Gyakori problémák a kapcsolóüzemű tápegységek EMI-tesztelésénél

Jelenleg az elektronikai termékek elektromágneses kompatibilitásának problémája egyre több figyelmet kap. A világ különösen fejlett országai alkottak egy teljes elektromágneses kompatibilitási rendszert. Ezzel párhuzamosan hazánk is létrehoz egy elektromágneses kompatibilitás rendszer. Ezért a megvalósítása EMI tesztelés termékei egy útlevél a nemzetközi piacra való belépéshez. LISUN EMI tesztrendszer EMI-9KB teljes mértékben megfelel CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743, FCC, EN55015 és a EN55022.

A kapcsolóüzemű tápegység esetében, mivel a kapcsolócső és az egyenirányító cső nagy áram és nagy feszültség mellett működik, erős elektromágneses interferenciát okoz a külvilág felé, így a kapcsoló tápegység vezetési kibocsátása és elektromágneses sugárzás kibocsátása nehezebb, mint más termékek. Az elektromágneses kompatibilitás elérése érdekében, de ha jól ismerjük a kapcsolóüzemű tápegységek által keltett elektromágneses interferencia elvét, nem nehéz megfelelő ellenintézkedéseket találni a vezetett emissziós szint és a kisugárzott emissziós szint megfelelő szintre történő csökkentésére az elektromágneses kompatibilitási tervezés megvalósításához.

EMI tesztelési alkalmazás

Az elektromágneses interferencia előállítási mechanizmusa és terjedési módja kapcsolóüzemű tápegységben
A teljesítménykapcsoló eszközök magas kapcsolási hatása a fő oka elektromágneses interferencia (EMI) kapcsolóüzemű tápegységekben. A kapcsolási frekvencia növelése egyrészt csökkenti a tápegység méretét és súlyát, és súlyosabb állapotokhoz vezet EMI problémák másrészt. Elektromágneses interferencia A kapcsolóüzemű tápegységek két típusra oszlanak: végzett interferenciát és a sugárzott interferencia. Általában végzett interferenciát jobban elemezhető, és az áramkörelméleti és a matematikai ismeretek kombinálhatók az elektromágneses interferencia különböző összetevőinek jellemzőinek tanulmányozására; de a sugárzott interferencia az áramkörben lévő különböző zavarforrások átfogó hatása miatt az elektromágneses térelméletet is magában foglalja, nehezebb elemezni. E két interferencia mechanizmusát az alábbiakban röviden bemutatjuk. A vezetett interferencia közös módú (Common Mode-CM) interferenciára és differenciális módú (Differential Mode-DM) interferenciára osztható. A kapcsolóüzemű tápegységben élősködő paraméterek megléte és a kapcsolókészülékek nagyfrekvenciás be- és kikapcsolása miatt a kapcsolóüzemű tápegység nagy közös módú interferenciát és differenciálmódú interferenciát kelt a bemenetén (azaz a váltakozó áramú hálózat oldalán).

Közös módú (CM) interferencia
Amikor az átalakító nagy frekvencián működik, a nagy dv/dt miatt a transzformátor tekercsei, valamint a kapcsolócső és a hűtőborda közötti parazita kapacitás gerjesztődik, ami közös módú interferenciát eredményez.
A közös módú interferencia elve szerint a gyakorlati alkalmazásokban gyakran használják a következő elnyomási módszereket:
1. Optimalizálja az áramköri alkatrészek elrendezését a parazita és csatolási kapacitások minimalizálása érdekében.
2. Késleltesse a kapcsoló be- és kikapcsolási idejét. Ez azonban nincs összhangban a nagyfrekvenciás kapcsolóüzemű tápegység trendjével.
3. A dv/dt változási sebességének lelassításához alkalmazzon védőáramkört.

Differenciális módú (DM) interferencia
A kapcsolóátalakítóban az áramot nagy frekvencián kapcsolják, ami nagy di/dt-t eredményez a bemeneti és kimeneti szűrőkondenzátorokon, vagyis a zavaró feszültség a szűrőkondenzátor egyenértékű induktivitására vagy impedanciájára indukálódik. Ekkor differenciál üzemmódú interferencia lép fel. Ezért a jó minőségű szűrőkondenzátorok kiválasztása (az egyenértékű induktivitás vagy impedancia nagyon alacsony) csökkentheti a differenciális üzemmódú interferenciát.

Kisugárzott interferencia keletkezése és terjedése
Sugárzási interferencia tovább osztható közeli interferenciára (a mérési pont és a térforrás távolsága <λ/6 (λ az interferencia elektromágneses hullám hullámhossza)) és távoli interferenciára (a mérési pont és a térforrás távolsága>λ/6). Maxwell elektromágneses térelmélete szerint a vezetőben lévő változó áram változó mágneses teret hoz létre a körülötte lévő térben, ami viszont változó elektromos mezőt hoz létre, és mindkettő engedelmeskedik a Maxwell-egyenleteknek. Ennek a változó áramnak a nagysága és frekvenciája határozza meg a generált elektromágneses tér nagyságát és tartományát. A sugárzáskutatásban az antenna az elektromágneses sugárzás forrása. A kapcsolóüzemű tápkörben a főáramkörben lévő alkatrészek és csatlakozások tekinthetők antennának, amely az elektromos dipólus és a mágneses dipólus elméletének alkalmazásával elemezhető. Az elemzés során elektromos dipólusoknak tekinthetők a diódák, kapcsolócsövek, kondenzátorok stb. Az induktív tekercsek mágneses dipólusnak tekinthetők, majd a vonatkozó elektromágneses tér elmélettel átfogó elemzést végezhetünk.

A kapcsolóüzemű tápegység működése közben a belső feszültség és áram hullámformái nagyon rövid időn belül emelkednek és csökkennek. Ezért maga a kapcsolóüzemű tápegység zajforrás. A kapcsolóüzemű tápegység által keltett interferencia két típusra osztható: csúcsinterferencia és harmonikus interferencia a zaj-interferenciaforrás típusa szerint; ha a csatolási út szerint osztjuk fel, akkor két típusra osztható: vezetési interferencia és sugárzási interferencia. Az alapvető módja annak, hogy a tápegység által keltett interferencia ne okozzon kárt az elektronikai rendszerben és az elektromos hálózatban, a zajforrás gyengítése, vagy a tápzaj és az elektronikus rendszer és az elektromos hálózat közötti csatolási út elvágása.

Kapcsolóüzemű tápegység

A zaj-interferencia forrásának megfelelően külön magyarázza el
1.A dióda fordított helyreállítási ideje által okozott interferencia
Az AC bemeneti feszültséget a teljesítménydióda egyenirányító hídja szinuszos pulzáló feszültséggé alakítja, majd a kondenzátor általi simítás után egyenárammá válik, de a kondenzátoráram hullámalakja nem szinusz, hanem impulzushullám. Az áram hullámformájából látható, hogy az áram magasabb harmonikusokat tartalmaz. Nagy mennyiségű áramharmonikus komponens áramlik az elektromos hálózatba, ami harmonikus szennyezést okoz az elektromos hálózatban. Ezenkívül, mivel az áram impulzushullám, a tápegység bemeneti teljesítménytényezője csökken. Ha a nagyfrekvenciás egyenirányító áramkörben az egyenirányító dióda előrevezető, akkor nagy előremenő áram folyik. Amikor a fordított előfeszítő feszültség kikapcsolja, a PN átmenetben több vivő felhalmozódása miatt az áramvezető A vivő eltűnése előtti ideig az áram az ellenkező irányba fog folyni, ami a vivő eltűnésének fordított visszaállító áramának éles csökkenését és nagy áramváltozást (di/dt) eredményez.

kondenzátor

2. A kapcsolócső működése során keletkező harmonikus interferencia
Amikor a tápkapcsoló csövét bekapcsolják, nagy impulzusáram folyik. Például az előremenő típusú, a push-pull típusú és a híd típusú konverter bemeneti áram hullámalakja megközelítőleg téglalap alakú rezisztív terhelés esetén, amely bőségesen tartalmaz magas rendű harmonikus komponenseket. Ha nulláramú, nulla feszültségű kapcsolást használnak, ez a harmonikus interferencia minimális lesz. Ezenkívül a nagyfrekvenciás transzformátor tekercsének szivárgási induktivitása által okozott hirtelen áramváltozás a tápkapcsoló cső kikapcsolási időszakában szintén csúcsinterferenciát okoz.

Harmonikus interferencia keletkezik, amikor a kapcsoló cső

3. Az AC bemeneti áramkör által okozott interferencia
A kapcsolóüzemű tápegység bemeneti végén lévő egyenirányító cső teljesítményfrekvencia-transzformátor nélkül nagyfrekvenciás csillapított oszcillációt okoz a fordított helyreállítási időszakban, és interferenciát okoz. A kapcsolóüzemű tápegység által generált interferencia-csúcs- és harmonikus interferenciaenergiát, a kapcsolóüzemű táp bemeneti és kimeneti vonalain keresztül keletkező zavarást vezetési interferenciának nevezzük; a harmonikus és parazita oszcilláció energiája pedig a bemeneti és kimeneti vonalakon keresztül terjedve a térben lesz. Elektromos és mágneses mezőket generálnak. Ezt az interferenciát a elektromágneses sugárzás sugárzott interferenciának nevezzük.

4. Egyéb okok
Az alkatrészek parazita paraméterei és a kapcsolóüzemű tápegység sematikus kialakítása nem tökéletes. A nyomtatott áramköri lap (PCB) vezetékezése általában manuálisan történik, ami nagy véletlenszerűséggel rendelkezik. A NYÁK közeli terepi interferenciája nagy, és a telepítés és az ésszerűtlen elhelyezés és orientáció EMI interferencia. Ez megnehezíti a PCB-eloszlási paraméterek kinyerését és a közeli terepi interferencia becslését.

A Flyback architektúra zaj reakciója a spektrumban
• A 0.15 MHz-en generált rezgés a kapcsolási frekvencia 3. harmonikusa által okozott interferencia;
• A 0.2 MHz-en generált rezgés a kapcsolási frekvencia 4. harmonikusának és a Mosfet 2. rezgés alaphullámának (190.5 KHz) szuperpozíciója által okozott interferencia; így ez a rész erősebb;
• A 0.25 MHz-en generált rezgés a kapcsolási frekvencia 5. felharmonikusa által okozott interferencia;
• A 0.35 MHz-en generált rezgés a kapcsolási frekvencia 7. harmonikusa által okozott interferencia;
• A 0.39 MHz-en generált rezgés a kapcsolási frekvencia 8. harmonikusának és a Mosfet 2. rezgés alaphullámának (190.5 KHz) szuperpozíciója által okozott interferencia;
• Az 1.31 MHz-en generált rezgés az 1. dióda oszcilláció (1.31 MHz) alaphulláma által okozott interferencia;
• A 3.3 MHz-en generált rezgés az 1. Mosfet oszcilláció (3.3 MHz) alaphulláma által okozott interferencia;

A kapcsolóüzemű tápegység jellemzői EMI
Kapcsolt állapotban működő energiaátalakító eszközként a kapcsolóüzemű tápegység feszültség- és áramváltozási sebessége nagyon magas, az interferencia intenzitása viszonylag nagy; az interferenciaforrások főként az áramkapcsolási időszakra koncentrálódnak, és a hozzá kapcsolódó radiátor és magasszintű transzformátor. Az áramköri zavarforrás helye viszonylag világos; a kapcsolási frekvencia nem magas (tíz kilohertztől és több megahertztől), és az interferencia fő formái a vezetett interferencia és a közeli interferencia; és a nyomtatott áramköri lapok (PCB) nyomait általában manuálisan kötik be. Nagyobb a véletlenszerűsége, ami megnehezíti a PCB-eloszlási paraméterek és a közeli terepi interferenciák kinyerését.

Intézkedések az elektromágneses zavarok megelőzésére a kapcsolóüzemű tápegységek tervezésekor
• Minimalizálja a PCB rézfólia területét a zajos áramkörök csomópontjainál, mint például a kapcsolócsövek lefolyó, kollektor, primer és szekunder tekercs csomópontja stb.;
• Tartsa távol a bemeneti és kimeneti kapcsokat a zajos komponensektől, mint például a transzformátorhuzalok, transzformátormagok, kapcsolócsövek hűtőbordái stb.;
• Tartsa távol a zajos alkatrészeket (például árnyékolatlan transzformátorhuzalok, árnyékolatlan transzformátormagok és kapcsolók stb.) a burkolat szélétől, amely normál működés közben valószínűleg közel van a külső földelővezetékhez;
• Ha a transzformátor nincs elektromos térrel árnyékolva, tartsa távol az árnyékolást és a hűtőbordát a transzformátortól;
• Minimalizálja a következő áramhurkok területét: szekunder (kimeneti) egyenirányítók, primer kapcsolóüzemű eszközök, kapu (alap) hajtásvezetékek, segéd egyenirányítók;
• Ne keverje össze a kapu (alap) meghajtó visszacsatoló hurkát a primer kapcsoló áramkörével vagy a segéd egyenirányító áramkörrel;
• Állítsa be és optimalizálja a csillapítási ellenállás értékét úgy, hogy az ne adjon ki csengő hangot a kapcsoló holtidejében;
• Megakadályozza az EMI szűrő induktor telítését;
• Tartsa távol a szekunder kör forgó csomópontjait és alkatrészeit az elsődleges kör árnyékolásától vagy a kapcsoló hűtőbordájától;
• Tartsa távol a primer áramkör lengőcsomópontjait és az alkatrészek testét a pajzsoktól vagy hűtőbordáktól;
• Helyezze a nagyfrekvenciás bemenet EMI-szűrőjét a bemeneti kábel vagy a csatlakozó végéhez közel;
• Tartsa a nagyfrekvenciás kimenet EMI-szűrőjét a kimeneti vezetékek kapcsai közelében;
• Tartson bizonyos távolságot az EMI-szűrő ellentétes oldalán lévő nyomtatott áramköri lap rézfóliája és az alkatrész teste között; tegyen néhány ellenállást a segédtekercs egyenirányítójának vonalára; csatlakoztassa a csillapító ellenállásokat párhuzamosan a mágnesrúdtekerccsel; csatlakoztassa párhuzamosan a kimeneti RF szűrő mindkét végét Csillapítási ellenállás;
• A NYÁK-ban megengedett egy 1nF/500V kerámia kondenzátor vagy egy sor ellenállás elhelyezése, amely a transzformátor primer statikus végén és a segédtekercsen keresztül van összekötve;
• Tartsa távol az EMI-szűrőt a transzformátortól, különösen a burkolat végén;
• Ha a NYÁK területe elegendő, az árnyékoló tekercsek tüskéi és az RC csappantyúk elhelyezésének helye a NYÁK-on hagyható, és az RC csappantyúk az árnyékoló tekercsek mindkét végére csatlakoztathatók;
• Helyezzen egy kis radiális vezetékkondenzátort (Miller, 10 picofarad/1kV) a kapcsolóteljesítményű FET leeresztőnyílása és kapuja közé, ha a hely megengedi;
• Helyezzen egy kis RC csappantyút a DC kimenetre, ha a hely engedi;
• Ne helyezze az AC aljzatot az elsődleges kapcsoló hűtőbordájához.

EMI-9KB EMI tesztvevő

EMI ellenintézkedések a sugárzásban
Túlzott szélessávú zaj a 30-300 MHz-es frekvenciasávban
1. Ellenőrizze egy leválasztó mágneses gyűrű (nyitható és zárható) hozzáadásával a tápvezetékre. Ha van javulás, az azt jelenti, hogy az elektromos vezetékhez kapcsolódik. A következő hibajavítási módszereket alkalmazzuk: Ha a készülék beépített szűrővel rendelkezik, ellenőrizze, hogy a szűrő földelése megfelelő-e. Jó, ha a földelő vezeték a lehető legrövidebb-e;

2. A fémházas szűrő földelése lehetőleg közvetlenül a ház és a talaj közötti nagy kötési felületen keresztül történik. Ellenőrizze, hogy a szűrő bemeneti és kimeneti vonalai közel vannak-e egymáshoz. Megfelelően állítsa be az X/Y kondenzátor kapacitását, a differenciál üzemmódú induktivitást és a közös módú fojtótekercs induktivitását; ügyeljen a biztonsági kérdésekre az Y kondenzátor beállításakor; a paraméterek megváltoztatása javíthatja egy adott szakasz sugárzását, de más frekvenciaváltozásokhoz vezet. Gyenge, ezért továbbra is próbálnia kell megtalálnia a legjobb kombinációt. Ez egy jó módszer a trigger elektróda ellenállásának megfelelő növelésére; hatékonyan csökkenthető úgy is, hogy egy kis kondenzátort csatlakoztatunk a kapcsolótranzisztor kollektorához (vagy a MOS tranzisztor leeresztőjéhez), vagy a szekunder kimeneti egyenirányítót a földhöz Common Mode Switching Noise.

3. A kapcsolóüzemű tápegység kártyájának vezérelnie kell az egyes hurkok visszatérési területét a NYÁK-kábelezés során, ami nagymértékben csökkentheti a differenciális üzemmódú sugárzást. Adjon hozzá 104/103-as kondenzátorokat a nyomtatott áramköri lapokhoz a teljesítmény leválasztásához; a többrétegű kártya bekötésénél a tápsíknak és az alaplapnak közel kell lenniük egymáshoz; összehasonlítás és ellenőrzés céljából állítson be egy mágneses gyűrűt a tápvezetékre, amelyet később hozzáadhat az egyetlen táblához. Ennek eléréséhez közös módú induktorokat használnak, vagy mágnesgyűrűt fecskendeznek a kábelre. A bemeneti AC vonal L vonalának hosszának a lehető legrövidebbnek kell lennie; az árnyékoló berendezésen belül, hogy van-e zavarforrás a lyukak közelében; hogy van-e szigetelőfesték szórva a szerkezeti részek átlapolt illesztéseire, összehasonlító vizsgálat céljából csiszolóruhával törölje le a szigetelőfestéket. Ellenőrizze, hogy a földelő csavart szigetelőfestékkel permetezték-e, és hogy a földelés megfelelő-e.

Lisun Az Instruments Limitedet megtalálta LISUN GROUP A 2003. LISUN minőségbiztosítási rendszert szigorúan ISO9001:2015 tanúsított. CIE tagként LISUN a termékeket a CIE, IEC és más nemzetközi vagy nemzeti szabványok alapján tervezték. Minden termék megfelelt a CE tanúsítványnak, és a harmadik fél laboratóriuma hitelesítette.

Fő termékek: goniofotométer, Integráló gömb, Spektrodiodiométer, Túlfeszültség-generátor, ESD szimulátor fegyverek, EMI vevő, EMC tesztberendezés, Elektromos biztonsági tesztelő, Környezetvédelmi Kamara, Hőmérséklet kamra, Klímakamra, Termikus kamra, Sópermet-teszt, Porvizsgáló kamra, Vízálló teszt, RoHS teszt (EDXRF), Izzó huzal teszt és a Tűláng teszt.

Ha bármilyen támogatásra van szüksége, forduljon hozzánk bizalommal.
Műszaki osztály: Service@Lisungroup.com, Cell/WhatsApp:+8615317907381
Értékesítési részleg: Sales@Lisungroup.com, Cell/WhatsApp:+8618117273997