Введение в электромагнитную совместимость импульсных источников питания
Причины проблем электромагнитной совместимости, вызванные импульсными источниками питания, работающими в условиях высокого напряжения и высокого тока, довольно сложны. Что касается электромагнитных свойств всей машины, то в основном существует несколько типов: связь по общему сопротивлению, связь между линиями, связь по электрическому полю, связь по магнитному полю и связь по электромагнитным волнам. Связь по общему сопротивлению в основном относится к общему полному сопротивлению между источником помех и возмущаемым объектом электрически, через которое сигнал возмущения поступает в возмущаемый объект. Соединение между линиями в основном относится к взаимному соединению между проводами или проводами печатной платы, которые генерируют напряжение и ток помех из-за параллельного подключения. Связь электрического поля обусловлена главным образом наличием разности потенциалов, которая создает наведенную связь электрического поля на возмущённом теле. Связь магнитного поля в основном относится к связи низкочастотных магнитных полей, генерируемых вблизи сильноточных импульсных линий электропередачи, с объектами помех. Связь с электромагнитным полем в основном происходит из-за высокочастотных электромагнитных волн, генерируемых пульсирующим напряжением или током, излучаемым наружу через пространство, что приводит к соединению с соответствующим возмущенным телом. На самом деле, каждый метод сцепления нельзя строго различить, только с разной направленностью.
В импульсном источнике питания главный силовой ключ работает в режиме высокочастотного переключения при высоком напряжении, а коммутируемое напряжение и ток близки к меандру. Из анализа спектра известно, что сигналы прямоугольной формы содержат большое количество гармоник высокого порядка. Спектр этой гармоники высшего порядка может более чем в 1000 раз превышать частоту прямоугольной волны. В то же время из-за индуктивности рассеяния и распределенной емкости силового трансформатора, а также неидеального рабочего состояния главного силового коммутационного устройства часто при включении или выключается на высоких частотах. Гармоники высокого порядка, генерируемые этим гармоническим колебанием, передаются во внутреннюю цепь через распределенную емкость между трубкой переключателя и радиатором или излучаются в пространство через радиатор и трансформатор. Переключающие диоды, используемые для выпрямления и продолжения, также являются важной причиной высокочастотных помех. Благодаря высокочастотному коммутационному состоянию выпрямителя и обратных диодов, наличие паразитной индуктивности и емкости перехода в выводах диодов, а также влияние обратного восстанавливающегося тока обуславливают их работу при высоких скоростях изменения напряжения и тока, и генерировать высокочастотные колебания. Выпрямительные и обратные диоды обычно располагаются близко к выходной линии питания, и создаваемые ими высокочастотные помехи с наибольшей вероятностью передаются через выходную линию постоянного тока. Чтобы улучшить коэффициент мощности, в импульсных источниках питания используются схемы активной коррекции коэффициента мощности. В то же время для повышения эффективности и надежности схемы и снижения электрического напряжения силовых устройств было принято большое количество технологий плавного переключения. Среди них наиболее широко используется технология переключения с нулевым напряжением, нулевым током или нулевым напряжением/нулевым током. Эта технология значительно снижает электромагнитные помехи, создаваемые коммутационными устройствами. Однако в большинстве схем поглощения без потерь с мягким переключателем для передачи энергии используются L и C, используя однонаправленную проводимость диодов для достижения однонаправленного преобразования энергии. Поэтому диоды в этом резонансном контуре становятся основным источником электромагнитных помех.
В импульсных источниках питания обычно используются накопительные индукторы и конденсаторы для формирования цепей фильтрации L и C, обеспечивающие фильтрацию сигналов дифференциальных и синфазных помех. Из-за распределенной емкости катушки индуктивности собственная резонансная частота катушки индуктивности снижается, что приводит к тому, что большое количество высокочастотных сигналов помех проходит через катушку индуктивности и распространяется наружу вдоль линии питания переменного тока или выходной линии постоянного тока. По мере увеличения частоты сигнала помехи в конденсаторе фильтра влияние индуктивности выводов приводит к постоянному уменьшению емкости и фильтрующему эффекту и даже к изменению параметров конденсатора, что также является причиной возникновения электромагнитных помех.
