Sơ đồ thiết kế tương thích điện từ cho nguồn điện chuyển mạch tần số cao
Nếu vấn đề nhiễu điện từ (EMI) tồn tại trong chính bộ nguồn chuyển mạch tần số cao không được xử lý đúng cách, nó không chỉ dễ gây ô nhiễm cho lưới điện, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động bình thường của các thiết bị điện khác mà còn dễ gây ra sự cố. hình thành ô nhiễm điện từ trong không gian tới, dẫn đến vấn đề tương thích điện từ (EMC) của nguồn điện chuyển mạch tần số cao. Bài viết này tập trung phân tích hiện tượng nhiễu điện từ vượt tiêu chuẩn trong mô-đun cấp nguồn chuyển mạch tần số cao 1200W (24V/50A) dùng trong màn hình 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. Nhiễu dẫn truyền lan truyền qua nguồn điện xoay chiều có tần số dưới 30 MHz; Nhiễu bức xạ lan truyền trong không gian, với tần số từ 30 đến 1000 MHz.
Phân tích các nguồn nhiễu điện từ trong nguồn điện chuyển mạch tần số cao
Các bóng bán dẫn điện chuyển mạch hoạt động ở trạng thái dẫn và cắt tần số cao. Để giảm tổn thất chuyển mạch, cải thiện mật độ năng lượng và hiệu suất tổng thể, tốc độ mở và đóng của bóng bán dẫn chuyển mạch ngày càng nhanh hơn, thường chỉ trong vài micro giây. Các bóng bán dẫn chuyển mạch mở và đóng ở tốc độ này, tạo thành điện áp tăng và dòng điện đột biến, sẽ tạo ra sóng hài cực đại tần số cao và điện áp cao và nhiễu điện từ trên không gian và đường dây đầu vào AC.
Đồng thời khi máy biến áp cao tần T1 thực hiện chuyển đổi năng lượng, nó tạo ra các trường điện từ xen kẽ, bức xạ sóng điện từ vào không gian, tạo thành nhiễu loạn bức xạ. Điện cảm và điện dung phân tán của máy biến áp tạo ra các dao động, được ghép với mạch đầu vào xoay chiều thông qua điện dung phân tán giữa các giai đoạn sơ 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 và cũng là nguồn gây nhiễu điện từ.
Do độ tự cảm ký sinh và điện dung tiếp giáp của dây dẫn của diode, cũng như ảnh hưởng của dòng điện phục hồi ngược, nó hoạt động ở điện áp cao và tốc độ thay đổi dòng điện. Thời gian phục hồi ngược của diode càng dài thì tác động của dòng điện cực đại càng lớn và tín hiệu nhiễu càng mạnh, dẫn đến dao động suy giảm tần số cao, là nhiễu loạn dẫn truyền ở chế độ vi sai.
Tất cả các tín hiệu điện từ được tạo ra đều được truyền đến nguồn điện bên ngoài thông qua các dây kim loại như đường dây điện, đường tín hiệu, 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 do dây kết nối hoạt động như ăng ten.
3. Thiết kế tương thích điện từ cho nguồn điện chuyển mạch tần số cao Nhiễu điện từ
Thêm một bộ lọc nguồn ở lối vào của nguồn điện chuyển mạch để triệt tiêu các sóng hài bậc cao do nguồn điện chuyển mạch tạo ra.
Việc thêm các vòng từ ferit vào đường dây điện đầu vào và đầu ra có thể triệt tiêu chế độ chung tần số cao trong đường dây điện và giảm năng lượng nhiễu bức xạ qua đường dây điện.
Đường dây điện phải càng gần dây nối đất càng tốt để giảm diện tích vòng lặp của bức xạ chế độ vi sai; Định tuyến đường nguồn AC đầu vào và đường nguồn DC đầu ra riêng biệt để giảm sự ghép điện từ giữa đầu vào và đầu ra; Đường dây tín hiệu nên được định tuyến cách xa đường dây điện, gần dây nối đất và không quá dài để giảm diện tích vòng lặp của mạch; Chiều rộng của các đường trên bo mạch PCB không được thay đổi đột ngột và các góc phải được chuyển tiếp theo hình vòng cung, tránh các góc vuông hoặc góc nhọn càng nhiều càng tốt.
Lắp các tụ điện tách trên chip và ống chuyển mạch MOS càng gần nguồn điện và các chân nối đất song song với thiết bị càng tốt.
Do có Ldi/dt trong dây nối đất nên bo mạch và khung PCB được kết nối gián tiếp bằng các cột đồng. Đối với những nơi không phù hợp để kết nối trụ đồng, dây dày hơn được sử dụng và nối đất gần đó.
Thêm mạch hấp thụ RC ở cả hai đầu của ống chuyển mạch và diode chỉnh lưu đầu ra để hấp thụ điện áp đột biến.
