Entwurfsschema zur elektromagnetischen Verträglichkeit für Hochfrequenz-Schaltnetzteile
Wenn das Problem der elektromagnetischen Interferenz (EMI), das im Hochfrequenz-Schaltnetzteil selbst besteht, nicht ordnungsgemäß behandelt wird, kann es nicht nur leicht zu einer Verschmutzung des Stromnetzes kommen, die sich direkt auf den normalen Betrieb anderer elektrischer Geräte auswirkt, sondern auch leicht verursachen elektromagnetische Verschmutzung im einströmenden Raum, was zum Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des Hochfrequenz-Schaltnetzteils führt. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Analyse elektromagnetischer Störungen, die über den Standard hinausgehen, im Hochfrequenz-Schaltnetzteilmodul mit 1200 W (24 V/50 A), das in Signalstromversorgungsbildschirmen für Eisenbahnen verwendet wird, und schlägt Verbesserungsmaßnahmen vor.
Die von Hochfrequenz-Schaltnetzteilen erzeugten elektromagnetischen Störungen lassen sich in zwei Kategorien einteilen: leitungsgebundene Störungen und abgestrahlte Störungen. Leitungsgebundene Störungen breiten sich über Wechselstromquellen mit Frequenzen unter 30 MHz aus; Strahlungsstörungen breiten sich im Weltraum aus, mit Frequenzen zwischen 30 und 1000 MHz.
Analyse elektromagnetischer Störquellen in Hochfrequenz-Schaltnetzteilen
Schaltende Leistungstransistoren arbeiten in Hochfrequenz-Leitungs- und Sperrzuständen. Um Schaltverluste zu reduzieren, die Leistungsdichte und den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern, wird die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Schalttransistors immer schneller, normalerweise in wenigen Mikrosekunden. Der Schalttransistor öffnet und schließt mit dieser Geschwindigkeit und erzeugt Stoßspannungen und Stoßströme, die Hochfrequenz- und Hochspannungsoberschwingungen sowie elektromagnetische Störungen im Weltraum und auf Wechselstromeingangsleitungen erzeugen.
Gleichzeitig mit der Leistungsumwandlung erzeugt der Hochfrequenztransformator T1 elektromagnetische Wechselfelder, die elektromagnetische Wellen in den Weltraum abstrahlen und so Strahlungsstörungen erzeugen. Die verteilte Induktivität und Kapazität des Transformators erzeugen Schwingungen, die über die verteilte Kapazität zwischen den Primärstufen des Transformators an den Wechselstrom-Eingangskreis gekoppelt werden und Leitungsstörungen bilden.
Bei relativ niedriger Ausgangsspannung arbeitet die Ausgangsgleichrichterdiode in einem hochfrequenten Schaltzustand und ist zudem eine Quelle elektromagnetischer Störungen.
Aufgrund der parasitären Induktivität und Sperrschichtkapazität der Diodenleitung sowie des Einflusses des Sperrverzögerungsstroms arbeitet sie mit hohen Spannungs- und Stromänderungsgeschwindigkeiten. Je länger die Sperrverzögerungszeit der Diode ist, desto größer ist der Einfluss des Spitzenstroms und desto stärker ist das Störsignal, was zu einer hochfrequenten Dämpfungsschwingung führt, bei der es sich um eine Leitungsstörung im Differenzmodus handelt.
Alle erzeugten elektromagnetischen Signale werden über Metalldrähte wie Stromleitungen, Signalleitungen und Erdungsdrähte an externe Stromquellen übertragen und bilden Leitungsstörungen. Strahlungsstörungen werden durch Interferenzsignale verursacht, die durch Leitungen und Geräte oder durch Verbindungsleitungen, die als Antennen fungieren, abgestrahlt werden.
3. Elektromagnetisches Kompatibilitätsdesign für elektromagnetische Störungen von Hochfrequenz-Schaltnetzteilen
Fügen Sie am Eingang des Schaltnetzteils einen Netzfilter hinzu, um die vom Schaltnetzteil erzeugten Oberwellen höherer Ordnung zu unterdrücken.
Durch das Hinzufügen von Ferrit-Magnetringen zu den Eingangs- und Ausgangsstromleitungen kann der Hochfrequenz-Gleichtakt innerhalb der Stromleitungen unterdrückt und die durch die Stromleitungen abgestrahlte Störenergie reduziert werden.
Die Stromleitung sollte so nah wie möglich am Erdungskabel liegen, um die Schleifenfläche der Gegentaktstrahlung zu reduzieren; Verlegen Sie die Eingangs-Wechselstromleitung und die Ausgangs-Gleichstromleitung getrennt, um die elektromagnetische Kopplung zwischen Eingang und Ausgang zu reduzieren. Die Signalleitung sollte von der Stromleitung entfernt, in der Nähe des Erdungskabels verlegt werden und nicht zu lang sein, um die Schleifenfläche des Stromkreises zu verringern. Die Breite der Linien auf der Leiterplatte sollte sich nicht abrupt ändern und die Ecken sollten mit Bögen überzogen werden, wobei rechte Winkel oder scharfe Ecken so weit wie möglich vermieden werden sollten.
Installieren Sie Entkopplungskondensatoren auf dem Chip und den MOS-Schaltröhren so nah wie möglich an den Strom- und Erdungsstiften parallel zum Gerät.
Aufgrund des Vorhandenseins von Ldi/dt im Erdungskabel sind Leiterplatte und Gehäuse indirekt über Kupfersäulen verbunden. Für diejenigen, die nicht für den Kupfersäulenanschluss geeignet sind, werden dickere Drähte verwendet und in der Nähe geerdet.
Fügen Sie an beiden Enden der Schaltröhre und der Ausgangsgleichrichterdiode RC-Absorptionskreise hinzu, um Stoßspannungen zu absorbieren.
