Проект моделювання електромагнітних перешкод імпульсного джерела живлення
Зі збільшенням частоти перемикання та щільності потужності електромагнітне середовище всередині імпульсного джерела живлення стає все складнішим, а його електромагнітна сумісність стала головною темою та серйозною проблемою при проектуванні джерела живлення. У традиційному методі проектування проблема електромагнітної сумісності вирішується шляхом емпіричного проектування, і остаточно проблема електромагнітної сумісності може бути розглянута лише після створення прототипу. Традиційний засіб захисту від електромагнітної сумісності може лише додати додаткові компоненти, які можуть вплинути на вихідну пропускну здатність контуру керування, що призведе до гіршого випадку перепроектування всієї системи та збільшення вартості проектування. Щоб уникнути цієї ситуації, необхідно розглянути проблеми ЕМС у процесі проектування, проаналізувати та передбачити ЕМІ імпульсного джерела живлення з певною точністю та вдосконалити конструкцію відповідно до механізму перешкод та їх розподілу в кожній смузі частот, щоб знизити рівень електромагнітних перешкод, таким чином зменшивши вартість проектування.
2 Імпульсне джерело живлення EMI характеристики та класифікація
Для того, щоб передбачити кондуктивну електромагнітну інтерференцію імпульсного джерела живлення, необхідно з’ясувати механізм її генерації та характеристики джерел шуму. Завдяки високій швидкості перемикання трубки перемикача живлення швидкість зміни напруги та струму є дуже високою, а наростаючий і спадаючий фронти містять багаті вищі гармоніки, тому інтенсивність електромагнітних перешкод велика; Електромагнітні перешкоди імпульсного джерела живлення зосереджені в основному поблизу діодів, комутаційних пристроїв живлення, радіаторів і підключених до них високочастотних трансформаторів; Оскільки частота перемикання комутаційної трубки коливається від десятків кГц до кількох МГц, формами перешкод імпульсного джерела живлення є переважно кондуктивні перешкоди та перешкоди ближнього поля. Серед них кондуктивні перешкоди будуть вводитися в електромережу через шлях поширення шуму та створювати перешкоди іншим пристроям, підключеним до електромережі.
Кондуктивні перешкоди імпульсного джерела живлення можна розділити на дві категорії.
1) Перешкоди диференціального режиму (DM). Шум DM в основному спричинений di/dt. Через паразитну індуктивність і опір він поширюється в петлі між проводом під напругою та нейтральним проводом, створюючи струм Idm між двома проводами, який не утворює петлі з проводом заземлення.
2) синфазні перешкоди (CM). Шум CM в основному спричинений dv/dt. Блукаюча ємність друкованої плати поширюється в контурі між двома лініями живлення та землею, а перешкоди проникають між лінією та землею. Струм перешкод протікає навпіл по кожній із двох ліній із землею як загальною петлею. У фактичній схемі через незбалансований імпеданс лінії перешкоди синфазного сигналу будуть перетворені на перехресні перешкоди, які непросто усунути.
Імітаційний аналіз електромагнітних перешкод в імпульсному джерелі живлення
Теоретично, незалежно від того, чи це симуляція у часовій області чи симуляція в частотній області, якщо встановлено прийнятну модель аналізу, результати моделювання можуть правильно відображати ступінь квантування EMI системи.
Метод моделювання в часовій області потребує створення моделі схеми, включаючи всі параметри компонентів у перетворювачі, використання програмного забезпечення PSPICE або Sabre для аналізу моделювання та використання інструменту швидкого аналізу Фур’є для отримання спектральної форми сигналу EMI. Цей метод був перевірений при аналізі шуму DM. Однак нелінійні характеристики та паразитні параметри напівпровідникових пристроїв, таких як MOSFET і IGBT в імпульсному джерелі живлення, роблять модель дуже складною, а топологія схеми імпульсного джерела живлення постійно змінюється під час його роботи, що призводить до проблеми неконвергенції в моделювання. При дослідженні шуму КМ необхідно враховувати всі параметри паразитних елементів. Через вплив паразитних параметрів результати ШПФ важко співставити з експериментальними результатами. Імпульсні перетворювачі потужності зазвичай працюють у великому діапазоні постійних часу, в основному включаючи три групи постійних часу: постійні часу, пов’язані з основною частотою вихідного терміналу (десятки мс); Постійна часу (десятки мкс), пов'язана з частотою перемикання елементів перемикання; Постійна часу (кілька нс), пов’язана з часом наростання та часу спаду, коли перемикаючий елемент увімкнено або вимкнено.
З цієї причини при моделюванні у часовій області необхідно використовувати дуже малий крок обчислення, і для завершення обчислення потрібно багато часу; Крім того, результати, отримані за допомогою методу часової області, часто не можуть чітко проаналізувати вплив різних змінних у схемі на перешкоди, не можуть глибоко пояснити поведінку електромагнітних перешкод імпульсного джерела живлення та не мають судження про механізм електромагнітних перешкод і не можуть дати чітке рішення для зменшення EMI.
