Dati PCB - Analisi di modellazione della compatibilità elettromagnetica della scheda PCB dell'alimentazione elettrica di commutazione

Nella scheda PCB di alimentazione di commutazione della modellazione e dell'analisi della compatibilità elettromagnetica, il percorso di interferenza del rumore del convertitore di commutazione fornisce condizioni di accoppiamento per la sorgente di interferenza e l'apparecchiatura interferente e la ricerca sulla sua interferenza in modo comune e l'interferenza in modo differenziale è particolarmente importante. Il modello ad alta frequenza dei componenti principali del circuito e il modello di circuito del rumore in modalità comune e differenziale vengono analizzati principalmente, il che fornisce un aiuto utile per la progettazione di ottimizzazione EMC della scheda PCB di alimentazione di commutazione. L'interferenza di modo comune e l'interferenza di modo differenziale dell'alimentazione di commutazione hanno effetti diversi sul circuito. Di solito, il rumore di modo differenziale domina alle basse frequenze e il rumore di modo comune domina alle alte frequenze e l'effetto di radiazione della corrente di modo comune è solitamente superiore a quello della corrente di modo differenziale. L'effetto di radiazione è molto più grande, quindi è necessario distinguere tra interferenza in modo differenziale e interferenza in modo comune nell'alimentazione elettrica. Per distinguere l'interferenza di modo differenziale dall'interferenza di modo comune, dobbiamo prima studiare la modalità di accoppiamento di base dell'alimentazione elettrica di commutazione e su questa base, possiamo stabilire i percorsi del circuito della corrente di rumore di modo differenziale e della corrente di rumore di modo comune. L'accoppiamento di conduzione dell'alimentazione di commutazione comprende principalmente: accoppiamento di conduzione del circuito, accoppiamento capacitivo, accoppiamento induttivo e una miscela di questi metodi di accoppiamento.

1. modelli di percorso del rumore in modalità comune e differenzialeNell'alimentazione elettrica di commutazione, si formano la capacità di accoppiamento CW esistente tra gli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore ad alta frequenza, la capacità vaga CK esistente tra il tubo di alimentazione e il radiatore, i parametri parassitari del tubo di alimentazione stesso e l'accoppiamento reciproco tra i fili stampati. L'induttanza reciproca, l'auto-induttanza, la capacità reciproca, l'auto-capacità, l'impedenza e altri parametri parassitari costituiscono i percorsi di rumore di modo comune e differenziale di modo, formando così l'interferenza condotta in modo comune e differenziale di modo. Sulla base dell'analisi dei modelli di parametri parassitari di resistenza, induttanza e capacità di dispositivi di commutazione di potenza, trasformatori e conduttori stampati, è possibile ottenere il modello di percorso della corrente di rumore del convertitore.2. Modello ad alta frequenza dei componenti principali del circuitoL'induttanza parassitaria interna e la capacità del tubo dell'interruttore di alimentazione influenzano le prestazioni ad alta frequenza del circuito. Questi condensatori fanno fluire la corrente di perdita di interferenza ad alta frequenza al substrato metallico e c'è una capacità vaga CK tra il tubo di alimentazione e il dissipatore di calore. Per motivi di sicurezza, il dissipatore di calore è solitamente messo a terra, che fornisce un percorso di rumore in modalità comune. Quando il convertitore PWM funziona, insieme al lavoro del dispositivo di commutazione, anche il rumore in modalità comune viene generato di conseguenza. Per il convertitore a metà ponte, la tensione di scarico dell'interruttore Q1 è sempre U1 e il potenziale della sorgente varia tra 0 e U1/2 con il cambiamento dello stato dell'interruttore; il potenziale sorgente di Q2 è sempre 0 e il potenziale di drenaggio è 0 e U1/2. Per mantenere il tubo dell'interruttore e il radiatore in buon contatto, tra il fondo del tubo dell'interruttore e il radiatore viene spesso aggiunta una guarnizione isolante o gel di silice isolante con buona conducibilità termica. Ciò lo rende equivalente ad avere un condensatore di accoppiamento parallelo CK tra il punto A e la massa. Quando gli stati degli interruttori Q1 e Q2 cambiano, in modo che il potenziale del punto A cambia, la corrente di rumore Ick sarà generata su CK, come mostrato nella Figura 2. La corrente raggiunge il telaio dal dissipatore di calore e il telaio, cioè il terreno, ha un'impedenza di accoppiamento con la linea elettrica principale, formando un percorso di rumore in modalità comune mostrato dalla linea tratteggiata nella figura 2. Pertanto, la corrente di rumore di modo comune produce una caduta di tensione attraverso l'impedenza di accoppiamento Z tra la terra e la linea elettrica principale, formando rumore di modo comune. I trasformatori di isolamento sono una misura ampiamente usata di soppressione delle interferenze della linea elettrica. La sua funzione di base è quella di raggiungere l'isolamento elettrico tra i circuiti e di risolvere le interferenze reciproche tra i dispositivi causate da loop di terra. Per un trasformatore ideale, può trasportare solo corrente di modo differenziale e corrente di modo comune non, questo perché per la corrente di modo comune è allo stesso potenziale tra i due terminali di un trasformatore ideale, quindi non può creare un campo magnetico sugli avvolgimenti, inoltre Non può esserci alcun percorso di corrente di modo comune, giocando così un ruolo nella soppressione del rumore di modo comune. Il trasformatore di isolamento effettivo ha un condensatore di accoppiamento CW tra il lato primario e il lato secondario. Questo condensatore di accoppiamento è generato dall'esistenza di spazi non dielettrici e fisici tra gli avvolgimenti del trasformatore, che fornisce un percorso per la corrente di modalità comune. I trasformatori di isolamento ordinari hanno un certo effetto di soppressione sul rumore del modo comune, ma l'effetto di soppressione delle interferenze del modo comune diminuisce con l'aumento della frequenza a causa della capacità distribuita tra gli avvolgimenti. La soppressione delle interferenze in modalità comune da parte dei trasformatori di isolamento ordinari può essere stimata dal rapporto tra la capacità distribuita tra gli stadi primari e secondari e la capacità distribuita dell'apparecchiatura al suolo. Di solito, la capacità distribuita tra gli stadi primari e secondari è diverse centinaia di pF e la capacità distribuita al suolo è da diverse a diverse decine di nF, quindi il valore di attenuazione dell'interferenza in modalità comune è di circa 10 a 20 volte, cioè da 20 a 30 dB. Al fine di migliorare la capacità del trasformatore di isolamento di sopprimere il rumore di modalità comune, la chiave è avere una piccola capacità di accoppiamento. Per questo motivo, uno strato di schermatura può essere aggiunto tra le fasi primarie e secondarie del trasformatore. Lo scudo non ha effetti negativi sul trasferimento di energia del trasformatore, ma influisce sulla capacità di accoppiamento tra gli avvolgimenti. Oltre a sopprimere l'interferenza di modalità comune, il trasformatore di isolamento con strato di schermatura può anche sopprimere l'interferenza di modalità differenziale utilizzando lo strato di schermatura. Il metodo specifico è quello di collegare lo strato di schermatura del trasformatore all'estremità neutra del primario. Per il segnale di frequenza di potenza 50Hz, a causa dell'elevata reattività capacitiva formata dallo strato primario e schermante, può ancora essere trasmesso al secondario attraverso l'effetto trasformatore senza essere attenuato. Per interferenza in modo differenziale con frequenza più elevata, poiché la reattività capacitiva tra lo strato primario e lo strato schermante diventa più piccola, questa parte dell'interferenza viene restituita direttamente alla rete elettrica attraverso la capacità distribuita e la connessione tra lo strato schermante e l'estremità neutra primaria senza entrare nel circuito secondario. Pertanto, è molto importante modellare l'alta frequenza del trasformatore, in particolare molti parametri parassitari del trasformatore, come: induttanza di perdita, capacità distribuita tra i lati primari e secondari, ecc., che hanno un impatto significativo sul livello di modalità comune EMI, devono essere considerati. In pratica, le apparecchiature di misura dell'impedenza possono essere utilizzate per misurare i parametri principali del trasformatore, in modo da ottenere questi parametri ed effettuare analisi di simulazione. Il ca elettrolitico DC