EMI симулационен дизайн на импулсно захранване
С увеличаването на честотата на превключване и плътността на мощността, електромагнитната среда вътре в импулсното захранване става все по-сложна и неговата електромагнитна съвместимост се превърна в основен фокус и основна трудност при проектирането на захранването. При конвенционалния метод на проектиране проблемът с EMC се решава чрез емпиричен дизайн и проблемът с EMC може да бъде разгледан окончателно едва след като прототипът е създаден. Традиционното средство за EMC може да добави само допълнителни компоненти, които могат да повлияят на оригиналната честотна лента на контролната верига, което води до най-лошия случай на препроектиране на цялата система и увеличаване на разходите за проектиране. За да се избегне тази ситуация, е необходимо да се разгледат проблемите на EMC в процеса на проектиране, да се анализира и предвиди EMI на импулсното захранване с определена точност и да се подобри дизайнът според механизма на смущението и неговото разпределение във всяка честотна лента, за да намаляване на нивото на EMI, като по този начин намалява разходите за проектиране.
2 импулсно захранване EMI характеристики и класификация
За да се предскаже провежданата електромагнитна интерференция на импулсно захранване, е необходимо да се изясни механизмът на нейното генериране и характеристиките на източниците на шум. Поради високоскоростното превключване на тръбата на захранващия превключвател, скоростта на промяна на напрежението и тока е много висока, а нарастващият ръб и падащият ръб съдържат богати по-високи хармоници, така че интензитетът на електромагнитните смущения е голям; Електромагнитните смущения на импулсното захранване са концентрирани главно в близост до диоди, превключващи устройства, радиатори и високочестотни трансформатори, свързани с тях; Тъй като честотата на превключване на превключващата тръба варира от десетки kHz до няколко MHz, формите на смущения на импулсното захранване са главно проведени смущения и смущения в близкото поле. Сред тях, проведените смущения ще бъдат инжектирани в електрическата мрежа през пътя на разпространение на шума и ще пречат на други устройства, свързани към електрическата мрежа.
Проведените смущения на импулсното захранване могат да бъдат разделени на две категории.
1) Смущения в диференциалния режим (DM). DM шумът се причинява главно от di/dt. Чрез паразитна индуктивност и съпротивление той се разпространява във веригата между проводник под напрежение и неутрален проводник, генерирайки ток Idm между двата проводника, който не образува контур със заземяващия проводник.
2) смущения в общ режим (CM). CM шумът се причинява главно от dv/dt. Разсеяният капацитет на PCB се разпространява в контура между две захранващи линии и земята, а смущението навлиза между линията и земята. Токът на смущение протича наполовина по всяка от двете линии, като земята е общата верига. В действителната верига, поради небалансирания импеданс на линията, смущенията в общия режим на сигнала ще се трансформират в смущения от кръстосани смущения, които не са лесни за отстраняване.
Симулационен анализ на EMI в импулсно захранване
Теоретично казано, независимо дали става дума за симулация във времеви домейн или симулация на честотен домейн, стига да бъде установен разумен модел за анализ, резултатите от симулацията могат правилно да отразяват степента на квантуване на EMI на системата.
Методът за симулация във времева област трябва да създаде модел на верига, включващ всички компонентни параметри в преобразувателя, да използва софтуера PSPICE или Sabre за симулационен анализ и да използва инструмента за бърз анализ на Фурие, за да получи формата на вълната на спектъра на EMI. Този метод е проверен при анализа на DM шума. Въпреки това, нелинейните характеристики и отклонените параметри на полупроводникови устройства като MOSFET и IGBT в импулсното захранване правят модела много сложен и топологията на веригата на импулсното захранване се променя постоянно, когато работи, което води до проблема с неконвергенцията в симулация. При изследване на CM шум трябва да бъдат включени всички параметри на паразитни елементи. Поради влиянието на паразитните параметри, резултатите от FFT трудно могат да се съпоставят с експерименталните резултати. Превключващите преобразуватели на мощност обикновено работят в голям диапазон от времеви константи, включващи главно три групи времеви константи: времеви константи, свързани с основната честота на изходния терминал (десетки ms); Времеконстанта (десетки μ s), свързана с честотата на превключване на превключващите елементи; Времеконстанта (няколко ns), свързана с времето на нарастване и времето на спад, когато превключващият елемент е включен или изключен.
Поради тази причина при симулацията във времева област трябва да се използва много малка стъпка на изчисление и отнема много време за завършване на изчислението; В допълнение, резултатите, получени чрез метода на времевия домейн, често не могат ясно да анализират влиянието на различни променливи във веригата върху смущенията, не могат да обяснят задълбочено EMI поведението на импулсното захранване и им липсва преценката на EMI механизма и не могат да дадат ясно решение за намаляване на EMI.
