Phân tích công nghệ điều khiển EMI của nguồn điện chuyển mạch
Trong bài báo này, cơ chế EMI trong việc cung cấp điện chuyển mạch được phân tích chi tiết và đưa ra một loạt chiến lược triệt tiêu EMI, từ đó cải thiện hiệu quả khả năng tương thích điện từ của nguồn điện chuyển mạch.
Bộ nguồn chuyển mạch là một loại sản phẩm điện tử công suất sử dụng các thiết bị bán dẫn công suất và tích hợp công nghệ chuyển đổi năng lượng, công nghệ điện từ điện tử và công nghệ điều khiển tự động. Do ưu điểm là tiêu thụ điện năng thấp, hiệu suất cao, khối lượng nhỏ, trọng lượng nhẹ, công việc ổn định, an toàn và tin cậy và phạm vi ổn định điện áp rộng nên nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực máy tính, truyền thông, dụng cụ điện tử, điều khiển tự động công nghiệp, quốc phòng và thiết bị gia dụng. Tuy nhiên, nguồn điện chuyển mạch có phản ứng nhất thời kém và dễ bị nhiễu điện từ (EMD), tín hiệu EMI chiếm dải tần số rộng và có biên độ nhất định. Các tín hiệu EMI này gây ô nhiễm môi trường điện từ thông qua sự dẫn truyền và bức xạ, đồng thời gây nhiễu cho thiết bị liên lạc và các thiết bị điện tử, do đó hạn chế việc sử dụng nguồn điện chuyển mạch ở một mức độ nào đó.
1 nguồn điện chuyển mạch gây nhiễu điện từ
Nhiễu điện từ (EMI) là một loại hư hỏng hiệu suất của hệ thống điện tử hoặc hệ thống con do nhiễu điện từ không mong muốn. Nó bao gồm ba yếu tố cơ bản: nguồn nhiễu, tức là thiết bị tạo ra năng lượng nhiễu điện từ; Kênh ghép, nghĩa là kênh hoặc phương tiện truyền nhiễu điện từ; Thiết bị nhạy cảm, tức là các thiết bị, thiết bị, hệ thống con hoặc hệ thống bị hư hỏng do nhiễu điện từ. Dựa trên đó, các biện pháp cơ bản để kiểm soát nhiễu điện từ là: ngăn chặn các nguồn gây nhiễu, cắt đường đi của thảm họa, giảm phản ứng của thiết bị nhạy cảm với nhiễu hoặc tăng mức độ nhạy điện từ.
Theo nguyên lý làm việc của nguồn điện chuyển mạch, người ta biết rằng nguồn điện chuyển mạch trước tiên sẽ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều tần số nguồn thành dòng điện một chiều, sau đó chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều tần số cao và cuối cùng xuất ra thông qua chỉnh lưu và lọc để có được điện áp dòng điện một chiều ổn định. . Trong mạch, triode nguồn và diode chủ yếu hoạt động ở trạng thái chuyển mạch và hoạt động theo thứ tự micro giây; Khi bật và tắt triode và diode, dòng điện thay đổi rất nhiều trong thời gian tăng và giảm, dễ tạo ra năng lượng tần số vô tuyến và hình thành các nguồn nhiễu. Đồng thời, độ tự cảm rò rỉ của máy biến áp và đỉnh do dòng phục hồi ngược của diode đầu ra cũng sẽ tạo thành nhiễu điện từ tiềm ẩn.
Nguồn điện chuyển mạch thường hoạt động ở tần số cao và tần số trên 02 kHz nên không thể bỏ qua điện dung phân bố của nó. Một mặt, tấm cách nhiệt giữa tản nhiệt và bộ thu của ống công tắc có diện tích tiếp xúc lớn và tấm cách nhiệt mỏng nên không thể bỏ qua điện dung phân bố giữa chúng ở tần số cao và dòng điện tần số cao sẽ truyền đến bộ tản nhiệt thông qua điện dung phân tán rồi đến mặt đất của khung máy, dẫn đến nhiễu ở chế độ chung; Mặt khác, có một điện dung phân bố giữa các giai đoạn sơ cấp của máy biến áp xung, có thể truyền trực tiếp điện áp của cuộn sơ cấp đến cuộn thứ cấp và tạo ra nhiễu chế độ chung trên hai đường dây điện có đầu ra DC của cuộn thứ cấp. quanh co.
Do đó, các nguồn nhiễu trong nguồn điện chuyển mạch chủ yếu tập trung ở các thành phần như ống chuyển mạch, điốt và máy biến áp tần số cao, cũng như các mạch đầu vào và chỉnh lưu AC.
2 Các biện pháp triệt tiêu nhiễu điện từ của nguồn điện chuyển mạch
Thông thường, điều khiển EMI của nguồn điện chuyển mạch chủ yếu áp dụng công nghệ lọc, công nghệ che chắn, công nghệ bịt kín và công nghệ nối đất. Nhiễu EMI có thể được chia thành nhiễu dẫn và nhiễu bức xạ theo đường truyền. Bộ nguồn chuyển mạch chủ yếu gây nhiễu và dải tần của nó rộng nhất, khoảng 10kHz-30MHz. Các biện pháp chống nhiễu dẫn truyền về cơ bản được giải quyết ở 3 dải tần: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz trở lên. Nhiễu thông thường chủ yếu nằm trong khoảng từ 10kHz đến 150kHz, thường được giải quyết bằng bộ lọc LC thông thường. Nhiễu ở chế độ chung chủ yếu nằm ở dải tần 150kHz{10}} MHz, thường được giải quyết bằng bộ lọc loại bỏ chế độ chung. Các biện pháp đối phó với dải tần trên 10 MHz là cải thiện hình dạng của bộ lọc và thực hiện các biện pháp che chắn điện từ.
2.1 sử dụng bộ lọc EMI đầu vào AC.
Thông thường, có hai cách để truyền dòng điện nhiễu trên dây dẫn: chế độ chung và chế độ vi sai. Nhiễu ở chế độ chung là nhiễu giữa chất lỏng mang và trái đất: nhiễu có cùng độ lớn và hướng và tồn tại giữa bất kỳ trái đất tương đối nào của nguồn điện hoặc giữa đường trung tính và trái đất. Nó chủ yếu được tạo ra bởi du/dt, và di/dt cũng tạo ra nhiễu chế độ chung nhất định. Nhiễu chế độ vi phân là nhiễu giữa các chất lỏng mang: nhiễu có độ lớn bằng nhau và ngược chiều nhau, tồn tại giữa đường pha và đường trung tính của nguồn điện và đường pha và đường pha. Khi dòng điện nhiễu truyền qua dây dẫn, nó có thể xuất hiện ở cả chế độ chung và chế độ vi sai. Tuy nhiên, dòng nhiễu chế độ chung chỉ có thể gây nhiễu các tín hiệu hữu ích sau khi nó trở thành dòng nhiễu chế độ vi sai.
Có hai loại nhiễu trên trong đường dây truyền tải điện xoay chiều, thường là nhiễu chế độ vi sai tần số thấp và nhiễu chế độ chung tần số cao. Nhìn chung, biên độ của nhiễu chế độ vi sai nhỏ, tần số thấp và nhiễu gây ra nhỏ; Nhiễu ở chế độ chung có biên độ lớn và tần số cao, đồng thời nó cũng có thể tạo ra bức xạ xuyên qua dây dẫn, gây nhiễu lớn. Nếu sử dụng bộ lọc EMI thích hợp ở đầu vào của nguồn điện AC thì nhiễu điện từ có thể được triệt tiêu một cách hiệu quả. Nguyên lý cơ bản của bộ lọc EMI đường dây điện được thể hiện trên Hình 1, trong đó các tụ điện chế độ vi sai C1 và C2 được sử dụng để đoản mạch dòng nhiễu chế độ vi sai, trong khi các tụ nối đất đường dây trung gian C3 và C4 được sử dụng để đoản mạch dòng điện nhiễu chế độ vi sai, trong khi các tụ nối đất đường dây trung gian C3 và C4 được sử dụng để đoản mạch dòng điện nhiễu chế độ vi sai. mạch nhiễu chế độ chung hiện tại. Cuộn cảm ở chế độ chung bao gồm hai cuộn dây có độ dày bằng nhau và được quấn trên lõi từ theo cùng một hướng. Nếu khớp từ giữa hai cuộn dây rất gần thì độ tự cảm rò rỉ sẽ rất nhỏ, kém trong dải tần của đường dây điện.
Phản ứng mode sẽ trở nên rất nhỏ; Khi dòng điện tải chạy qua cuộn cảm chế độ chung, các đường sức từ được tạo ra bởi các cuộn dây mắc nối tiếp trên đường pha sẽ ngược chiều với các đường sức tạo ra bởi các cuộn dây mắc nối tiếp trên đường trung tính và chúng triệt tiêu lẫn nhau trong lõi từ tính. Vì vậy, ngay cả trong trường hợp dòng điện tải lớn, lõi từ sẽ không bị bão hòa. Đối với dòng điện giao thoa ở chế độ chung, từ trường do hai cuộn dây tạo ra cùng hướng sẽ tạo ra độ tự cảm lớn, do đó đóng vai trò làm suy giảm tín hiệu nhiễu ở chế độ chung. Ở đây, cuộn cảm ở chế độ chung nên được làm bằng vật liệu từ tính ferit có độ thấm cao và đặc tính tần số tốt.
