פתרון עיצוב תאימות אלקטרומגנטית עבור אספקת חשמל מיתוג בתדר גבוה
אם בעיית ההפרעות האלקטרומגנטיות (EMI) של ספק הכוח המתג בתדר גבוה עצמו אינה מטופלת היטב, היא לא רק תגרום בקלות לזיהום רשת החשמל ותשפיע ישירות על הפעולה הרגילה של ציוד חשמלי אחר, אלא גם תיצור בקלות זיהום אלקטרומגנטי. לתוך החלל, וכתוצאה מכך בעיה גבוהה של תאימות אלקטרומגנטית (EMC) של אספקת חשמל מיתוג תדר. מאמר זה מתמקד בניתוח ההפרעה האלקטרומגנטית החורגת מהבעיה הסטנדרטית של 1200W (24V/50A) מודול אספקת חשמל מיתוג בתדר גבוה המשמש בלוחות אספקת חשמל של אותות רכבת, ומציע אמצעי שיפור.
ניתן לחלק את ההפרעה האלקטרומגנטית הנוצרת על ידי אספקת חשמל מיתוג בתדר גבוה לשתי קטגוריות: הפרעה מוליכה והפרעת קרינה. הטרדה מנוהלת מועברת דרך ספק הכוח AC, בתדר מתחת ל-30MHz; הטרדה מוקרנת מועברת בחלל, בתדר שבין 30 ל-1000 מגה-הרץ.
ניתוח של מקורות הפרעות אלקטרומגנטיות של ספק כוח מיתוג בתדר גבוה
המיישר וצינור החשמל Q1 במעגל, צינורות החשמל Q2~Q5 במעגל של איור 1b, השנאי בתדר גבוה T1, ודיודות מיישר המוצא D1~D2 הם כל המקורות העיקריים להפרעות אלקטרומגנטיות כאשר ספק הכוח של מיתוג תדר פועל. נתח באופן ספציפי כמו להלן.
ההרמוניות מסדר גבוה שנוצרות במהלך תהליך היישור של המיישר יגרמו להפרעות הולכה והפרעות קרינה לאורך קו החשמל.
צינור כוח המיתוג פועל במצב הפעלה וכיבוי בתדר גבוה. על מנת להפחית את הפסדי המיתוג ולשפר את צפיפות ההספק והיעילות הכוללת, צינור המיתוג נדלק ונכבה מהר יותר ויותר, בדרך כלל תוך מספר מיקרו שניות. הפעלה וכיבוי במהירות כזו יוצרת מתח נחשול וזרם נחשולים, אשר יוצר הרמוניות שיא בתדר גבוה ובמתח גבוה, הגורם להפרעה אלקטרומגנטית לקווי כניסת החלל וה-AC.
בעוד שנאי בתדר גבוה T1 מבצע המרת הספק, הוא מייצר שדה אלקטרומגנטי לסירוגין ומקרין גלים אלקטרומגנטיים לחלל, ויוצר הטרדת קרינה. השראות והקיבול המבוזרים של השנאי מייצרים תנודה ומקושרים ללולאת הכניסה AC דרך הקיבול המבוזר בין השלבים הראשוניים והמשניים של השנאי, ויוצרים הפרעה מוליכה.
כאשר מתח המוצא נמוך יחסית, דיודת מיישר המוצא פועלת במצב מיתוג בתדר גבוה, המהווה גם מקור להפרעה אלקטרומגנטית.
בשל השראות הטפילית המובילה של הדיודה, קיבול הצומת והשפעת זרם התאוששות הפוך, היא פועלת תחת קצבי שינוי מתח וזרם גבוהים מאוד. ככל שזמן ההתאוששות ההפוכה של הדיודה ארוך יותר, כך גדלה ההשפעה של שיא הזרם. , ככל שאות ההפרעה הופך חזק יותר, וכתוצאה מכך תנודה מוחלשת בתדר גבוה, שהיא מעין הפרעת הולכה במצב דיפרנציאלי.
כל האותות האלקטרומגנטיים הללו מועברים לאספקת החשמל החיצונית דרך חוטי מתכת כגון קווי מתח, קווי אות וחוטי הארקה, ויוצרים הפרעה מוליכה. הפרעות מוקרנות נגרמות על ידי אותות הפרעות המוקרנים דרך חוטים והתקנים או דרך חיבורים המשמשים כאנטנות.
3. עיצוב תאימות אלקטרומגנטית להפרעה אלקטרומגנטית של ספק כוח מיתוג בתדר גבוה
הוסף מסנן מתח לכניסת ספק הכוח המיתוג כדי לדכא הרמוניות מסדר גבוה שנוצרות על ידי ספק כוח המיתוג.
הוספת טבעת מגנטית פריט לקווי החשמל הקלט והמוצא לא רק מדכאת את המצב המשותף בתדר גבוה בקווי החשמל, אלא גם מפחיתה את אנרגיית ההפרעה המוקרנת דרך קווי החשמל.
שמור את קו החשמל קרוב ככל האפשר לחוט ההארקה כדי לצמצם את אזור הלולאה של קרינת מצב דיפרנציאלי; נתב בנפרד את קו המתח AC הכניסה ואת קו החשמל DC הפלט כדי להפחית את הצימוד האלקטרומגנטי בין הקלט והפלט; הרחק את קו האות מקו החשמל וקרוב לקרקע הקווים צריכים להיות מנותבים, והקווים לא צריכים להיות ארוכים מדי כדי לצמצם את שטח הלולאה של הלולאה; רוחב הקווים בלוח ה-PCB לא צריך להיות פתאומי, השתמש במעברי קשת בפינות, והשתדל לא להשתמש בזוויות ישרות או בפינות חדות.
התקן קבלי ניתוק על השבב ועל צינור מתג MOS קרוב ככל האפשר לפיני המתח והארקה של המכשיר במקביל.
עקב קיומו של Ldi/dt בחוט הארקה, לוח ה-PCB והשלדה מחוברים בעקיפין באמצעות עמודי נחושת. לאלו שאינם מתאימים לחיבור עם עמודי נחושת, יש להשתמש בחוטים עבים יותר ולהארקה בקרבת מקום.
הוסף מעגל קליטה RC בשני הקצוות של צינור המתג ודיודת מיישר המוצא כדי לספוג את מתח הנחשול.
