Conception de simulation EMI de l'alimentation à découpage
Avec l'augmentation de la fréquence de commutation et de la densité de puissance, l'environnement électromagnétique à l'intérieur de l'alimentation à découpage devient de plus en plus compliqué, et sa compatibilité électromagnétique est devenue un objectif majeur et une difficulté majeure dans la conception de l'alimentation. Dans la méthode de conception conventionnelle, le problème CEM est traité par une conception empirique, et le problème CEM ne peut être considéré définitivement qu'après l'établissement du prototype. La solution EMC traditionnelle ne peut qu'ajouter des composants supplémentaires, ce qui peut affecter la bande passante d'origine de la boucle de contrôle, entraînant dans le pire des cas une refonte de l'ensemble du système et une augmentation du coût de conception. Afin d'éviter cette situation, il est nécessaire de prendre en compte les problèmes d'EMC dans le processus de conception, d'analyser et de prédire les interférences électromagnétiques de l'alimentation à découpage avec une certaine précision, et d'améliorer la conception en fonction du mécanisme d'interférence et de sa distribution dans chaque bande de fréquences pour réduire le niveau EMI, réduisant ainsi le coût de conception.
2 caractéristiques EMI et classification de l'alimentation à découpage
Afin de prédire les interférences électromagnétiques conduites de l’alimentation à découpage, il est nécessaire de clarifier son mécanisme de génération et les caractéristiques des sources de bruit. En raison de l'action de commutation à grande vitesse du tube de commutation de puissance, son taux de changement de tension et de courant est très élevé, et le front montant et le front descendant contiennent de riches harmoniques supérieures, de sorte que l'intensité des interférences électromagnétiques est grande ; Les interférences électromagnétiques de l'alimentation à découpage sont principalement concentrées à proximité des diodes, des appareils de commutation de puissance, des radiateurs et des transformateurs haute fréquence qui y sont connectés ; Étant donné que la fréquence de commutation du tube de commutation varie de quelques dizaines de kHz à plusieurs MHz, les formes d'interférence de l'alimentation à découpage sont principalement des interférences conduites et des interférences en champ proche. Parmi eux, des interférences conduites seront injectées dans le réseau électrique via le chemin de propagation du bruit et interféreront avec d'autres appareils connectés au réseau électrique.
Les interférences conduites de l’alimentation à découpage peuvent être divisées en deux catégories.
1) Interférence en mode différentiel (DM). Le bruit DM est principalement causé par di/dt. Par inductance et résistance parasites, il se propage dans la boucle entre le fil sous tension et le fil neutre, générant un courant Idm entre les deux fils, qui ne forme pas de boucle avec le fil de terre.
2) interférence en mode commun (CM). Le bruit CM est principalement causé par dv/dt. La capacité parasite du PCB se propage dans la boucle entre deux lignes électriques et la terre, et les interférences s'introduisent entre la ligne et la terre. Le courant parasite circule en deux sur chacune des deux lignes, la masse étant la boucle commune. Dans le circuit réel, en raison de l'impédance de ligne déséquilibrée, l'interférence du signal de mode commun sera transformée en interférence de diaphonie difficile à éliminer.
Analyse de simulation des EMI dans l'alimentation à découpage
Théoriquement parlant, qu'il s'agisse d'une simulation dans le domaine temporel ou dans le domaine fréquentiel, tant qu'un modèle d'analyse raisonnable est établi, les résultats de la simulation peuvent refléter correctement le degré de quantification EMI du système.
La méthode de simulation dans le domaine temporel doit établir un modèle de circuit incluant tous les paramètres des composants du convertisseur, utiliser le logiciel PSPICE ou Sabre pour l'analyse de simulation et utiliser l'outil d'analyse rapide de Fourier pour obtenir la forme d'onde spectrale des EMI. Cette méthode a été vérifiée dans l'analyse du bruit DM. Cependant, les caractéristiques non linéaires et les paramètres parasites des dispositifs à semi-conducteurs tels que MOSFET et IGBT dans l'alimentation à découpage rendent le modèle très compliqué, et la topologie du circuit de l'alimentation à découpage change constamment lorsqu'elle fonctionne, ce qui conduit au problème de non-convergence dans simulation. Lors de l’étude du bruit CM, tous les paramètres des éléments parasites doivent être inclus. En raison de l’influence de paramètres parasites, les résultats de la FFT sont difficiles à égaler les résultats expérimentaux. Les convertisseurs de puissance à découpage fonctionnent généralement dans une large plage de constantes de temps, comprenant principalement trois groupes de constantes de temps : les constantes de temps liées à la fréquence de base de la borne de sortie (dizaines de ms) ; Constante de temps (dizaines de μ s) liée à la fréquence de commutation des éléments de commutation ; Constante de temps (plusieurs ns) liée au temps de montée et au temps de descente lorsque l'élément de commutation est allumé ou éteint.
Pour cette raison, dans la simulation dans le domaine temporel, un très petit pas de calcul doit être utilisé et le calcul prend beaucoup de temps ; De plus, les résultats obtenus par la méthode du domaine temporel ne peuvent souvent pas analyser clairement l'influence de diverses variables du circuit sur les interférences, ne peuvent pas expliquer en profondeur le comportement EMI de l'alimentation à découpage, manquent de jugement sur le mécanisme EMI et ne peuvent pas donner une solution claire pour réduire les EMI.
