Blogue PCB - Analyse de modélisation de compatibilité électromagnétique de la carte PCB de puissance de commutation

Dans la modélisation et l'analyse de la compatibilité électromagnétique des cartes PCB d'alimentation à découpage, le chemin d'interférence du bruit du commutateur fournit des conditions de couplage pour la source d'interférence et l'équipement perturbé, ce qui est particulièrement important pour l'étude de leur interférence de mode commun et de leur interférence de mode différentiel. Le modèle à haute fréquence des principaux composants du circuit et le modèle de circuit pour le bruit de mode commun et de mode différentiel ont été principalement analysés, fournissant une aide utile à la conception d'optimisation CEM de la carte PCB à alimentation à découpage. Les interférences de mode commun et les interférences de mode différentiel de l'alimentation à découpage ont des effets différents sur le circuit. En général, le bruit de mode différentiel prédomine aux basses fréquences et le bruit de mode commun aux hautes fréquences, et l'effet radiatif du courant de mode commun est généralement plus élevé que celui du courant de mode différentiel. L'effet de rayonnement est beaucoup plus important, il est donc nécessaire de faire la distinction entre les perturbations de mode différentiel et les perturbations de mode commun dans l'alimentation. Pour différencier les interférences de mode différentiel des interférences de mode commun, nous devons d'abord étudier le mode de couplage de base de l'alimentation à découpage et, sur cette base, établir le chemin du circuit du courant de bruit de mode différentiel et du courant de bruit de mode commun. Le couplage par conduction de l'alimentation à découpage comprend principalement: un couplage par conduction du circuit, un couplage capacitif, un couplage inductif et un mélange de ces méthodes de couplage.

1. Le modèle de chemin de bruit de mode commun et de mode différentiel dans une alimentation à découpage forme la capacité de couplage CW présente entre les enroulements primaire et secondaire du transformateur haute fréquence, la capacité parasite CK présente entre le tube de puissance et le radiateur, les paramètres parasites du tube de puissance lui - même et le couplage mutuel entre les fils imprimés. Les paramètres parasites tels que l'inductance mutuelle, l'auto - inductance, la capacité mutuelle, l'auto - capacité, l'impédance, etc., constituent des chemins de bruit de mode commun et de bruit de mode différentiel, formant ainsi des perturbations de conduction de mode commun et de mode différentiel. Sur la base de l'analyse des modèles de paramètres parasites résistifs, inductifs et capacitifs des dispositifs de commutation de puissance, des transformateurs et des conducteurs imprimés, il est possible d'obtenir un modèle de chemin de courant de bruit du transformateur. L'inductance parasite interne et la capacité du tube de commutation de puissance du modèle haute fréquence des principaux composants du circuit affectent les performances haute fréquence du circuit. Ces condensateurs font circuler un courant de fuite perturbateur haute fréquence vers le substrat métallique et il existe une capacité parasite CK entre le tube de puissance et le radiateur. Pour des raisons de sécurité, les radiateurs sont généralement mis à la terre, ce qui fournit un chemin de bruit de mode commun. Lorsque le convertisseur PWM fonctionne, avec le fonctionnement du dispositif de commutation, le bruit de mode commun est également généré en conséquence. Pour un convertisseur à demi - pont, la tension de drain de l'interrupteur Q1 est toujours U1 et le potentiel de source varie entre 0 et U1 / 2 lorsque l'état de commutation change; Le potentiel de source de Q2 est toujours 0 et les potentiels de drain sont 0 et U1 / 2. Pour maintenir un bon contact entre le tube interrupteur et le radiateur, il est fréquent d'ajouter une Rondelle isolante ou un gel de silice isolant de bonne conductivité thermique entre le fond du tube interrupteur et le radiateur. Ceci le rend équivalent à avoir un condensateur CK couplé en parallèle entre le point A et la masse. Lorsque l'état des interrupteurs Q1 et Q2 change de sorte que le potentiel du point a change, un courant de bruit ick sera généré par CK, comme représenté sur la figure 2. Le courant passe du radiateur au châssis, c'est - à - dire à la masse, qui présente une impédance de couplage avec la ligne d'alimentation principale, formant un chemin de bruit de mode commun représenté en pointillés sur la figure 2. Le courant de bruit de mode commun crée ainsi une chute de tension sur l'impédance de couplage Z entre la masse et la ligne d'alimentation principale, formant ainsi un bruit de mode commun. Le transformateur d'isolement est une mesure largement utilisée de suppression des interférences sur les lignes électriques. Sa fonction essentielle est de réaliser une isolation électrique entre les circuits, en résolvant les interférences mutuelles entre les dispositifs causées par la boucle de masse. Pour un transformateur idéal, il ne peut transporter qu'un courant de mode différentiel et non un courant de mode commun, car pour un courant de mode commun, il est au même potentiel entre les deux bornes du transformateur idéal, de sorte qu'il ne peut pas générer de champ magnétique sur l'enroulement et ne peut pas avoir de chemin de courant de mode commun, jouant ainsi un rôle de suppression du bruit de mode commun. Le transformateur d'isolation proprement dit comporte un condensateur de couplage CW entre le primaire et le secondaire. De tels condensateurs de couplage sont créés en raison de la présence d'un écart non diélectrique et physique entre les enroulements du transformateur, fournissant un chemin pour le courant de mode commun. Les transformateurs d'isolation ordinaires ont un certain effet inhibiteur sur le bruit de mode commun, Mais en raison de la capacité répartie entre les enroulements, l'effet de suppression des interférences de mode commun diminue avec l'augmentation de la fréquence. L'inhibition des perturbations de mode commun par un transformateur d'isolation ordinaire peut être estimée par le rapport de la capacité de distribution entre le primaire et le secondaire à la capacité de distribution de l'appareil à la masse. Typiquement, la capacité de répartition entre le primaire et le secondaire est de quelques centaines de PF et la capacité de répartition vers la masse est de quelques à quelques dizaines de NF, de sorte que la valeur d'atténuation de l'interférence de mode commun est de l'ordre de 10 à 20 fois, soit de 20 à 30 DB. Pour améliorer la capacité de réjection du transformateur d'isolement au bruit de mode commun, il est essentiel d'avoir une capacité de couplage plus petite. Il est ainsi possible d'ajouter un blindage entre le primaire et le secondaire du transformateur. Le blindage n'affecte pas défavorablement le transfert d'énergie du transformateur, mais affecte la capacité de couplage entre les enroulements. Un transformateur d'isolation à couche de blindage permet, outre de supprimer les perturbations de mode commun, de supprimer les perturbations de mode différentiel en utilisant une couche de blindage. La méthode spécifique consiste à connecter le blindage du transformateur à l'extrémité neutre de l'enroulement primaire. Pour un signal de fréquence de fonctionnement de 50 Hz, il peut encore être transmis au secondaire par effet transformateur sans atténuation grâce à la haute résistance formée par le primaire et le blindage. Pour les perturbations de mode différentiel de fréquence plus élevée, cette partie des perturbations est renvoyée directement au réseau électrique par la capacité de distribution et la connexion entre le blindage et le neutre primaire, sans entrer dans le circuit secondaire, car la tolérance entre le primaire et la couche de blindage devient plus faible. Il est donc très important de modéliser les hautes fréquences du transformateur et surtout de prendre en compte de nombreux paramètres parasites du transformateur tels que: l'inductance de fuite, la capacité répartie entre le côté primaire et le côté secondaire, etc., qui ont un impact important sur le niveau EMI de mode commun. En pratique, un dispositif de mesure d'impédance peut être utilisé pour mesurer les principaux paramètres d'un transformateur, ce qui permet d'obtenir ces paramètres et de les analyser par simulation. Cellule d'électrolyse à courant continu