Analyse der Ursachen elektromagnetischer Störungen in der Stromversorgung
Schaltnetzteile können je nach Hauptstromkreistyp in Vollbrücken-, Halbbrücken-, Gegentakt- und andere Typen unterteilt werden. Unabhängig von der Art des Schaltnetzteils erzeugt es jedoch im Betrieb starke Geräusche. Sie leiten im Gleich- oder Differenzmodus über Stromleitungen nach außen und strahlen gleichzeitig in den umgebenden Raum ab. Schaltnetzteile reagieren außerdem empfindlich auf externe Störungen aus dem Stromnetz und übertragen diese an andere elektronische Geräte, wodurch Störungen entstehen.
Nachdem der Wechselstrom in das Schaltnetzteil eingegeben wurde, wird der Brückengleichrichter V1-V4 in eine Gleichspannung Vi umgewandelt und an die Primärwicklung L1 und den Schalter V5 des Hochfrequenztransformators angelegt. Der Basiseingang der Schaltröhre V5 ist eine hochfrequente Rechteckwelle im Bereich von mehreren zehn bis Hunderten von kHz, und ihre Wiederholungsfrequenz und ihr Arbeitszyklus werden durch die Anforderungen der Ausgangsgleichspannung VO bestimmt. Der von der Schaltröhre verstärkte Impulsstrom wird über einen Hochfrequenztransformator in den Sekundärkreis eingekoppelt. Das Verhältnis der ersten Windung eines Hochfrequenztransformators wird auch durch die Anforderungen an die Ausgangsgleichspannung VO bestimmt. Der hochfrequente Impulsstrom wird von der Diode V6 gleichgerichtet und von C2 gefiltert, um eine DC-Ausgangsspannung VO zu bilden. Daher erzeugt das Schaltnetzteil in den folgenden Aspekten Rauschen und elektromagnetische Störungen.
(1) Die Hochfrequenz-Schaltstromschleife, bestehend aus der Primärwicklung L1 des Hochfrequenztransformators, der Schaltröhre V5 und dem Filterkondensator C1, kann erhebliche räumliche Strahlung erzeugen. Wenn die Kondensatorfilterung nicht ausreicht, wird hochfrequenter Strom auch im Differentialmodus an die Eingangs-Wechselstromversorgung übertragen.
(2) Die Sekundärseite L2 des Hochfrequenztransformators, die Gleichrichterdiode V6 und der Filterkondensator C2 bilden auch die Hochfrequenz-Schaltstromschleife, die räumliche Strahlung erzeugt. Reicht die Kondensatorfilterung nicht aus, wird der Hochfrequenzstrom im Differenzbetrieb mit der Ausgangsgleichspannung gemischt und nach außen geleitet.
(3) Zwischen der Primär- und Sekundärseite des Hochfrequenztransformators befindet sich ein verteilter Kondensator Cd, und die Hochfrequenzspannung der Primärseite wird über diese verteilten Kondensatoren direkt an die Sekundärseite gekoppelt, wodurch Gleichtaktrauschen in derselben Phase erzeugt wird die beiden Ausgangs-Gleichstromleitungen der Sekundärseite. Wenn die Impedanz zweier Drähte zur Erde unsymmetrisch ist, kommt es ebenfalls zu Gegentaktrauschen.
(4) Die Ausgangsgleichrichterdiode V6 erzeugt einen umgekehrten Stoßstrom. Wenn die Diode in Durchlassrichtung leitet, sammelt sich die Ladung im PN-Übergang an. Wenn die Diode eine Sperrspannung anlegt, verschwindet die angesammelte Ladung und es wird ein Sperrstrom erzeugt. Da der Schaltstrom durch eine Diode gleichgerichtet werden muss, ist die Zeit, die die Diode für den Übergang vom Leitungs- in den Sperrzustand benötigt, sehr kurz, und in kurzer Zeit muss die Speicherladung verschwinden, was zu einem Rückstromstoß führt. Aufgrund der verteilten Induktivität, Kapazität und Überspannung in der Gleichstrom-Ausgangsleitung wird eine hochfrequente Dämpfungsschwingung verursacht, bei der es sich um eine Art Gegentaktrauschen handelt.
(5) Die Last der Schaltröhre V5 ist die Primärspule L1 des Hochfrequenztransformators, bei der es sich um eine induktive Last handelt. Wenn der Schalter ein- oder ausgeschaltet wird, entsteht daher an beiden Enden der Röhre eine hohe Spitzenspannung, und dieses Rauschen wird auf die Eingangs- und Ausgangsklemmen übertragen.
(6) Zwischen dem Kollektor der Schaltröhre V5 und dem Kühlkörper K befindet sich eine verteilte Kapazität CI, sodass hochfrequenter Schaltstrom durch CI zum Kühlkörper K, dann zur Gehäusemasse und schließlich zur Schutzerde fließt Die Ader PE der Wechselstromleitung ist mit der Gehäusemasse verbunden und erzeugt dadurch Gleichtaktstrahlung. Die Stromleitungen L und N haben eine bestimmte Impedanz gegenüber PE, und wenn die Impedanz unsymmetrisch ist, kann sich Gleichtaktrauschen auch in Gegentaktrauschen umwandeln.
