwellen werden durch die verteilte Kapazität zwischen der Schaltröhre und dem Strahler in den internen Schaltkreis übertragen oder durch den Strahler und den Transformator in den Raum abgestrahlt.
Dioden, die zur Gleichrichtung und zum Freilauf verwendet werden, sind ebenfalls eine wichtige Ursache für Hochfrequenzstörungen. Da Gleichrichter- und Freilaufdioden im Hochfrequenzschaltzustand arbeiten, arbeiten sie aufgrund der vorhandenen parasitären Leitungsinduktivität, der Sperrschichtkapazität und des Einflusses des Sperrstroms mit einer sehr hohen Spannungs- und Stromänderungsrate und erzeugen Hochfrequenzschwingungen. Da sich Gleichrichter und Freilaufdiode im Allgemeinen in der Nähe der Stromausgangsleitung befinden, können die von ihnen erzeugten Hochfrequenzstörungen leicht über die Gleichstromausgangsleitung übertragen werden.
Um den Leistungsfaktor eines 24-V-Schaltnetzteils zu verbessern, werden aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltungen eingesetzt. Gleichzeitig werden zahlreiche Soft-Switching-Technologien eingesetzt, um die Effizienz und Zuverlässigkeit der Schaltung zu verbessern und die elektrische Belastung der Leistungsgeräte zu verringern. Unter ihnen wird häufig die Nullspannungs-, Nullstrom- oder Nullstromschalttechnologie verwendet. 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 Leitfähigkeit von Dioden, um eine unidirektionale Energieumwandlung zu realisieren. Daher werden die Dioden in diesem Resonanzkreis zu einer Hauptquelle elektromagnetischer Störungen.
In 24-V-Schaltnetzteilen bestehen L- und C-Filterschaltungen im Allgemeinen aus Energiespeicherinduktoren und -kondensatoren, die Differenzial- und Gleichtaktstörsignale filtern und Wechselstrom-Rechteckwellensignale in glatte Gleichstromsignale umwandeln können. Aufgrund der verteilten Kapazität der Induktivität wird die Eigenresonanzfrequenz der Induktivität reduziert, sodass eine große Anzahl hochfrequenter Störsignale die Induktivität durchläuft und sich entlang der Wechselstromleitung oder der Gleichstromausgangsleitung nach außen ausbreitet. Mit zunehmender Frequenz des Störsignals werden die Kapazität und die Filterwirkung des Filterkondensators aufgrund der Wirkung der Leitungsinduktivität kontinuierlich verringert, bis er über der Resonanzfrequenz liegt, seine Funktion vollständig verliert und induktiv wird. Auch die falsche Verwendung von Filterkondensatoren und zu lange Leitungen sind eine Ursache für elektromagnetische Störungen.
Aufgrund der hohen Leistungsdichte und hohen Intelligenz des 24-V-Schaltnetzteils mit MCU-Mikroprozessor ist das Spannungssignal von hoch bis fast tausend Volt so niedrig wie einige Volt. Von hochfrequenten digitalen Signalen bis zu niederfrequenten analogen Signalen ist die Feldverteilung innerhalb des Netzteils ziemlich kompliziert. Eine unangemessene Verdrahtung der Leiterplatte, ein unangemessenes Strukturdesign, eine unangemessene Eingangsfilterung des Netzkabels, eine unangemessene Verdrahtung des Eingangs- und Ausgangsstromkabels und ein unangemessenes Design der CPU und des Erkennungsschaltkreises führen alle zu instabilem Systembetrieb oder verringerter Immunität gegenüber abgestrahlten elektromagnetischen Feldern wie elektrostatischer Entladung, schnellen elektrischen Transienten, Blitzeinschlägen, Überspannungs- und Leitungsstörungen sowie Strahlungsstörungen.
