Характеристики импульсного источника питания и механизм генерации электромагнитных помех
Существует четыре основные характеристики импульсных источников питания:
① Местоположение относительно ясное. В основном сосредоточено на силовых коммутационных устройствах, диодах, подключенных радиаторах и высокочастотных трансформаторах;
② Устройство преобразования энергии работает во включенном/выключенном состоянии. В связи с тем, что импульсный источник питания представляет собой устройство преобразования энергии, работающее в коммутационном состоянии, скорости изменения его напряжения и тока высоки, что приводит к значительной интенсивности помех;
③ Подключение силовых печатных плат (PCB) обычно выполняется вручную. Такое расположение делает его весьма произвольным, что увеличивает сложность извлечения параметров распределения печатных плат, а также прогнозирования и оценки помех ближнего поля;
④ Частота переключения велика: от десятков тысяч Гц до нескольких мегагерц. Основными видами помех являются кондуктивные помехи и помехи ближнего поля.
Механизм генерации электромагнитных помех
Электромагнитные помехи, создаваемые коммутационными цепями
Схема переключения является ядром импульсного источника питания и состоит в основном из переключающих ламп и высокочастотных трансформаторов. Генерируемый им dv/dt представляет собой импульс большой амплитуды, широкой полосы частот и богатых гармоник. Основные причины возникновения таких импульсных помех двояки: с одной стороны, нагрузкой трубки переключателя является первичная обмотка высокочастотного трансформатора, являющаяся индуктивной нагрузкой. В момент включения трубки переключателя первичная катушка генерирует большой импульсный ток, и на обоих концах первичной катушки появляется высокое пиковое напряжение; В момент отключения трубки переключателя из-за потока рассеяния первичной обмотки часть энергии не передается от первичной обмотки к вторичной. Энергия, запасенная в индукторе, вместе с емкостью и сопротивлением в коллекторной цепи образует затухающие колебания с всплесками, которые будут накладываться на напряжение выключения, образуя всплеск напряжения выключения. Этот тип прерывания напряжения источника питания будет генерировать тот же переходный ток намагничивания, что и при подключении первичной катушки, и этот шум будет передаваться на входные и выходные клеммы, образуя кондуктивные помехи. С другой стороны, высокочастотная токовая петля переключения, состоящая из первичной катушки, переключающей трубки и фильтрующего конденсатора импульсного трансформатора, может генерировать значительное пространственное излучение, образуя радиационные помехи.
Помехи, вызванные временем обратного восстановления диода в цепи высокочастотного выпрямителя, вызваны большим прямым током, протекающим через выпрямительный диод во время прямой проводимости. При его выключении из-за напряжения обратного смещения, вследствие накопления большего количества носителей в PN переходе, ток будет течь в противоположном направлении в течение периода до исчезновения носителей, вызывая резкое уменьшение обратного тока восстановления носители исчезают, вызывая значительное изменение тока (di/dt).
Меры по подавлению электромагнитных помех
Тремя элементами, которые формируют электромагнитные помехи, являются источник помех, путь распространения и оборудование, нарушающее помехи. Следовательно, подавление электромагнитных помех должно осуществляться с учетом этих трех аспектов.
Цель состоит в том, чтобы подавить источники помех, устранить связь и излучение между источниками помех и нарушенным оборудованием, улучшить помехоустойчивость оборудования, работающего в режиме помех, и тем самым улучшить характеристики электромагнитной совместимости импульсных источников питания.
Использование фильтров для подавления электромагнитных помех
Фильтрация является важным методом подавления электромагнитных помех, который позволяет эффективно подавлять электромагнитные помехи, попадающие в оборудование в электросети, а также подавлять электромагнитные помехи, попадающие в электросеть внутри оборудования. Установка импульсного фильтра питания во входных и выходных цепях импульсного источника питания может не только решить проблему кондуктивных помех, но и стать важным средством решения радиационных помех. Технология подавления фильтрации делится на два метода: пассивная фильтрация и активная фильтрация.
Технология пассивной фильтрации
Схемы пассивной фильтрации просты, экономичны и надежны, что делает их эффективным способом подавления электромагнитных помех. Пассивные фильтры состоят из компонентов индуктивности, емкости и сопротивления, и их прямая функция заключается в устранении кондуктивных выбросов.
Из-за большой емкости фильтрующего конденсатора в исходной схеме питания в схеме выпрямителя возникают импульсные пиковые токи, состоящие из большого количества токов высших гармоник и вызывающие помехи в электросети; Кроме того, проводимость или замыкание трубки переключателя в цепи, а также первичной обмотки трансформатора будет генерировать пульсирующий ток. Из-за высокой скорости изменения тока в окружающих цепях генерируются наведенные токи различной частоты, в том числе сигналы дифференциальных и синфазных помех. Эти сигналы помех могут передаваться на другие линии электросети и создавать помехи другим электронным устройствам через две линии электропередачи. Часть фильтрации дифференциального режима, показанная на рисунке, может уменьшить сигналы помех дифференциального режима внутри импульсного источника питания, а также значительно ослабить сигналы электромагнитных помех, генерируемые самим оборудованием во время работы, и передать их в электросеть. По закону электромагнитной индукции получается E-Ldi/dt, где E — падение напряжения на обоих концах L, L — индуктивность, а di/dt — скорость изменения тока. Очевидно, что чем меньше скорость изменения тока, тем большая требуемая индуктивность.
