Technologie de compatibilité électromagnétique de l'alimentation à découpage
Les raisons des problèmes de compatibilité électromagnétique causés par les alimentations à découpage sont assez compliquées car elles fonctionnent dans des conditions de commutation à haute tension et à courant élevé. En termes de propriétés électromagnétiques de l'ensemble de la machine, il existe principalement un couplage d'impédance commun, un couplage ligne à ligne, un couplage de champ électrique, un couplage de champ magnétique et un couplage d'ondes électromagnétiques. Le couplage d'impédance commune est principalement l'impédance électrique commune entre la source de perturbation et le corps perturbé, par laquelle le signal de perturbation pénètre dans le corps perturbé. Le couplage ligne à ligne est principalement le couplage mutuel de fils ou de lignes PCB qui génèrent une tension et un courant perturbateurs en raison du câblage parallèle. Le couplage de champ électrique est principalement dû à l'existence de la différence de potentiel, qui génère le couplage de champ du champ électrique induit au corps perturbé. Le couplage de champ magnétique fait principalement référence au couplage du champ magnétique basse fréquence généré près de la ligne électrique à impulsions à courant élevé à l'objet perturbateur. Le couplage de champ électromagnétique est principalement dû aux ondes électromagnétiques à haute fréquence générées par une tension ou un courant pulsé rayonnant vers l'extérieur à travers l'espace et se couplant au corps perturbé correspondant. En fait, chaque méthode de couplage ne peut pas être strictement distinguée, mais l'accent est différent.
Dans l'alimentation à découpage, le tube de commutation de puissance principale fonctionne dans un mode de commutation haute fréquence à très haute tension. La tension de commutation et le courant de commutation sont proches des ondes carrées. D'après l'analyse du spectre, le signal d'onde carrée contient de riches harmoniques d'ordre élevé. Le spectre de fréquence de l'harmonique supérieur peut atteindre plus de 1000 fois la fréquence de l'onde carrée. Dans le même temps, en raison de l'inductance de fuite et de la capacité distribuée du transformateur de puissance et de l'état de fonctionnement non idéal du dispositif de commutation d'alimentation principal, des oscillations harmoniques de crête haute fréquence et haute tension sont souvent générées lorsque la haute fréquence est activée ou désactivée. . Les harmoniques supérieures générées par l'oscillation harmonique sont transmises au circuit interne via la capacité répartie entre le tube de commutation et le radiateur ou rayonnées vers l'espace via le radiateur et le transformateur. Les diodes de commutation utilisées pour le redressement et la roue libre sont également une cause importante de perturbations à haute fréquence. Parce que les diodes de redressement et de roue libre fonctionnent dans un état de commutation à haute fréquence, l'existence de l'inductance parasite du fil de la diode, l'existence de la capacité de jonction et l'influence du courant de récupération inverse le font fonctionner à très haute tension et taux de changement de courant et produire des oscillations à haute fréquence. Les diodes de redressement et de roue libre sont généralement plus proches de la ligne de sortie de l'alimentation, et les perturbations haute fréquence qu'elles génèrent sont plus susceptibles d'être transmises via la ligne de sortie CC. Afin d'améliorer le facteur de puissance, l'alimentation à découpage adopte un circuit de correction de facteur de puissance actif. Dans le même temps, afin d'améliorer l'efficacité et la fiabilité du circuit et de réduire la contrainte électrique du dispositif d'alimentation, un grand nombre de technologies de commutation douce sont utilisées. Parmi elles, la technologie de commutation tension zéro, courant zéro ou tension zéro/courant zéro est la plus largement utilisée. Cette technologie réduit fortement les perturbations électromagnétiques générées par les appareils de commutation. Cependant, la plupart des circuits d'absorption non destructifs à commutation douce utilisent L et C pour le transfert d'énergie et utilisent la conductivité unidirectionnelle des diodes pour réaliser une conversion d'énergie unidirectionnelle. Par conséquent, les diodes du circuit résonnant deviennent une source majeure de perturbation électromagnétique.
Les alimentations à découpage utilisent généralement des inductances et des condensateurs de stockage d'énergie pour former des circuits de filtrage L et C afin de filtrer les signaux de perturbation différentiels et de mode commun. En raison de la capacité distribuée de la bobine d'inductance, la fréquence d'auto-résonance de la bobine d'inductance est réduite, de sorte qu'un grand nombre de signaux de perturbation haute fréquence traversent la bobine d'inductance et se propagent vers l'extérieur le long de la ligne d'alimentation CA ou de la sortie CC doubler. Lorsque la fréquence du signal de perturbation augmente, l'effet de l'inductance de tête du condensateur de filtrage entraîne une baisse continue de la capacité et de l'effet de filtrage, et conduit même à des modifications des paramètres du condensateur, ce qui est également une cause de perturbation électromagnétique.
Solutions pour la compatibilité électromagnétique
Du point de vue des trois éléments de compatibilité électromagnétique, pour résoudre le problème de compatibilité électromagnétique des alimentations à découpage, on peut partir de trois aspects : premièrement, réduire le signal de perturbation généré par la source de perturbation ; deuxièmement, couper le chemin de propagation du signal de perturbation ; troisièmement, Améliorer la capacité anti-harcèlement du corps harcelé. Lors de la résolution de la compatibilité interne de l'alimentation à découpage, les trois méthodes ci-dessus peuvent être utilisées de manière globale, en fonction du rapport coût-bénéfice et de la facilité de mise en œuvre. Par conséquent, les perturbations externes générées par les alimentations à découpage, telles que les courants harmoniques de ligne électrique, les perturbations de conduction de ligne électrique et les perturbations de rayonnement de champ électromagnétique, ne peuvent être résolues qu'en réduisant la source de perturbation. D'une part, il peut améliorer la conception du circuit de filtre d'entrée/sortie, améliorer les performances du circuit APFC, réduire le taux de changement de tension et de courant du tube de commutation, du redresseur et de la diode de roue libre, et adopter diverses topologies de circuit de commutation douce et les méthodes de contrôle, etc. ; d'autre part, renforcez l'effet de blindage du boîtier, améliorez la fuite d'espace du boîtier et effectuez un bon traitement de mise à la terre. Pour les capacités anti-perturbation externes (telles que les surtensions et les coups de foudre), les capacités de protection contre la foudre des ports d'entrée CA et de sortie CC doivent être optimisées. Habituellement, pour la forme d'onde de coup de foudre combinée d'une tension en circuit ouvert de 1,2/50 μs et d'un courant de court-circuit de 8/20 μs, en raison de la faible énergie, elle est généralement résolue en combinant des varistances à l'oxyde de zinc et des tubes électriques carrés à gaz. Pour les décharges électrostatiques, généralement dans le petit circuit de signal du port de communication et du port de contrôle, utilisez le tube TVS et la protection de mise à la terre correspondante, augmentez la distance électrique entre le petit circuit de signal et le châssis, etc. pour résoudre ou sélectionner des appareils avec anti- perturbation statique. Le signal transitoire rapide contient un spectre de fréquences très large, et il est aisé de le faire passer dans le circuit de commande sous forme de mode commun. La même méthode que l'antistatique est utilisée pour réduire la capacité distribuée de l'inductance en mode commun et renforcer le filtrage du signal en mode commun du circuit d'entrée (plus les condensateurs en mode commun ou les noyaux de ferrite à perte d'insertion, etc.) pour améliorer l'immunité du système.
Pour réduire les perturbations internes de l'alimentation à découpage, réaliser sa propre compatibilité électromagnétique et améliorer la stabilité et la fiabilité de l'alimentation à découpage, les aspects suivants doivent être démarrés :
①Faites attention à la division correcte du circuit numérique et du câblage du circuit imprimé du module ;
②Découplage du circuit numérique et de l'alimentation du circuit analogique ;
③Mise à la terre en un seul point des circuits numériques et des circuits analogiques, mise à la terre en un seul point des circuits à courant élevé et des circuits à faible courant, en particulier les circuits d'échantillonnage de courant et de tension, pour réduire les perturbations de résistance communes et l'influence des anneaux de masse. Lors du câblage, faites attention à l'espacement entre les lignes adjacentes et les propriétés du signal, évitez la diaphonie, réduisez la zone entourée par le circuit redresseur de sortie, le circuit de diode de roue libre et le circuit de filtre de branche, réduisez la fuite du transformateur, la capacité distribuée du inductance de filtre et utiliser des condensateurs de filtre avec des fréquences de résonance élevées.
