Běžné problémy při EMI testování spínaných napájecích zdrojů

V současné době přitahuje stále více pozornosti problém elektromagnetické kompatibility elektronických výrobků. Zvláště rozvinuté země světa vytvořily kompletní systém elektromagnetické kompatibility. Zároveň naše země také zakládá an elektromagnetická kompatibilita Systém. Proto realizace Testování EMI produktů je pasem pro vstup na mezinárodní trh. LISUN Testovací systém EMI EMI-9KB plně se setká CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743, FCC, EN55015  a EN55022.

U spínaného zdroje energie, protože spínací trubice a usměrňovací trubice pracují za podmínek vysokého proudu a vysokého napětí, bude produkovat silné elektromagnetické rušení vnějšímu světu, takže emise vodivosti a emise elektromagnetického záření spínaného zdroje jsou větší. obtížnější než jiné produkty. Abychom dosáhli elektromagnetické kompatibility, ale pokud máme jasnou představu o principu elektromagnetického rušení generovaného spínanými zdroji, není obtížné najít vhodná protiopatření ke snížení úrovně vedené emise a úrovně vyzařované emise na vhodnou úroveň pro dosažení elektromagnetické kompatibility. design.

Mechanismus generování a způsob šíření elektromagnetické interference ve spínaném napájení
Hlavní příčinou je vysoký spínací účinek výkonových spínacích zařízení elektromagnetické rušení (EMI) ve spínaných zdrojích. Zvýšení spínací frekvence na jedné straně snižuje velikost a hmotnost napájecího zdroje a vede k závažnějším EMI problémy na druhé straně. Elektromagnetické rušení v spínaných zdrojích se dělí na dva typy: vedené rušení a vyzařované rušení. Obvykle vedené rušení je lépe analyzován a teorie obvodů a matematické znalosti mohou být kombinovány pro studium charakteristik různých komponent v elektromagnetickém rušení; ale pro vyzařované rušení, kvůli komplexnímu účinku různých zdrojů rušení v obvodu, to také zahrnuje teorii elektromagnetického pole, je obtížnější analyzovat. Mechanismus těchto dvou interferencí bude stručně představen níže. Vedené rušení lze rozdělit na rušení v běžném režimu (Common Mode-CM) a rušení v diferenciálním režimu (Differential Mode-DM). Vzhledem k existenci parazitních parametrů a vysokofrekvenčnímu zapínání a vypínání spínacích přístrojů ve spínaném zdroji generuje spínaný zdroj na svém vstupu velké rušení v běžném režimu a rušení v diferenciálním režimu (tj. strana AC sítě).

Rušení běžného režimu (CM).
Když převodník pracuje na vysoké frekvenci, kvůli vysokému dv/dt je vybuzena parazitní kapacita mezi cívkami transformátoru a mezi trubicí spínače a chladičem, což má za následek rušení v součinném režimu.
Podle principu rušení v součinném režimu se v praktických aplikacích často používají následující metody potlačení:
1. Optimalizujte rozmístění součástí obvodu, abyste minimalizovali parazitní a vazební kapacity.
2. Odložte čas zapnutí a vypnutí spínače. To je ale v rozporu s trendem vysokofrekvenčního spínaného napájení.
3. Použijte odlehčovací obvod pro zpomalení rychlosti změny dv/dt.

Interference v diferenciálním režimu (DM).
Proud ve spínacím měniči je spínán vysokou frekvencí, což má za následek vysoké di/dt na vstupních a výstupních filtračních kondenzátorech, to znamená, že rušivé napětí se indukuje na ekvivalentní indukčnosti nebo impedanci filtračního kondenzátoru. V tomto okamžiku dojde k interferenci v diferenciálním režimu. Proto výběr vysoce kvalitních filtračních kondenzátorů (ekvivalentní indukčnost nebo impedance je velmi nízká) může snížit rušení diferenciálního režimu.

Vznik a šíření vyzařovaného rušení
Radiační interference lze dále rozdělit na rušení blízkého pole (vzdálenost mezi bodem měření a zdrojem pole <λ/6 (λ je vlnová délka interferenční elektromagnetické vlny)) a rušení vzdáleného pole (vzdálenost mezi bodem měření a zdrojem pole>λ/6 ). Podle Maxwellovy teorie elektromagnetického pole měnící se proud ve vodiči vytváří měnící se magnetické pole v prostoru kolem něj, což zase vytváří měnící se elektrické pole, které se obě řídí Maxwellovými rovnicemi. Velikost a frekvence tohoto měnícího se proudu určují velikost a dosah generovaného elektromagnetického pole. Při výzkumu záření je zdrojem elektromagnetického záření anténa. V obvodu spínaného zdroje lze součástky a spoje v hlavním obvodu považovat za anténu, kterou lze analyzovat aplikací teorie elektrického dipólu a magnetického dipólu. V analýze lze diody, spínací elektronky, kondenzátory atd. považovat za elektrické dipóly; indukční cívky lze považovat za magnetické dipóly a poté lze provést komplexní analýzu s příslušnou teorií elektromagnetického pole.

Když spínaný zdroj funguje, jeho vnitřní průběhy napětí a proudu ve velmi krátké době stoupají a klesají. Zdrojem šumu je proto samotný spínaný zdroj. Rušení generované spínaným zdrojem lze rozdělit na dva typy: špičkové rušení a harmonické rušení podle typu zdroje rušení šumu; pokud je rozdělena podle vazební cesty, lze ji rozdělit na dva typy: rušení vedením a rušení zářením. Základním způsobem, jak zabránit tomu, aby rušení generované napájecím zdrojem poškodilo elektronický systém a rozvodnou síť, je oslabit zdroj hluku nebo přerušit spojovací cestu mezi šumem napájecího zdroje a elektronickým systémem a rozvodnou sítí. .

Vysvětlete samostatně podle zdroje rušení hlukem
1. Rušení způsobené reverzní dobou zotavení diody
Vstupní střídavé napětí je přeměněno na sinusové pulzující napětí usměrňovacím můstkem výkonové diody a poté, co bylo vyhlazeno kondenzátorem, se stává stejnosměrným, ale tvar vlny proudu kondenzátoru není sinusová vlna, ale pulzní vlna. Z průběhu proudu je vidět, že proud obsahuje vyšší harmonické. Do elektrické sítě proudí velké množství proudových harmonických složek, které způsobují harmonické znečištění rozvodné sítě. Navíc, protože proud je pulzní vlna, snižuje se vstupní účiník napájecího zdroje. Když je usměrňovací dioda v obvodu vysokofrekvenčního usměrňovače propustná, teče velký dopředný proud. Když je vypnuto zpětným předpětím, v důsledku nahromadění více nosných v PN přechodu, proud procházející Po určitou dobu, než nosná zmizí, poteče proud v opačném směru, což má za následek prudký pokles zpětného zotavovacího proudu vymizení nosiče a velká změna proudu (di/dt).

2. Harmonické rušení generované při práci spínací trubice
Když je trubice vypínače zapnuta, protéká velký pulzní proud. Například průběh vstupního proudu převodníku typu forward, push-pull a můstkového typu je přibližně obdélníková vlna při odporové zátěži, která obsahuje hojné harmonické složky vysokého řádu. Při použití spínání nulového proudu a nulového napětí bude toto harmonické rušení minimální. Kromě toho náhlá změna proudu způsobená svodovou indukčností vinutí vysokofrekvenčního transformátoru během doby vypnutí elektronky výkonového spínače také způsobí špičkové rušení.

3. Rušení způsobené vstupním střídavým obvodem
Usměrňovací trubice na vstupním konci spínaného zdroje bez frekvenčního transformátoru způsobí vysokofrekvenční tlumené oscilace během doby zpětného zotavení a způsobí rušení. Špičkové rušení a harmonická rušivá energie generovaná spínaným zdrojem, rušení vytvářené vstupními a výstupními vedeními spínaného zdroje se nazývá vodivé rušení; a energie harmonického a parazitního kmitání, když se šíří vstupním a výstupním vedením, bude v prostoru. Vytvářejte elektrická a magnetická pole. Toto rušení generované elektromagnetické záření se nazývá vyzařované rušení.

4. Jiné důvody
Parazitní parametry součástek a schematický návrh spínaného zdroje nejsou dokonalé. Zapojení desky plošných spojů (PCB) je obvykle uspořádáno ručně, což má velkou náhodnost. Rušení plošného spoje v blízkém poli je velké a způsobí jej instalace a nepřiměřené umístění a orientace EMI rušení. To zvyšuje obtížnost extrahování parametrů distribuce PCB a odhadu interference blízkého pole.

Reakce šumu architektury Flyback na spektrum
• Oscilace generované na 0.15 MHz je rušení způsobené 3. harmonickou spínací frekvence;
• Oscilace generované na 0.2MHz je rušení způsobené superpozicí 4. harmonické spínací frekvence a základní vlny Mosfet oscilace 2 (190.5KHz); takže tato část je silnější;
• Oscilace generované na 0.25 MHz je rušení způsobené 5. harmonickou • spínací frekvence;
• Oscilace generované na 0.35 MHz je rušení způsobené 7. harmonickou spínací frekvence;
• Oscilace generované na 0.39MHz je rušení způsobené superpozicí 8. harmonické spínací frekvence a základní vlny Mosfet oscilace 2 (190.5KHz);
• Oscilace generované na 1.31MHz je rušení způsobené základní vlnou oscilace diody 1 (1.31MHz);
• Oscilace generované na 3.3MHz je interference způsobená základní vlnou Mosfet oscilace 1 (3.3MHz);

Charakteristika spínaného zdroje EMI
Jako zařízení pro přeměnu energie pracující ve spínaném stavu jsou rychlosti změny napětí a proudu spínaného napájecího zdroje velmi vysoké a intenzita rušení je relativně velká; zdroje rušení se soustřeďují hlavně během doby spínání výkonu a k němu připojeného zářiče a vysokoúrovňového transformátoru. Umístění zdroje rušení obvodu je poměrně jasné; spínací frekvence není vysoká (od desítek kilohertzů až po několik megahertzů) a hlavními formami rušení jsou vedené rušení a rušení blízkého pole; a stopy desky s plošnými spoji (PCB) jsou obvykle zapojeny ručně. Má větší náhodnost, což zvyšuje obtížnost extrahování parametrů distribuce PCB a interference blízkého pole.

Opatření k zabránění EMI při navrhování spínaných zdrojů napájení
• Minimalizujte plochu měděné fólie PCB pro uzly šumových obvodů, jako jsou uzly kolektoru, primárního a sekundárního vinutí elektronek spínačů atd.;
• Udržujte vstupní a výstupní svorky v dostatečné vzdálenosti od rušivých komponentů, jako jsou obaly transformátorových drátů, jádra transformátorů, chladiče spínacích trubic atd.;
• Udržujte hlučné součásti (jako jsou nestíněné obaly transformátorového drátu, nestíněná jádra transformátoru a spínače atd.) v dostatečné vzdálenosti od okraje skříně, který je pravděpodobně za normálního provozu blízko vnějšího zemnicího drátu;
• Pokud transformátor není stíněný elektrickým polem, držte stínění a chladič v dostatečné vzdálenosti od transformátoru;
• Minimalizovat plochu následujících proudových smyček: sekundární (výstupní) usměrňovače, primární spínaná zařízení, hradlová (základní) budicí vedení, pomocné usměrňovače;
• Nesměšujte zpětnovazební smyčku pohonu hradla (základny) s obvodem primárního spínače nebo obvodem pomocného usměrňovače;
• Nastavte a optimalizujte hodnotu odporu tlumení tak, aby nevytvářel vyzváněcí zvuk během mrtvé doby spínače;
• Zabraňte nasycení induktoru EMI filtru;
• Udržujte otočné uzly a komponenty sekundárního okruhu mimo stínění primárního okruhu nebo chladiče spínače;
• Udržujte otočné uzly primárního okruhu a tělesa součástí mimo stínění nebo chladiče;
• Umístěte EMI filtr pro vysokofrekvenční vstup do blízkosti vstupního kabelu nebo konce konektoru;
• Udržujte EMI filtr vysokofrekvenčního výstupu blízko svorek výstupního vodiče;
• Udržujte určitou vzdálenost mezi měděnou fólií desky plošných spojů na opačné straně filtru EMI a tělem součásti; dejte nějaké odpory na vedení usměrňovače pomocné cívky; zapojte tlumicí odpory paralelně s magnetickou tyčovou cívkou; připojte oba konce výstupního RF filtru paralelně Tlumicí odpor;
• V provedení PCB je povoleno osadit keramický kondenzátor 1nF/500V nebo řadu rezistorů, které jsou připojeny přes primární statický konec transformátoru a pomocné vinutí;
• Udržujte EMI filtr mimo napájecí transformátor, zejména na konci obalu;
• Je-li plocha DPS dostatečná, lze na DPS ponechat piny pro stínící vinutí a pozici pro umístění RC tlumičů a RC tlumiče připojit přes oba konce stínících vinutí;
• Umístěte malý radiální olověný kondenzátor (Miller, 10 pikofaradů/1 kV) mezi sběrač a hradlo spínaného napájecího FETu, pokud to prostor dovolí;
• Pokud to prostor dovolí, umístěte na DC výstup malou RC klapku;
• Neumisťujte AC zásuvku proti chladiči primárního spínače.

EMI protiopatření v záření
Nadměrný širokopásmový šum ve frekvenčním pásmu 30-300 MHz
1. Ověřte přidáním oddělovacího magnetického kroužku (lze otevřít a zavřít) na elektrické vedení. Pokud dojde ke zlepšení, znamená to, že souvisí s elektrickým vedením. Používají se následující způsoby usměrnění: Pokud má zařízení integrovaný filtr, zkontrolujte, zda je uzemnění filtru správné. Dobré, zda je zemnící vodič co nejkratší;

2. Uzemnění filtru s kovovým pláštěm je přednostně přímo přes velkou plochu spojení mezi pláštěm a zemí. Zkontrolujte, zda jsou vstupní a výstupní vedení filtru blízko sebe. Vhodně nastavte kapacitu kondenzátoru X/Y, indukčnost v diferenciálním režimu a indukčnost tlumivky se souosým režimem; při nastavování Y kondenzátoru věnujte pozornost bezpečnostním otázkám; změna parametrů může zlepšit vyzařování určitého úseku, ale povede to k jiným změnám frekvence. Chudák, takže se musíš dál snažit najít tu nejlepší kombinaci. Je to dobrý způsob, jak vhodně zvýšit hodnotu odporu na spouštěcí elektrodě; lze jej také účinně snížit připojením malého kondenzátoru ke kolektoru spínacího tranzistoru (nebo kolektoru tranzistoru MOS) nebo sekundárního výstupního usměrňovače k ​​zemi Common Mode Switching Noise.

3. Deska spínaného zdroje musí řídit oblast návratu každé smyčky během zapojení PCB, což může výrazně snížit vyzařování v diferenciálním režimu. Přidejte 104/103 kondenzátory k napájecím trasám PCB pro oddělení napájení; při zapojování vícevrstvé desky musí být napájecí plocha a zemnicí plocha blízko sebe; nastavte na elektrické vedení magnetický kroužek pro porovnání a ověření, který lze později přidat na jedinou desku. K dosažení tohoto cíle se používají induktory se společným režimem nebo se na kabel nastříkne magnetický kroužek. Délka L linky vstupní AC linky by měla být co nejkratší; uvnitř stínícího zařízení, zda je v blízkosti otvorů zdroj rušení; zda je na přeplátovaných spojích konstrukčních dílů nastříkaná izolační barva, setřete izolační barvu smirkovým papírem pro srovnávací test. Zkontrolujte, zda je zemnící šroub nastříkán izolační barvou a zda je uzemnění dobré.

Lisun Instruments Limited byl nalezen LISUN GROUP v 2003. LISUN systém jakosti je přísně certifikován podle ISO9001:2015. Jako členství v CIE LISUN produkty jsou navrženy na základě CIE, IEC a dalších mezinárodních nebo národních norem. Všechny produkty prošly certifikátem CE a byly ověřeny laboratoří třetí strany.

Naše hlavní produkty jsou Goniofotometr, Integrace koule, Spektroradiometr, Generátor přepětí, Simulátorové zbraně ESD, Přijímač EMI, Testovací zařízení EMC, Elektrický bezpečnostní tester, Environmentální komora, teplotní komora, Klimatická komora, Tepelná komora, Test na solný postřik, Zkušební komora na prach, Vodotěsný test, Test RoHS (EDXRF), Test žárového drátu  a  Test s plamenem jehly.

Pokud potřebujete podporu, neváhejte nás kontaktovat.
Technické oddělení: Service@Lisungroup.com, Cell / WhatsApp: +8615317907381
Obchodní oddělení: Sales@Lisungroup.com, Cell / WhatsApp: +8618117273997

Tagy:EMI-9KA , EMI-9KB