Skema Desain Kompatibilitas Elektromagnetik untuk Catu Daya Pengalih Frekuensi Tinggi
Jika masalah interferensi elektromagnetik (EMI) yang ada pada catu daya switching frekuensi tinggi itu sendiri tidak ditangani dengan baik, tidak hanya mudah menyebabkan polusi pada jaringan listrik, yang secara langsung mempengaruhi pengoperasian normal peralatan listrik lainnya, tetapi juga mudah untuk membentuk polusi elektromagnetik di ruang masuk, yang mengakibatkan masalah kompatibilitas elektromagnetik (EMC) pada catu daya switching frekuensi tinggi. Artikel ini berfokus pada analisis interferensi elektromagnetik yang melebihi standar pada modul catu daya switching frekuensi tinggi 1200W (24V/50A) yang digunakan pada layar catu daya sinyal kereta api, dan mengusulkan langkah-langkah perbaikan.
Gangguan elektromagnetik yang ditimbulkan oleh catu daya switching frekuensi tinggi dapat dibagi menjadi dua kategori: gangguan terkonduksi dan gangguan terpancar. Gangguan yang dilakukan merambat melalui sumber listrik AC dengan frekuensi di bawah 30MHz; Gangguan radiasi merambat melalui ruang, dengan frekuensi berkisar antara 30 hingga 1000MHz.
Analisis Sumber Gangguan Elektromagnetik pada Catu Daya Switching Frekuensi Tinggi
Switching power transistor bekerja dalam keadaan konduksi dan cutoff frekuensi tinggi. Untuk mengurangi kerugian peralihan, meningkatkan kepadatan daya dan efisiensi keseluruhan, kecepatan pembukaan dan penutupan transistor sakelar menjadi semakin cepat, biasanya dalam beberapa mikrodetik. Transistor sakelar membuka dan menutup pada kecepatan ini, membentuk tegangan lonjakan dan arus lonjakan, yang akan menghasilkan harmonik puncak frekuensi tinggi dan tegangan tinggi serta interferensi elektromagnetik pada saluran masukan ruang dan AC.
Pada saat yang sama ketika transformator frekuensi tinggi T1 melakukan transformasi daya, ia menghasilkan medan elektromagnetik bolak-balik, memancarkan gelombang elektromagnetik ke luar angkasa, membentuk gangguan radiasi. Induktansi dan kapasitansi terdistribusi dari transformator menghasilkan osilasi, yang digabungkan ke rangkaian input AC melalui kapasitansi terdistribusi antara tahap primer transformator, membentuk gangguan konduktif.
Ketika tegangan keluaran relatif rendah, dioda penyearah keluaran beroperasi dalam keadaan peralihan frekuensi tinggi dan juga merupakan sumber interferensi elektromagnetik.
Karena induktansi parasit dan kapasitansi persimpangan dari kabel dioda, serta pengaruh arus pemulihan balik, ia beroperasi pada tingkat perubahan tegangan dan arus yang tinggi. Semakin lama waktu pemulihan balik dioda, semakin besar dampak arus puncak, dan semakin kuat sinyal gangguan, sehingga terjadi osilasi atenuasi frekuensi tinggi, yang merupakan gangguan konduksi mode diferensial.
Semua sinyal elektromagnetik yang dihasilkan ditransmisikan ke sumber daya eksternal melalui kabel logam seperti saluran listrik, saluran sinyal, dan kabel ground, sehingga membentuk gangguan konduktif. Gangguan terpancar disebabkan oleh sinyal interferensi yang dipancarkan melalui kabel dan perangkat atau melalui kabel interkoneksi yang berfungsi sebagai antena.
3. Desain Kompatibilitas Elektromagnetik untuk Gangguan Elektromagnetik Catu Daya Pengalih Frekuensi Tinggi
Tambahkan filter daya di pintu masuk catu daya switching untuk menekan harmonik tingkat tinggi yang dihasilkan oleh catu daya switching.
Menambahkan cincin magnet ferit ke saluran listrik masukan dan keluaran dapat menekan mode umum frekuensi tinggi dalam saluran listrik dan mengurangi energi gangguan yang dipancarkan melalui saluran listrik.
Saluran listrik harus sedekat mungkin dengan kabel ground untuk mengurangi area loop radiasi mode diferensial; Rutekan saluran listrik AC masukan dan saluran listrik DC keluaran secara terpisah untuk mengurangi sambungan elektromagnetik antara masukan dan keluaran; Jalur sinyal harus dialihkan jauh dari kabel listrik, dekat dengan kabel ground, dan tidak terlalu panjang untuk mengurangi area loop pada rangkaian; Lebar garis pada papan PCB tidak boleh berubah secara tiba-tiba, dan sudut-sudutnya harus ditransisikan dengan busur, sebisa mungkin hindari sudut siku-siku atau sudut tajam.
Pasang kapasitor decoupling pada chip dan tabung sakelar MOS sedekat mungkin dengan pin daya dan ground yang sejajar dengan perangkat.
Karena adanya Ldi/dt pada kabel ground, papan PCB dan sasis dihubungkan secara tidak langsung oleh pilar tembaga. Bagi yang tidak cocok untuk sambungan pilar tembaga, digunakan kabel yang lebih tebal dan diarde di dekatnya.
Tambahkan rangkaian serapan RC di kedua ujung tabung sakelar dan dioda penyearah keluaran untuk menyerap tegangan lonjakan.
