Schéma de conception de compatibilité électromagnétique pour l'alimentation à découpage haute fréquence
Si le problème des interférences électromagnétiques (EMI) existant dans l'alimentation à découpage haute fréquence elle-même n'est pas traité correctement, il est non seulement facile de provoquer une pollution du réseau électrique, affectant directement le fonctionnement normal d'autres équipements électriques, mais également facile de former une pollution électromagnétique dans l'espace entrant, entraînant le problème de compatibilité électromagnétique (CEM) de l'alimentation à découpage haute fréquence. Cet article se concentre sur l'analyse des interférences électromagnétiques dépassant la norme dans le module d'alimentation à découpage haute fréquence de 1 200 W (24 V/50 A) utilisé dans les écrans d'alimentation des signaux ferroviaires et propose des mesures d'amélioration.
Les perturbations électromagnétiques générées par les alimentations à découpage haute fréquence peuvent être divisées en deux catégories : les perturbations conduites et les perturbations rayonnées. Les perturbations conduites se propagent à travers des sources d'alimentation CA avec des fréquences inférieures à 30 MHz ; Les perturbations radiologiques se propagent dans l’espace, avec des fréquences allant de 30 à 1 000 MHz.
Analyse des sources de perturbations électromagnétiques dans les alimentations à découpage haute fréquence
Les transistors de puissance à découpage fonctionnent dans des états de conduction et de coupure haute fréquence. Afin de réduire les pertes de commutation, d'améliorer la densité de puissance et l'efficacité globale, la vitesse d'ouverture et de fermeture du transistor de commutation devient de plus en plus rapide, généralement en quelques microsecondes. Le transistor de commutation s'ouvre et se ferme à cette vitesse, formant une surtension et un courant de surtension, qui généreront des harmoniques de crête à haute fréquence et haute tension et des interférences électromagnétiques sur les lignes d'entrée spatiales et CA.
En même temps que le transformateur haute fréquence T1 effectue une transformation de puissance, il génère des champs électromagnétiques alternatifs, rayonnant des ondes électromagnétiques dans l'espace, formant des perturbations de rayonnement. L'inductance et la capacité distribuées du transformateur génèrent des oscillations qui sont couplées au circuit d'entrée CA via la capacité distribuée entre les étages primaires du transformateur, formant des perturbations conductrices.
Lorsque la tension de sortie est relativement faible, la diode de redressement de sortie fonctionne dans un état de commutation haute fréquence et constitue également une source d'interférences électromagnétiques.
En raison de l'inductance parasite et de la capacité de jonction du fil de la diode, ainsi que de l'influence du courant de récupération inverse, elle fonctionne à des taux de variation de tension et de courant élevés. Plus le temps de récupération inverse de la diode est long, plus l'impact du courant de crête est important et plus le signal de perturbation est fort, ce qui entraîne une oscillation d'atténuation haute fréquence, qui est une perturbation de conduction en mode différentiel.
Tous les signaux électromagnétiques générés sont transmis à des sources d'alimentation externes via des fils métalliques tels que des lignes électriques, des lignes de signaux et des fils de mise à la terre, formant des perturbations conductrices. Les perturbations rayonnées sont causées par des signaux d'interférence rayonnés à travers des fils et des appareils ou par des fils d'interconnexion agissant comme des antennes.
3. Conception de compatibilité électromagnétique pour les perturbations électromagnétiques de l'alimentation à découpage haute fréquence
Ajoutez un filtre de puissance à l'entrée de l'alimentation à découpage pour supprimer les harmoniques d'ordre élevé générées par l'alimentation à découpage.
L'ajout d'anneaux magnétiques en ferrite aux lignes électriques d'entrée et de sortie peut supprimer le mode commun haute fréquence au sein des lignes électriques et réduire l'énergie perturbatrice rayonnée à travers les lignes électriques.
La ligne électrique doit être aussi proche que possible du fil de terre pour réduire la zone de boucle du rayonnement en mode différentiel ; Acheminez 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 ; La ligne de signal doit être acheminée loin de la ligne électrique, près du fil de terre et pas trop longue pour réduire la zone de boucle du circuit ; La largeur des lignes sur la carte PCB ne doit pas changer brusquement et les coins doivent être transitionnés avec des arcs, en évitant autant que possible les angles droits ou les coins pointus.
Installez des condensateurs de découplage sur la puce et les tubes de commutation MOS aussi près que possible des broches d'alimentation et de terre parallèles à l'appareil.
En raison de la présence de Ldi/dt dans le fil de terre, la carte PCB et le châssis sont indirectement connectés par des piliers en cuivre. Pour ceux qui ne conviennent pas à la connexion sur pilier en cuivre, des fils plus épais sont utilisés et mis à la terre à proximité.
Ajoutez des circuits d'absorption RC aux deux extrémités du tube de commutation et une diode de redressement de sortie pour absorber les surtensions.
