Giải pháp thiết kế tương thích điện từ cho nguồn điện chuyển mạch tần số cao
Nếu vấn đề nhiễu điện từ (EMI) của bản thân nguồn điện chuyển mạch tần số cao không được xử lý tốt, nó không chỉ dễ gây ô nhiễm lưới điện và ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động bình thường của các thiết bị điện khác mà còn dễ hình thành ô nhiễm điện từ. vào không gian, dẫn đến vấn đề tương thích điện từ (EMC) cao của nguồn điện chuyển mạch tần số. Bài viết này tập trung phân tích nhiễu điện từ vượt quá bài toán tiêu chuẩn của module nguồn chuyển mạch tần số cao 1200W (24V/50A) sử dụng trong các tủ cấp nguồn tín hiệu đường sắt và đề xuất các biện pháp cải tiến.
Nhiễu điện từ do nguồn điện chuyển mạch tần số cao tạo ra có thể được chia thành hai loại: nhiễu dẫn và nhiễu bức xạ. Hành vi quấy rối được truyền qua nguồn điện xoay chiều, có tần số dưới 30 MHz; quấy rối bức xạ được truyền qua không gian, với tần số từ 30 đến 1000 MHz.
Phân tích các nguồn nhiễu điện từ của nguồn điện chuyển mạch tần số cao
Bộ chỉnh lưu và ống nguồn Q1 trong mạch, các ống nguồn Q2~Q5 trong mạch của Hình 1b, máy biến áp tần số cao T1 và điốt chỉnh lưu đầu ra D1~D2 đều là những nguồn gây nhiễu điện từ chính khi tần số cao nguồn điện chuyển mạch tần số đang hoạt động. Phân tích cụ thể như dưới đây.
Các sóng hài bậc cao sinh ra trong quá trình chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu sẽ gây ra nhiễu loạn dẫn truyền và nhiễu loạn bức xạ dọc theo đường dây điện.
Ống nguồn chuyển mạch hoạt động ở trạng thái bật và tắt tần số cao. Để giảm tổn thất chuyển mạch và cải thiện mật độ năng lượng cũng như hiệu suất tổng thể, ống chuyển mạch bật và tắt ngày càng nhanh hơn, thường trong vòng vài micro giây. Việc bật và tắt ở tốc độ như vậy sẽ tạo thành điện áp đột biến và dòng điện đột biến, tạo ra sóng hài đỉnh cao và tần số cao, gây nhiễu điện từ cho không gian và đường dây đầu vào AC.
Trong khi máy biến áp tần số cao T1 thực hiện chuyển đổi năng lượng, nó tạo ra một trường điện từ xen kẽ và phát sóng điện từ vào không gian, tạo thành hiện tượng quấy rối bức xạ. Điện cảm và điện dung phân tán của máy biến áp tạo ra dao động và được ghép với vòng đầu vào AC thông qua điện dung phân tán giữa giai đoạn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp, tạo thành nhiễu loạn dẫn điện.
Khi điện áp đầu ra tương đối thấp, diode chỉnh lưu đầu ra hoạt động ở trạng thái chuyển mạch tần số cao, đây cũng là nguồn gây nhiễu điện từ.
Do độ tự cảm ký sinh chì của diode, điện dung tiếp giáp và ảnh hưởng của dòng phục hồi ngược, nó hoạt động với tốc độ thay đổi dòng điện và điện áp rất cao. Thời gian phục hồi ngược của diode càng dài thì tác động của dòng điện cực đại càng lớn. , tín hiệu nhiễu càng mạnh, dẫn đến dao động suy giảm tần số cao, là một loại nhiễu dẫn truyền chế độ vi sai.
Tất cả các tín hiệu điện từ được tạo ra này được truyền đến nguồn điện bên ngoài thông qua các dây kim loại như đường dây điện, đường tín hiệu và dây nối đất, tạo thành nhiễu loạn dẫn điện. Nhiễu bức xạ là do tín hiệu nhiễu phát ra qua dây dẫn và thiết bị hoặc qua các kết nối hoạt động như ăng-ten.
3. Thiết kế tương thích điện từ đối với nhiễu điện từ của nguồn điện chuyển mạch tần số cao
Thêm bộ lọc nguồn vào đầu vào nguồn điện chuyển mạch để ngăn chặn các sóng hài bậc cao do nguồn điện chuyển mạch tạo ra.
Việc bổ sung vòng từ ferit vào đường dây điện đầu vào và đầu ra không chỉ triệt tiêu chế độ chung tần số cao trong đường dây điện mà còn làm giảm năng lượng nhiễu bức xạ qua đường dây điện.
Giữ đường dây điện càng gần dây nối đất càng tốt để giảm diện tích vòng lặp của bức xạ chế độ vi sai; định tuyến đường dây nguồn AC đầu vào và đường dây nguồn DC đầu ra riêng biệt để giảm sự ghép nối điện từ giữa đầu vào và đầu ra; giữ đường tín hiệu cách xa đường dây điện và sát mặt đất. Các đường dây phải được định tuyến và các đường dây không quá dài để làm giảm diện tích vòng lặp của vòng lặp; chiều rộng của các đường trên bảng PCB không được đột ngột, sử dụng các chuyển tiếp vòng cung ở các góc và cố gắng không sử dụng các góc vuông hoặc góc nhọn.
Lắp các tụ tách rời trên chip và ống chuyển mạch MOS càng gần càng tốt với các chân nguồn và chân nối đất của thiết bị song song.
Do sự tồn tại của Ldi/dt trong dây nối đất nên bo mạch PCB và khung máy được kết nối gián tiếp bằng các cột đồng. Đối với những nơi không phù hợp để nối với cột đồng thì nên sử dụng dây dày hơn và nối đất gần đó.
Thêm mạch hấp thụ RC ở cả hai đầu của ống công tắc và diode chỉnh lưu đầu ra để hấp thụ điện áp tăng vọt.
