Kapcsolt tápegység EMI szimulációs tervezése
A kapcsolási frekvencia és a teljesítménysűrűség növekedésével a kapcsolóüzemű tápegységen belüli elektromágneses környezet egyre bonyolultabbá válik, és elektromágneses kompatibilitása a tápegység tervezésének fő szempontja és komoly nehézsége lett. A hagyományos tervezési módszerben az EMC problémát empirikus tervezéssel kezelik, és az EMC problémát csak a prototípus elkészítése után lehet véglegesen figyelembe venni. A hagyományos EMC megoldás csak további alkatrészeket tud hozzáadni, ami befolyásolhatja az eredeti vezérlőkör sávszélességét, ami a legrosszabb esetben az egész rendszer újratervezését és a tervezési költségek növekedését eredményezheti. Ennek elkerülése érdekében figyelembe kell venni az EMC-problémákat a tervezési folyamat során, bizonyos pontossággal elemezni és előre jelezni a kapcsolóüzemű tápegység EMI-jét, valamint javítani kell a tervezést az interferencia mechanizmusa és annak eloszlása szerint az egyes frekvenciasávokban. csökkenti az EMI szintet, ezzel csökkentve a tervezési költségeket.
2 kapcsolóüzemű tápegység EMI jellemzői és besorolása
A kapcsolóüzemű tápegység vezetett elektromágneses interferenciájának előrejelzéséhez tisztázni kell annak generálási mechanizmusát és a zajforrások jellemzőit. A tápkapcsoló cső nagy sebességű kapcsolási hatása miatt feszültsége és áramváltozási sebessége nagyon magas, a felfutó él és a lefutó él pedig gazdag magasabb harmonikusokat tartalmaz, így az elektromágneses interferencia intenzitása nagy; A kapcsolóüzemű tápegység elektromágneses zavarása elsősorban a diódák, teljesítménykapcsoló készülékek, radiátorok és a hozzájuk kapcsolódó nagyfrekvenciás transzformátorok környezetében összpontosul; Mivel a kapcsolócső kapcsolási frekvenciája több tíz kHz-től több MHz-ig terjed, a kapcsolóüzemű tápegység interferenciaformái főként vezetett interferencia és közeli terepi interferencia. Ezek között a zajterjedési útvonalon keresztül vezetett interferencia kerül az elektromos hálózatba, és zavarja az elektromos hálózathoz csatlakoztatott más eszközöket.
A kapcsolóüzemű tápegység vezetett zavarása két kategóriába sorolható.
1) Differenciális módú (DM) interferencia. A DM zajt főként a di/dt okozza. A parazita induktivitás és ellenállás révén a feszültség alatt álló vezeték és a nulla vezeték közötti hurokban terjed, így a két vezeték között Idm áramot hoz létre, amely nem képez hurkot a földelővezetékkel.
2) közös módú (CM) interferencia. A CM zajt főként a dv/dt okozza. A NYÁK szórt kapacitása a két tápvezeték és a föld közötti hurokban terjed, az interferencia pedig a vonal és a föld közé hatol. Az interferenciaáram fele-fele arányban folyik mind a két vonalon, közös hurokként földelve. A tényleges áramkörben a kiegyensúlyozatlan vonali impedancia miatt a közös módú jelinterferencia áthallás interferenciává alakul, amelyet nem könnyű kiküszöbölni.
EMI szimulációs elemzése kapcsolóüzemű tápegységben
Elméletileg, legyen szó idő- vagy frekvenciatartomány-szimulációról, mindaddig, amíg egy ésszerű elemzési modellt felállítottak, a szimulációs eredmények megfelelően tükrözhetik a rendszer EMI kvantálási fokát.
Az időtartományos szimulációs módszernek létre kell hoznia egy áramköri modellt, amely tartalmazza az átalakító összes komponensparaméterét, PSPICE vagy Sabre szoftvert kell használnia a szimulációs elemzéshez, és a gyors Fourier-elemző eszközt kell használnia az EMI spektrum hullámformájának megszerzéséhez. Ezt a módszert a DM zaj elemzése során igazolták. Azonban a félvezető eszközök, például a MOSFET és az IGBT nemlineáris jellemzői és szórt paraméterei a kapcsolóüzemű tápegységben nagyon bonyolulttá teszik a modellt, és a kapcsolóüzemű áramköri topológiája folyamatosan változik, amikor működik, ami a nem konvergencia problémájához vezet. szimuláció. A CM zaj vizsgálatakor minden parazita elem paramétert figyelembe kell venni. A parazita paraméterek hatása miatt az FFT eredmények nehezen egyeztethetők össze a kísérleti eredményekkel. A kapcsolóteljesítmény-átalakítók általában az időállandók széles tartományában működnek, főleg három időállandó csoportot foglalnak magukban: a kimeneti kapocs alapfrekvenciájához kapcsolódó időállandók (tíz ms); A kapcsolóelemek kapcsolási frekvenciájához kapcsolódó időállandó (tíz μs); Időállandó (több ns), amely a kapcsolóelem be- vagy kikapcsolásakor az emelkedési és esési időhöz kapcsolódik.
Emiatt az időtartomány-szimulációban nagyon kis számítási lépést kell alkalmazni, és a számítás befejezése hosszú időt vesz igénybe; Ezenkívül az időtartományos módszerrel kapott eredmények gyakran nem tudják egyértelműen elemezni az áramkör különböző változóinak interferenciára gyakorolt hatását, nem tudják mélyen megmagyarázni a kapcsolóüzemű tápegység EMI viselkedését, és nem ítélik meg az EMI-mechanizmust, és nem tudják megadni. tiszta megoldás az EMI csökkentésére.
