Analisis teknologi kontrol EMI pada switching power supply
Dalam tulisan ini, mekanisme EMI dalam switching power supply dianalisis secara rinci, dan serangkaian strategi penekanan EMI dikemukakan, sehingga secara efektif meningkatkan kompatibilitas elektromagnetik dari switching power supply.
Switching power supply adalah sejenis produk elektronika daya yang menggunakan perangkat semikonduktor daya dan mengintegrasikan teknologi konversi daya, teknologi elektromagnetik elektronik, dan teknologi kontrol otomatis. Karena kelebihan konsumsi daya yang rendah, efisiensi tinggi, volume kecil, ringan, kerja stabil, keamanan dan keandalan, dan rentang stabilisasi tegangan yang lebar, ini banyak digunakan di bidang komputer, komunikasi, instrumen elektronik, kontrol otomatis industri, pertahanan negara dan peralatan rumah tangga. Namun, catu daya switching memiliki respons transien yang buruk dan rentan terhadap interferensi elektromagnetik (EMD), dan sinyal EMI menempati rentang frekuensi yang luas dan memiliki amplitudo tertentu. Sinyal EMI ini mencemari lingkungan elektromagnetik melalui konduksi dan radiasi, dan menyebabkan gangguan pada peralatan komunikasi dan instrumen elektronik, sehingga membatasi penggunaan peralihan catu daya sampai batas tertentu.
1 peralihan catu daya menyebabkan interferensi elektromagnetik
Interferensi Elektromagnetik (EMI) adalah sejenis kerusakan kinerja sistem atau subsistem elektronik yang disebabkan oleh gangguan elektromagnetik yang tidak terduga. Terdiri dari tiga elemen dasar: sumber interferensi, yaitu peralatan yang menghasilkan energi interferensi elektromagnetik; Saluran kopling, yaitu saluran atau media transmisi interferensi elektromagnetik; Peralatan sensitif, yaitu perangkat, perlengkapan, subsistem atau sistem yang rusak akibat interferensi elektromagnetik. Berdasarkan hal tersebut, tindakan dasar untuk mengendalikan interferensi elektromagnetik adalah: menekan sumber interferensi, memutus jalur bencana, mengurangi respon peralatan sensitif terhadap interferensi atau meningkatkan tingkat sensitivitas elektromagnetik.
Menurut prinsip kerja switching power supply, diketahui bahwa switching power supply terlebih dahulu menyearahkan arus bolak-balik frekuensi daya menjadi arus searah, kemudian mengubahnya menjadi arus bolak-balik frekuensi tinggi, dan terakhir mengeluarkannya melalui penyearah dan penyaringan untuk mendapatkan tegangan arus searah yang stabil. . Di sirkuit, triode daya dan dioda terutama bekerja dalam keadaan switching, dan bekerja dalam urutan mikrodetik; Ketika trioda dan dioda dihidupkan dan dimatikan, arus berubah secara signifikan selama waktu naik dan turun, sehingga mudah menghasilkan energi frekuensi radio dan membentuk sumber interferensi. Pada saat yang sama, kebocoran induktansi transformator dan puncak yang disebabkan oleh arus pemulihan balik dioda keluaran juga akan membentuk potensi interferensi elektromagnetik.
Switching power supply biasanya bekerja pada frekuensi tinggi, dan frekuensinya di atas 02 kHz, sehingga kapasitansi terdistribusinya tidak dapat diabaikan. Di satu sisi, lembaran insulasi antara unit pendingin dan kolektor tabung sakelar memiliki area kontak yang besar dan lembaran insulasi yang tipis, sehingga kapasitansi terdistribusi di antara keduanya tidak dapat diabaikan pada frekuensi tinggi, dan arus frekuensi tinggi akan terjadi. mengalir ke unit pendingin melalui kapasitansi terdistribusi dan kemudian ke ground sasis, sehingga menimbulkan interferensi mode umum; Di sisi lain, terdapat kapasitansi terdistribusi antara tahap primer transformator pulsa, yang dapat secara langsung memadukan tegangan belitan primer ke belitan sekunder dan menghasilkan interferensi mode umum pada dua saluran listrik dengan keluaran DC dari belitan sekunder. lekok.
Oleh karena itu, sumber interferensi dalam catu daya switching terutama terkonsentrasi pada komponen seperti tabung switching, dioda dan transformator frekuensi tinggi, serta rangkaian input AC dan output rektifikasi.
2 Tindakan untuk menekan interferensi elektromagnetik pada peralihan catu daya
Biasanya, kontrol EMI pada peralihan catu daya terutama mengadopsi teknologi penyaringan, teknologi pelindung, teknologi penyegelan, dan teknologi pentanahan. Interferensi EMI dapat dibagi menjadi interferensi konduksi dan interferensi radiasi sesuai dengan jalur transmisinya. Peralihan catu daya terutama menimbulkan interferensi, dan rentang frekuensinya paling lebar, sekitar 10kHz-30MHz. Penanggulangan untuk menekan interferensi yang terjadi pada dasarnya diselesaikan dalam tiga pita frekuensi: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz dan lebih tinggi. Interferensi normal terutama terjadi pada kisaran 10kHz hingga 150kHz, yang umumnya diselesaikan dengan filter LC umum. Interferensi mode umum sebagian besar terjadi pada rentang 150kHz-10 MHz, yang biasanya diatasi dengan filter penolakan mode umum. Penanggulangan pita frekuensi di atas 10MHz adalah dengan memperbaiki bentuk filter dan mengambil tindakan pelindung elektromagnetik.
2.1 menggunakan filter EMI masukan AC.
Biasanya, ada dua cara untuk mengirimkan arus interferensi pada konduktor: mode umum dan mode diferensial. Interferensi mode umum adalah interferensi antara fluida pembawa dan bumi: interferensi memiliki besaran dan arah yang sama, dan terjadi antara bumi relatif pada catu daya atau antara garis netral dan bumi. Ini terutama dihasilkan oleh du/dt, dan di/dt juga menghasilkan interferensi mode umum tertentu. Interferensi mode diferensial adalah interferensi antara fluida pembawa: interferensi sama besarnya dan berlawanan arah, dan terdapat di antara garis fasa dan garis netral catu daya dan garis fasa dan garis fasa. Ketika arus interferensi ditransmisikan melalui konduktor, itu dapat muncul dalam mode umum dan mode diferensial. Namun, arus interferensi mode umum hanya dapat mengganggu sinyal yang berguna setelah menjadi arus interferensi mode diferensial.
Ada dua jenis interferensi di atas pada saluran transmisi daya AC, biasanya interferensi mode diferensial frekuensi rendah dan interferensi mode umum frekuensi tinggi. Secara umum, amplitudo interferensi mode diferensial kecil, frekuensinya rendah, dan interferensi yang ditimbulkannya kecil; Interferensi mode umum memiliki amplitudo besar dan frekuensi tinggi, dan juga dapat menghasilkan radiasi melalui kabel, yang menyebabkan interferensi besar. Jika filter EMI yang sesuai digunakan pada ujung masukan catu daya AC, interferensi elektromagnetik dapat ditekan secara efektif. Prinsip dasar filter EMI saluran listrik ditunjukkan pada Gambar 1, di mana kapasitor mode diferensial C1 dan C2 digunakan untuk hubungan pendek arus interferensi mode diferensial, sedangkan kapasitor grounding saluran perantara C3 dan C4 digunakan untuk hubungan pendek. rangkaian arus interferensi mode umum. Kumparan tersedak mode umum terdiri dari dua kumparan dengan ketebalan yang sama dan dililitkan pada inti magnet dengan arah yang sama. Jika kopling magnet antara kedua kumparan sangat dekat, induktansi kebocoran akan sangat kecil, sehingga berdampak buruk pada rentang frekuensi saluran listrik.
Reaktansi modus akan menjadi sangat kecil; Ketika arus beban mengalir melalui common-mode choke, garis-garis medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan-kumparan yang dihubungkan secara seri pada garis fasa berlawanan dengan garis-garis medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan-kumparan yang dihubungkan secara seri pada garis netral, dan garis-garis tersebut saling menghilangkan dalam rangkaian. inti magnetik. Oleh karena itu, meskipun arus beban besar, inti magnet tidak akan jenuh. Untuk arus interferensi mode umum, medan magnet yang dihasilkan oleh kedua kumparan berada pada arah yang sama, yang akan menghasilkan induktansi yang besar, sehingga berperan dalam melemahkan sinyal interferensi mode umum. Di sini, kumparan tersedak mode umum harus terbuat dari bahan magnetik ferit dengan permeabilitas tinggi dan karakteristik frekuensi yang baik.
