Thông tin PCB - Chuyển mạch cung cấp điện PCB Board phân tích mô hình tương thích điện từ

Trong mô hình hóa và phân tích khả năng tương thích điện từ của bảng mạch PCB chuyển mạch, đường dẫn nhiễu của nhiễu chuyển đổi cung cấp điều kiện ghép nối cho nguồn gây nhiễu và thiết bị bị nhiễu, đặc biệt quan trọng đối với nghiên cứu nhiễu chế độ chung và nhiễu chế độ khác biệt của chúng. Các mô hình tần số cao của các thành phần chính của mạch và mô hình mạch của tiếng ồn chế độ chung và vi sai chủ yếu được phân tích, cung cấp hỗ trợ hữu ích cho thiết kế tối ưu hóa EMC của bảng mạch PCB cung cấp năng lượng chuyển mạch. Gây nhiễu chế độ chung và gây nhiễu chế độ vi sai của nguồn chuyển mạch ảnh hưởng đến mạch khác nhau. Thông thường, tiếng ồn chế độ vi sai chiếm ưu thế ở tần số thấp, tiếng ồn chế độ chung chiếm ưu thế ở tần số cao và hiệu ứng bức xạ của dòng điện chế độ chung thường cao hơn hiệu ứng bức xạ của dòng điện chế độ vi sai. Hiệu ứng bức xạ lớn hơn nhiều, vì vậy cần phải phân biệt giữa nhiễu chế độ khác biệt và nhiễu chế độ chung trong nguồn điện. Để phân biệt giữa nhiễu chế độ khác biệt và nhiễu chế độ chung, trước tiên chúng ta cần nghiên cứu chế độ ghép nối cơ bản của nguồn chuyển mạch và trên cơ sở đó thiết lập đường dẫn mạch của dòng nhiễu chế độ khác biệt và dòng nhiễu chế độ chung. Khớp nối dẫn của nguồn chuyển mạch chủ yếu bao gồm: khớp nối dẫn mạch, khớp nối điện dung, khớp nối điện cảm và trộn các phương pháp ghép nối này.

1. Mô hình đường dẫn tiếng ồn chế độ chung và chế độ khác biệt trong nguồn chuyển đổi tạo thành tụ điện ghép nối CW tồn tại giữa cuộn dây chính và thứ cấp của máy biến áp tần số cao, tụ điện đi lạc CK tồn tại giữa ống công suất và tản nhiệt, các thông số ký sinh của chính ống công suất và khớp nối lẫn nhau giữa các dây dẫn in. Các thông số ký sinh như tương tác, tự cảm nhận, tương dung, tự điện dung và trở kháng tạo thành tiếng ồn chế độ chung và đường dẫn tiếng ồn chế độ vi sai, do đó tạo thành nhiễu dẫn chế độ chung và vi sai. Trên cơ sở phân tích mô hình tham số ký sinh điện trở, cảm ứng và điện dung của thiết bị chuyển mạch công suất, máy biến áp và dây dẫn in, có thể thu được mô hình đường dẫn dòng điện ồn của bộ chuyển đổi. Điện cảm ký sinh bên trong và điện dung của ống chuyển mạch công suất mô hình tần số cao cho các thành phần chính của mạch ảnh hưởng đến hiệu suất tần số cao của mạch. Những tụ điện này cho phép nhiễu tần số cao dòng rò rỉ vào chất nền kim loại và có một tụ điện đi lạc CK giữa ống công suất và bộ tản nhiệt. Vì lý do an toàn, tản nhiệt thường được nối đất, cung cấp một đường dẫn tiếng ồn chế độ chung. Khi bộ chuyển đổi PWM hoạt động, tiếng ồn chế độ chung cũng được tạo ra tương ứng khi thiết bị chuyển mạch hoạt động. Đối với bộ chuyển đổi nửa cầu, điện áp rò rỉ của công tắc Q1 luôn là U1 và điện thế nguồn thay đổi từ 0 đến U1/2 khi trạng thái chuyển đổi thay đổi; Q2 luôn có tiềm năng nguồn là 0 và tiềm năng rò rỉ là 0 và U1/2. Để giữ cho ống chuyển mạch và bộ tản nhiệt tiếp xúc tốt, máy giặt cách nhiệt hoặc silicone cách nhiệt với độ dẫn nhiệt tốt thường được thêm vào dưới cùng của ống chuyển mạch và giữa bộ tản nhiệt. Điều này làm cho nó tương đương với việc có một tụ điện ghép nối song song CK giữa điểm A và mặt đất. Khi trạng thái của các công tắc Q1 và Q2 thay đổi sao cho tiềm năng tại điểm A thay đổi, dòng nhiễu Ick sẽ được tạo ra tại CK, như trong hình 2. Dòng điện đi từ bộ tản nhiệt đến khung gầm, tức là nối đất với dây nguồn chính có trở kháng ghép nối, tạo thành đường dẫn tiếng ồn chế độ chung được hiển thị trong đường chấm trong Hình 2. Do đó, dòng tiếng ồn chế độ chung tạo ra điện áp giảm trên Z trở kháng ghép nối giữa mặt đất và dây nguồn chính, tạo ra tiếng ồn chế độ chung. Máy biến áp cách ly là một biện pháp ức chế nhiễu đường dây điện được sử dụng rộng rãi. Chức năng cơ bản của nó là thực hiện cách ly điện giữa các mạch, giải quyết sự can thiệp lẫn nhau giữa các thiết bị gây ra bởi các mạch nối đất. Đối với một máy biến áp lý tưởng, nó chỉ có thể mang dòng điện chế độ khác biệt, không phải dòng điện chế độ chung, điều này là do đối với dòng điện chế độ chung, nó có cùng tiềm năng giữa hai thiết bị đầu cuối của máy biến áp lý tưởng, vì vậy nó không thể tạo ra từ trường trên cuộn dây và không thể có đường dẫn dòng điện chế độ chung, do đó đóng vai trò ức chế tiếng ồn chế chế độ chung. Máy biến áp cách ly thực tế có tụ điện ghép nối CW giữa mặt chính và mặt phụ. Loại tụ điện ghép nối này được tạo ra do sự hiện diện của khoảng cách không điện môi và vật lý giữa cuộn dây biến áp, cung cấp một đường dẫn đến dòng điện chế độ chung. Máy biến áp cách ly thông thường có tác dụng ức chế nhất định đối với tiếng ồn chế độ chung, Nhưng do điện dung phân phối giữa các cuộn dây, hiệu ứng ức chế nhiễu chế độ chung giảm khi tần số tăng. Sự ức chế nhiễu chế độ chung của máy biến áp cách ly thông thường có thể được ước tính bằng tỷ lệ giữa tụ phân phối chính và phụ với tụ phân phối của thiết bị đến mặt đất. Thông thường, điện dung phân phối giữa sơ cấp và thứ cấp là vài trăm pF và đến mặt đất là vài đến vài chục nF, do đó giá trị phân rã của nhiễu chế độ chung là khoảng 10 đến 20 lần, hoặc 20 đến 30 dB. Để cải thiện khả năng ức chế tiếng ồn chế độ chung của máy biến áp cách ly, điều quan trọng là phải có điện dung ghép nối nhỏ hơn. Do đó, một lớp che chắn có thể được thêm vào giữa chính và phụ của máy biến áp. Lá chắn không ảnh hưởng xấu đến việc truyền năng lượng của máy biến áp, nhưng nó ảnh hưởng đến tụ điện ghép nối giữa các cuộn dây. Máy biến áp cách ly với lớp che chắn, ngoài việc có thể ức chế nhiễu chế độ chung, có thể ức chế nhiễu chế độ vi sai bằng cách sử dụng lớp che chắn. Phương pháp cụ thể là kết nối lớp che chắn của máy biến áp với đầu trung tính của cuộn dây chính. Đối với tín hiệu tần số điện 50Hz, nó vẫn có thể được truyền đến thứ cấp thông qua hiệu ứng biến áp mà không bị suy giảm do khả năng kháng dung cao được hình thành bởi lớp chính và lớp che chắn. Đối với nhiễu chế độ vi sai tần số cao hơn, phần nhiễu này được trả lại trực tiếp vào lưới điện thông qua kết nối giữa điện dung phân phối và lớp che chắn và đầu trung tính chính mà không đi vào mạch thứ cấp do dung lượng giữa lớp chính và lớp che chắn trở nên nhỏ hơn. Do đó, điều quan trọng là phải mô hình hóa tần số cao của máy biến áp, đặc biệt là phải xem xét nhiều thông số ký sinh của máy biến áp như: cảm giác rò rỉ, điện dung phân phối giữa các mặt chính và thứ cấp, v.v., có ảnh hưởng đáng kể đến mức EMI chế độ chung. Trong thực tế, thiết bị đo trở kháng có thể được sử dụng để đo các thông số chính của máy biến áp, do đó thu được các thông số này và thực hiện phân tích mô phỏng. Điện phân DC