Solution de conception à compatibilité électromagnétique pour alimentation à découpage haute fréquence
Si le problème des interférences électromagnétiques (EMI) de l'alimentation à découpage haute fréquence elle-même n'est pas bien géré, il provoquera non seulement facilement une pollution du réseau électrique et affectera directement le fonctionnement normal d'autres équipements électriques, mais formera également facilement une pollution électromagnétique. dans l'espace, ce qui entraîne un problème élevé de compatibilité électromagnétique (CEM) de l'alimentation à découpage de fréquence. Cet article se concentre sur l'analyse des perturbations électromagnétiques dépassant le problème standard du module d'alimentation à découpage haute fréquence de 1 200 W (24 V/50 A) utilisé dans les panneaux d'alimentation des signaux ferroviaires, et propose des mesures d'amélioration.
Les perturbations électromagnétiques générées par l'alimentation à découpage haute fréquence peuvent être divisées en deux catégories : les perturbations conduites et les perturbations par rayonnement. Le harcèlement est transmis via l'alimentation secteur, avec une fréquence inférieure à 30 MHz ; le harcèlement rayonné est transmis à travers l’espace, avec une fréquence comprise entre 30 et 1 000 MHz.
Analyse des sources de perturbations électromagnétiques de l'alimentation à découpage haute fréquence
Le redresseur et le tube de puissance Q1 dans le circuit, les tubes de puissance Q2 ~ Q5 dans le circuit de la figure 1b, le transformateur haute fréquence T1 et les diodes de redressement de sortie D1 ~ D2 sont tous les principales sources de perturbations électromagnétiques lorsque le haut- L'alimentation à découpage de fréquence fonctionne. Analysez spécifiquement comme ci-dessous.
Les harmoniques d'ordre élevé générées pendant le processus de rectification du redresseur provoqueront des perturbations de conduction et des perturbations de rayonnement le long de la ligne électrique.
Le tube de puissance de commutation fonctionne dans un état marche/arrêt haute fréquence. Afin de réduire les pertes de commutation et d'améliorer la densité de puissance et l'efficacité globale, le tube de commutation s'allume et s'éteint de plus en plus rapidement, généralement en quelques microsecondes. L'allumage et l'extinction à une telle vitesse génèrent une surtension et un courant de surtension, qui génèrent des harmoniques de crête à haute fréquence et à haute tension, provoquant des perturbations électromagnétiques dans l'espace et dans les lignes d'entrée CA.
Tandis que le transformateur haute fréquence T1 effectue la conversion de puissance, il génère un champ électromagnétique alternatif et rayonne des ondes électromagnétiques dans l'espace, formant ainsi un harcèlement radiologique. L'inductance et la capacité distribuées du transformateur génèrent une oscillation et sont couplées à la boucle d'entrée CA via la capacité distribuée entre les étages primaire et secondaire du transformateur, formant ainsi une perturbation conductrice.
Lorsque la tension de sortie est relativement faible, la diode de redressement de sortie fonctionne dans un état de commutation haute fréquence, qui est également une source de perturbation électromagnétique.
En raison de l'inductance parasite du plomb de la diode, de sa capacité de jonction et de l'influence du courant de récupération inverse, elle fonctionne sous des taux de variation de tension et de courant très élevés. Plus le temps de récupération inverse de la diode est long, plus l'impact du courant de crête est important. , plus le signal de perturbation devient fort, ce qui entraîne une oscillation atténuée à haute fréquence, qui est une sorte de perturbation de conduction en mode différentiel.
Tous ces signaux électromagnétiques générés sont transmis à l'alimentation externe via des fils métalliques tels que des lignes électriques, des lignes de signal et des fils de terre, formant ainsi une perturbation conductrice. Les perturbations rayonnées sont causées par des signaux perturbateurs qui rayonnent à travers des fils et des appareils ou à travers des interconnexions qui agissent comme des antennes.
3. Conception de compatibilité électromagnétique pour les perturbations électromagnétiques de l'alimentation à découpage haute fréquence
Ajoutez un filtre d'alimentation à l'entrée de l'alimentation à découpage pour supprimer les harmoniques d'ordre élevé générées par l'alimentation à découpage.
L'ajout d'un anneau magnétique en ferrite aux lignes électriques d'entrée et de sortie supprime non seulement le mode commun haute fréquence dans les lignes électriques, mais réduit également l'énergie perturbatrice rayonnée à travers les lignes électriques.
Gardez la ligne électrique aussi près que possible du fil de terre pour réduire la zone de boucle du rayonnement en mode différentiel ; acheminer la ligne d'alimentation CA d'entrée et la ligne d'alimentation CC de sortie séparément pour réduire le couplage électromagnétique entre l'entrée et la sortie ; gardez la ligne de signal éloignée de la ligne électrique et proche du sol. Les lignes doivent être acheminées et les lignes ne doivent pas être trop longues pour réduire la zone de boucle de la boucle ; la largeur des lignes sur la carte PCB ne doit pas être soudaine, utilisez des transitions en arc dans les coins et essayez de ne pas utiliser d'angles droits ou de coins pointus.
Installez des condensateurs de découplage sur la puce et le tube de commutation MOS aussi près que possible des broches d'alimentation et de terre de l'appareil en parallèle.
En raison de l'existence de Ldi/dt dans le fil de terre, la carte PCB et le châssis sont indirectement connectés à l'aide de piliers en cuivre. Pour ceux qui ne conviennent pas à la connexion avec des piliers en cuivre, des fils plus épais doivent être utilisés et mis à la terre à proximité.
Ajoutez un circuit d'absorption RC aux deux extrémités du tube de commutation et la diode de redressement de sortie pour absorber la surtension.
