Cómo suprimir EMI en fuentes de alimentación conmutadas
Comprenda la tecnología de supresión de interferencias electromagnéticas de estas fuentes de alimentación conmutadas para obtener el doble de resultado con la mitad de esfuerzo.
La compatibilidad electromagnética (EMC) se refiere a la capacidad de los equipos o sistemas electrónicos para funcionar normalmente en su entorno electromagnético sin causar perturbaciones electromagnéticas intolerables a nada en el entorno. Incluye dos aspectos: interferencia electromagnética (EMI) y sensibilidad electromagnética (EMS). EMI se refiere a la interferencia emitida por productos eléctricos. EMS se refiere a la capacidad de los productos eléctricos para resistir interferencias electromagnéticas. Un dispositivo con buena compatibilidad electromagnética no debería verse afectado por el ruido electromagnético circundante ni causar interferencias electromagnéticas en el entorno circundante. Los tres elementos de la interferencia electromagnética son las fuentes de interferencia, los canales de acoplamiento y los cuerpos sensibles. La supresión de las interferencias generadas por las fuentes de alimentación conmutadas es de gran importancia para garantizar el funcionamiento normal y estable de los sistemas electrónicos. La tecnología de supresión de interferencias electromagnéticas incluye principalmente debilitar la energía de la interferencia, aislar y debilitar la ruta de acoplamiento del ruido y mejorar la resistencia del equipo a las perturbaciones electromagnéticas. Este artículo analiza las causas de la interferencia electromagnética en las fuentes de alimentación conmutadas y presenta la tecnología de supresión de interferencias electromagnéticas y los métodos de diseño de las fuentes de alimentación conmutadas.
La generación de interferencias electromagnéticas en la fuente de alimentación conmutada.
La fuente de alimentación conmutada generalmente rectifica la corriente alterna de frecuencia industrial en corriente continua y luego la convierte en alta frecuencia mediante el control del tubo de conmutación y luego la emite a través del circuito de rectificación y filtrado para obtener un voltaje de CC estable. La rectificación y filtrado de frecuencia eléctrica utiliza condensadores de gran capacidad para cargar y descargar, los tubos de conmutación se encienden y apagan a altas frecuencias y la recuperación inversa de los diodos rectificadores de salida produce di/dt y du/dt extremadamente altos, formando una fuerte sobrecorriente. Y el voltaje máximo, que es la causa más básica de interferencia electromagnética en las fuentes de alimentación conmutadas. Además, la forma de onda impulsora del tubo de conmutación y la forma de onda de la fuente de drenaje del MOSFET son todas ondas periódicas cercanas a la forma de onda rectangular. Por lo tanto, su frecuencia está en el nivel de MHz, y estas señales de alta frecuencia causan interferencias en las señales básicas de la fuente de alimentación conmutada, especialmente las señales del circuito de control, y se propagan a través de líneas eléctricas, cables de tierra, aire, etc. , puede causar interferencias en los equipos electrónicos y sistemas de comunicación circundantes, afectando su funcionamiento normal. A continuación se detallan las causas de las interferencias.
Interferencia armónica del circuito rectificador de entrada.
El extremo de entrada de la fuente de alimentación conmutada generalmente utiliza un puente rectificador y un circuito de filtro de condensador. El puente rectificador solo se puede encender cuando el voltaje pulsante excede el voltaje en el capacitor del filtro de entrada, y la corriente ingresa desde la fuente de alimentación principal y carga el capacitor del filtro. Una vez que el voltaje en el condensador del filtro es mayor que el voltaje instantáneo de la fuente de alimentación principal, el rectificador se corta. Por lo tanto, la corriente de entrada al circuito es pulsada y tiene abundantes corrientes armónicas de alta eficiencia. Esto se debe a las características no lineales del circuito rectificador y a que la corriente en el lado de CA del puente rectificador está gravemente distorsionada.
El orden armónico en el lado de CC es n veces. Por lo tanto, la corriente armónica de alta frecuencia en el lado de CC del circuito rectificador no solo hace que el circuito genere energía y aumenta la potencia reactiva del circuito, sino que también los armónicos de alta frecuencia causarán interferencias de conducción e interferencias de radiación a lo largo de la línea de transmisión. .
Interferencia causada por circuitos de conmutación.
El circuito de conmutación desempeña un papel clave en el suministro de energía conmutada y también es una de las principales fuentes de interferencias. La carga del tubo de conmutación es la bobina primaria del transformador de alta frecuencia, que es una carga inductiva. En el momento del encendido, la bobina primaria genera una gran corriente de irrupción y aparece un voltaje pico alto en ambos extremos de la bobina primaria; en el momento del apagado, parte de la energía no fluye desde la bobina primaria debido al flujo de fuga de la bobina primaria. Transmitida a la bobina secundaria, esta parte de la energía almacenada en el inductor formará una oscilación atenuada con un pico con la capacitancia y resistencia en el circuito colector, que se superpondrá al voltaje de apagado para formar un voltaje de apagado. espiga. Si la amplitud del pico es lo suficientemente alta, es muy probable que el tubo del interruptor se rompa.
Medidas para reprimirInterferencia electromagnética
Hay dos formas de interferencia electromagnética en las fuentes de alimentación conmutadas: interferencia de modo común e interferencia de modo diferencial. Según las fuentes de interferencia electromagnética analizadas anteriormente, combinadas con sus rutas de acoplamiento, la interferencia se puede suprimir desde varios aspectos, como filtros EMI, circuitos de absorción, conexión a tierra y blindaje, y la interferencia electromagnética se puede atenuar dentro del límite permitido.Para suprimir eficazmente los problemas de EMI en las fuentes de alimentación conmutadas, se pueden adoptar algunos métodos de supresión comunes:
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Diseño de filtro: agregue filtros adecuados (filtro de condensador, filtro de inductor, filtro LC, etc.) a los extremos de entrada y salida de la fuente de alimentación conmutada.
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Diseño del cable de tierra: la conexión correcta del cable de tierra mejora la capacidad antiinterferente del sistema
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Diseño de blindaje: utilice materiales de blindaje para envolver piezas clave
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Utilice materiales magnéticos: utilice materiales magnéticos (ferrita, ferrita de níquel-zinc, etc.) alrededor del transformador y el inductor de la fuente de alimentación conmutada.
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Análisis y optimización del espectro: a través del análisis del espectro, podemos comprender las principales frecuencias y componentes armónicos generados en la fuente de alimentación conmutada, optimizar el diseño del circuito de manera específica y reducir el nivel de EMI en bandas de frecuencia específicas.
entrada de CAfiltro EMI
El filtrado es un método para suprimir la interferencia conducida. Conectar un filtro al extremo de entrada de la fuente de alimentación puede evitar que el ruido de la red eléctrica dañe la propia fuente de alimentación. También puede suprimir las interferencias generadas por la fuente de alimentación conmutada y devueltas a la red eléctrica. Como unidad importante para suprimir las interferencias conducidas en las líneas eléctricas, los filtros de potencia desempeñan un papel extremadamente importante en el diseño de compatibilidad electromagnética de equipos o sistemas. El extremo de entrada de energía generalmente utiliza un circuito de filtro EMI como se muestra en la Figura 1. Este circuito puede suprimir eficazmente el acoso en modo diferencial de baja frecuencia y el acoso en modo común de alta frecuencia en el extremo de entrada de la fuente de alimentación de CA. En el circuito, los condensadores de modo diferencial Cx1, Cx2 (también llamados. Los condensadores de modo común Cy1 y Cy2 (también llamados condensadores Y) con la conexión intermedia conectada a tierra se utilizan para cortocircuitar la corriente de ruido de modo común, y el rango de valores suele ser C1 = C2 # 2 200 pF. Los inductores de supresión L1 y L2 suelen ser 100 ~ 130 H. El inductor de modo común L está compuesto por dos bobinas idénticas enrolladas en un núcleo magnético en la misma dirección. Por lo general, se requiere que sea de 15 a 25 mH. Cuando la corriente de carga fluye a través del estrangulador de modo común, las líneas de fuerza magnéticas generadas por las bobinas conectadas en serie en la línea viva y las líneas de fuerza magnéticas generadas por las bobinas conectadas en serie. en la línea neutra están en direcciones opuestas y se cancelan entre sí en el núcleo magnético. Por lo tanto, el núcleo no se saturará incluso con grandes corrientes de carga. En cuanto a la corriente de interferencia de modo común, los campos magnéticos generados por las dos bobinas. están en la misma dirección y exhibirán una gran inductancia, atenuando así la señal de interferencia de modo común.
El tamaño de las fuentes de alimentación conmutadas es cada vez más pequeño y la densidad de potencia es cada vez mayor. Los problemas EMI/EMC se han convertido en un factor clave en la estabilidad de las fuentes de alimentación conmutadas y han atraído cada vez más atención. Existen muchas estrategias de control de compatibilidad electromagnética y soluciones de tecnología de control para fuentes de alimentación conmutadas, como supresión de canales de transmisión de interferencias, separación de espacio, separación de tiempo, gestión de frecuencia, aislamiento eléctrico, etc. En el diseño de fuentes de alimentación conmutadas, sólo por La aplicación integral de varias tecnologías de supresión de interferencias electromagnéticas puede mejorar de manera efectiva la compatibilidad electromagnética de las fuentes de alimentación conmutadas y satisfacer verdaderamente las necesidades de diversas ocasiones.
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