Desain simulasi EMI peralihan catu daya
Dengan meningkatnya frekuensi switching dan kepadatan daya, lingkungan elektromagnetik di dalam catu daya switching menjadi semakin rumit, dan kompatibilitas elektromagnetiknya telah menjadi fokus utama dan kesulitan utama dalam desain catu daya. Dalam metode desain konvensional, masalah EMC ditangani dengan desain empiris, dan masalah EMC hanya dapat dipertimbangkan pada akhirnya setelah prototipe dibuat. Solusi EMC tradisional hanya dapat menambahkan komponen tambahan, yang dapat mempengaruhi bandwidth loop kontrol asli, yang mengakibatkan kasus terburuk mendesain ulang seluruh sistem dan meningkatkan biaya desain. Untuk menghindari situasi ini, masalah EMC perlu dipertimbangkan dalam proses desain, menganalisis dan memprediksi EMI switching catu daya dengan akurasi tertentu, dan memperbaiki desain sesuai dengan mekanisme interferensi dan distribusinya di setiap pita frekuensi untuk mengurangi tingkat EMI, sehingga mengurangi biaya desain.
2 karakteristik dan klasifikasi EMI catu daya switching
Untuk memprediksi interferensi elektromagnetik yang terjadi pada switching catu daya, perlu dijelaskan mekanisme pembangkitannya dan karakteristik sumber kebisingan. Karena aksi peralihan berkecepatan tinggi dari tabung sakelar daya, laju perubahan tegangan dan arusnya sangat tinggi, dan tepi naik dan turun mengandung harmonisa yang lebih tinggi, sehingga intensitas interferensi elektromagnetiknya besar; Interferensi elektromagnetik dari catu daya switching terutama terkonsentrasi di sekitar dioda, perangkat switching daya, radiator dan transformator frekuensi tinggi yang terhubung dengannya; Karena frekuensi switching dari tabung switching berkisar dari puluhan kHz hingga beberapa MHz, bentuk interferensi dari catu daya switching terutama berupa interferensi konduksi dan interferensi medan dekat. Diantaranya, interferensi yang dilakukan akan disuntikkan ke jaringan listrik melalui jalur perambatan kebisingan dan mengganggu perangkat lain yang terhubung ke jaringan listrik.
Interferensi yang dilakukan pada switching catu daya dapat dibagi menjadi dua kategori.
1) Interferensi Mode Diferensial (DM). Kebisingan DM terutama disebabkan oleh di/dt. Melalui induktansi dan resistansi parasit, ia merambat dalam loop antara kabel hidup dan kabel netral, menghasilkan arus Idm antara kedua kabel, yang tidak membentuk loop dengan kabel ground.
2) gangguan mode umum (CM). Kebisingan CM terutama disebabkan oleh dv/dt. Kapasitansi liar dari PCB merambat dalam loop antara dua saluran listrik dan ground, dan interferensi mengganggu antara saluran dan ground. Arus interferensi mengalir setengahnya pada masing-masing dua saluran, dengan ground sebagai loop bersama. Dalam rangkaian sebenarnya, karena impedansi saluran yang tidak seimbang, interferensi sinyal mode umum akan diubah menjadi interferensi crosstalk yang tidak mudah dihilangkan.
Analisis simulasi EMI pada switching power supply
Secara teoritis, apakah itu simulasi domain waktu atau simulasi domain frekuensi, selama model analisis yang masuk akal ditetapkan, hasil simulasi dapat mencerminkan tingkat kuantisasi EMI sistem dengan tepat.
Metode simulasi domain waktu perlu membuat model rangkaian termasuk semua parameter komponen dalam konverter, menggunakan perangkat lunak PSPICE atau Sabre untuk analisis simulasi, dan menggunakan alat analisis fast Fourier untuk mendapatkan bentuk gelombang spektrum EMI. Metode ini telah diverifikasi dalam analisis kebisingan DM. Namun, karakteristik nonlinier dan parameter liar perangkat semikonduktor seperti MOSFET dan IGBT dalam peralihan catu daya membuat modelnya menjadi sangat rumit, dan topologi rangkaian catu daya peralihan terus berubah saat berfungsi, yang menyebabkan masalah non-konvergensi pada simulasi. Saat mempelajari kebisingan CM, semua parameter elemen parasit harus disertakan. Karena pengaruh parameter parasit, hasil FFT sulit disamakan dengan hasil eksperimen. Konverter daya switching biasanya bekerja dalam rentang konstanta waktu yang besar, terutama mencakup tiga kelompok konstanta waktu: konstanta waktu yang terkait dengan frekuensi dasar terminal keluaran (puluhan ms); Konstanta waktu (puluhan s) terkait dengan frekuensi peralihan elemen peralihan; Konstanta waktu (beberapa ns) berhubungan dengan naik dan turunnya waktu ketika elemen switching dihidupkan atau dimatikan.
Oleh karena itu, dalam simulasi domain waktu, langkah perhitungan yang harus digunakan sangat kecil, dan penyelesaian perhitungannya memerlukan waktu yang lama; Selain itu, hasil yang diperoleh dengan metode domain waktu seringkali tidak dapat dengan jelas menganalisis pengaruh berbagai variabel dalam rangkaian terhadap interferensi, tidak dapat menjelaskan secara mendalam perilaku EMI dari switching catu daya, dan kurang menilai mekanisme EMI, serta tidak dapat memberikan solusi yang jelas untuk mengurangi EMI.
