Problemas comunes en las pruebas de EMI de fuentes de alimentación conmutadas

En la actualidad, el problema de la compatibilidad electromagnética de los productos electrónicos ha atraído cada vez más la atención. Los países especialmente desarrollados del mundo han formado un sistema completo de compatibilidad electromagnética. Al mismo tiempo, nuestro país también está estableciendo un Compatibilidad electromagnética sistema. Por lo tanto, la realización de Pruebas de EMI de productos es un pasaporte para ingresar al mercado internacional. LISUN Sistema de prueba de EMI EMI-9KB cumple completamente CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743FCC EN55015 y EN55022.

Para la fuente de alimentación conmutada, dado que el tubo de conmutación y el tubo rectificador funcionan en condiciones de alta corriente y alto voltaje, producirán una fuerte interferencia electromagnética en el mundo exterior, por lo que la emisión de conducción y la emisión de radiación electromagnética de la fuente de alimentación conmutada son más difícil que otros productos. Para lograr la compatibilidad electromagnética, pero si tenemos una comprensión clara del principio de la interferencia electromagnética generada por fuentes de alimentación conmutadas, no es difícil encontrar contramedidas adecuadas para reducir el nivel de emisión conducida y el nivel de emisión radiada a un nivel apropiado para lograr la compatibilidad electromagnética. diseño.

El mecanismo de generación y la forma de propagación de la interferencia electromagnética en la fuente de alimentación conmutada
La alta acción de conmutación de los dispositivos de conmutación de potencia es la principal causa de interferencia electromagnética (EMI) en fuentes de alimentación conmutadas. El aumento de la frecuencia de conmutación reduce el tamaño y el peso de la fuente de alimentación, por un lado, y conduce a problemas más graves. EMI problemas por otro lado. Interferencia electromagnetica en las fuentes de alimentación conmutadas se divide en dos tipos: interferencia conducida y interferencia radiada. Generalmente interferencia conducida se analiza mejor, y la teoría de circuitos y el conocimiento matemático se pueden combinar para estudiar las características de varios componentes en la interferencia electromagnética; pero para la interferencia radiada, debido al efecto integral de diferentes fuentes de interferencia en el circuito, también involucra a la teoría del campo electromagnético, es más difícil de analizar. El mecanismo de estas dos interferencias se presentará brevemente a continuación. La interferencia conducida se puede dividir en interferencia de modo común (modo común-CM) e interferencia de modo diferencial (modo diferencial-DM). Debido a la existencia de parámetros parásitos y al encendido y apagado de alta frecuencia de los dispositivos de conmutación en la fuente de alimentación conmutada, la fuente de alimentación conmutada genera una gran interferencia de modo común e interferencia de modo diferencial en su entrada (es decir, la lado de la red de CA).

Interferencia de modo común (CM)
Cuando el convertidor funciona a alta frecuencia, debido a la alta dv/dt, la capacitancia parásita entre las bobinas del transformador y entre el tubo del interruptor y el disipador de calor se excita, lo que genera una interferencia de modo común.
De acuerdo con el principio de la interferencia de modo común, los siguientes métodos de supresión se utilizan a menudo en aplicaciones prácticas:
1. Optimice el diseño de los componentes del circuito para minimizar las capacitancias parásitas y de acoplamiento.
2. Retrasar el tiempo de encendido y apagado del interruptor. Pero esto es inconsistente con la tendencia de la fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia.
3. Aplique un circuito amortiguador para reducir la velocidad de cambio de dv/dt.

Interferencia de modo diferencial (DM)
La corriente en el convertidor de conmutación se conmuta a alta frecuencia, lo que da como resultado un alto di/dt en los capacitores de filtro de entrada y salida, es decir, el voltaje de interferencia se induce en la inductancia o impedancia equivalente del capacitor de filtro. En este momento, se producirá una interferencia de modo diferencial. Por lo tanto, la selección de capacitores de filtro de alta calidad (la inductancia o impedancia equivalente es muy baja) puede reducir la interferencia del modo diferencial.

Generación y propagación de interferencias radiadas
Interferencia de radiación se puede dividir en interferencia de campo cercano (distancia entre el punto de medición y la fuente de campo <λ/6 (λ es la longitud de onda de la onda electromagnética de interferencia)) e interferencia de campo lejano (distancia entre el punto de medición y la fuente de campo>λ/6 ). De acuerdo con la teoría del campo electromagnético de Maxwell, una corriente cambiante en un conductor produce un campo magnético variable en el espacio que lo rodea, que a su vez produce un campo eléctrico variable, los cuales obedecen las ecuaciones de Maxwell. La magnitud y la frecuencia de esta corriente cambiante determinan la magnitud y el rango del campo electromagnético generado. En la investigación de radiación, la antena es la fuente de radiación electromagnética. En el circuito de fuente de alimentación conmutada, los componentes y conexiones en el circuito principal se pueden considerar como la antena, que se puede analizar aplicando la teoría del dipolo eléctrico y el dipolo magnético. En el análisis, los diodos, los tubos de conmutación, los condensadores, etc. pueden considerarse como dipolos eléctricos; las bobinas inductivas se pueden considerar como dipolos magnéticos, y luego se puede llevar a cabo un análisis completo con la teoría del campo electromagnético relevante.

Cuando la fuente de alimentación conmutada está funcionando, su voltaje interno y las formas de onda de corriente aumentan y disminuyen en muy poco tiempo. Por lo tanto, la propia fuente de alimentación conmutada es una fuente de ruido. La interferencia generada por la fuente de alimentación conmutada se puede dividir en dos tipos: interferencia de pico e interferencia armónica según el tipo de fuente de interferencia de ruido; si se divide según la ruta de acoplamiento, se puede dividir en dos tipos: interferencia de conducción e interferencia de radiación. La forma fundamental de evitar que las interferencias generadas por la fuente de alimentación perjudiquen el sistema electrónico y la red eléctrica es debilitar la fuente de ruido, o cortar el camino de acoplamiento entre el ruido de la fuente de alimentación y el sistema electrónico y la red eléctrica. .

Explique por separado según la fuente de interferencia del ruido.
1. Interferencia causada por el tiempo de recuperación inversa del diodo
El voltaje de entrada de CA se convierte en un voltaje pulsante sinusoidal mediante el puente rectificador de diodos de potencia y luego se convierte en CC después de ser suavizado por el capacitor, pero la forma de onda de la corriente del capacitor no es una onda sinusoidal sino una onda de pulso. Se puede ver a partir de la forma de onda actual que la corriente contiene armónicos más altos. Una gran cantidad de componentes armónicos actuales fluyen hacia la red eléctrica, causando contaminación armónica en la red eléctrica. Además, dado que la corriente es una onda de pulso, se reduce el factor de potencia de entrada de la fuente de alimentación. Cuando el diodo rectificador en el circuito rectificador de alta frecuencia es conductor directo, fluye una gran corriente directa. Cuando se apaga por el voltaje de polarización inversa, debido a la acumulación de más portadores en la unión PN, el portador de corriente Por un período de tiempo antes de que el portador desaparezca, la corriente fluirá en la dirección opuesta, lo que resultará en un fuerte disminución de la corriente de recuperación inversa de la desaparición del portador y un gran cambio de corriente (di/dt).

2. Interferencia armónica generada cuando funciona el tubo del interruptor.
Cuando se enciende el tubo del interruptor de alimentación, fluye una gran corriente de pulso. Por ejemplo, la forma de onda de corriente de entrada del convertidor de tipo directo, tipo push-pull y tipo puente es aproximadamente una onda rectangular cuando la carga resistiva, que contiene abundantes componentes armónicos de alto orden. Cuando se utiliza conmutación de corriente cero y voltaje cero, esta interferencia armónica será mínima. Además, el cambio repentino de corriente causado por la inductancia de fuga del devanado del transformador de alta frecuencia durante el período de apagado del tubo del interruptor de alimentación también producirá una interferencia máxima.

3. Interferencia causada por el circuito de entrada de CA
El tubo rectificador en el extremo de entrada de la fuente de alimentación conmutada sin un transformador de frecuencia de potencia provocará una oscilación amortiguada de alta frecuencia durante el período de recuperación inversa y causará interferencia. La interferencia máxima y la energía de interferencia armónica generada por la fuente de alimentación conmutada, la interferencia formada a través de las líneas de entrada y salida de la fuente de alimentación conmutada se denomina interferencia de conducción; y la energía de oscilación armónica y parásita, al propagarse por las líneas de entrada y salida, estará en el espacio. Genera campos eléctricos y magnéticos. Esta interferencia generada por radiación electromagnética se llama interferencia radiada.

4. Otras razones
Los parámetros parásitos de los componentes y el diseño esquemático de la fuente de alimentación conmutada no son perfectos. El cableado de la placa de circuito impreso (PCB) generalmente se organiza manualmente, lo que tiene una gran aleatoriedad. La interferencia de campo cercano de la PCB es grande, y la instalación y la colocación y orientación irrazonables causarán Interferencia EMI. Esto aumenta la dificultad de extraer los parámetros de distribución de PCB y estimar la interferencia de campo cercano.

La reacción del ruido de la arquitectura Flyback en el espectro
• La oscilación generada a 0.15 MHz es la interferencia provocada por el 3er armónico de la frecuencia de conmutación;
• La oscilación generada a 0.2 MHz es la interferencia provocada por la superposición del 4° armónico de la frecuencia de conmutación y la onda fundamental de la oscilación 2 del Mosfet (190.5 KHz); entonces esta parte es más fuerte;
• La oscilación generada a 0.25 MHz es la interferencia provocada por el 5º armónico de la •frecuencia de conmutación;
• La oscilación generada a 0.35 MHz es la interferencia provocada por el 7º armónico de la frecuencia de conmutación;
• La oscilación generada a 0.39 MHz es la interferencia provocada por la superposición del 8º armónico de la frecuencia de conmutación y la onda fundamental de la oscilación 2 del Mosfet (190.5 KHz);
• La oscilación generada a 1.31 MHz es la interferencia provocada por la onda fundamental de la oscilación del Diodo 1 (1.31 MHz);
• La oscilación generada a 3.3 MHz es la interferencia provocada por la onda fundamental de la oscilación 1 del Mosfet (3.3 MHz);

Características de la fuente de alimentación conmutada EMI
Como dispositivo de conversión de energía que funciona en el estado de conmutación, las tasas de cambio de voltaje y corriente de la fuente de alimentación de conmutación son muy altas y la intensidad de interferencia es relativamente grande; las fuentes de interferencia se concentran principalmente durante el período de conmutación de energía y el radiador y el transformador de alto nivel están conectados a él. La ubicación de la fuente de interferencia del circuito es relativamente clara; la frecuencia de conmutación no es alta (de decenas de kilohercios y varios megahercios), y las principales formas de interferencia son interferencias conducidas e interferencias de campo cercano; y las trazas de la placa de circuito impreso (PCB) generalmente se cablean manualmente. Tiene mayor aleatoriedad, lo que aumenta la dificultad de extraer los parámetros de distribución de PCB y la interferencia de campo cercano.

Medidas para prevenir EMI al diseñar fuentes de alimentación conmutadas
• Minimizar el área de lámina de cobre de PCB para los nodos del circuito de ruido, como el drenaje, el colector, los nodos de devanado primario y secundario de los tubos interruptores, etc.;
• Mantenga los terminales de entrada y salida alejados de componentes que produzcan ruido, como bobinas de cables de transformadores, núcleos de transformadores, disipadores de calor de tubos interruptores, etc.;
• Mantenga los componentes ruidosos (como envolturas de cables de transformadores sin blindaje, núcleos e interruptores de transformadores sin blindaje, etc.) alejados del borde del gabinete, que es probable que esté cerca del cable de tierra exterior en funcionamiento normal;
• Si el transformador no está blindado con campo eléctrico, mantenga el blindaje y el disipador de calor alejados del transformador;
• Minimice el área de los siguientes bucles de corriente: rectificadores secundarios (de salida), dispositivos de alimentación de conmutación primarios, líneas de transmisión de compuerta (base), rectificadores auxiliares;
• No mezcle el circuito de retroalimentación del controlador de compuerta (base) con el circuito del interruptor principal o el circuito del rectificador auxiliar;
• Ajuste y optimice el valor de la resistencia de amortiguamiento para que no produzca sonido de timbre durante el tiempo muerto del interruptor;
• Evitar la saturación del inductor del filtro EMI;
• Mantenga los nodos giratorios y los componentes del circuito secundario alejados de la pantalla del circuito primario o del disipador de calor del interruptor;
• Mantenga los nodos oscilantes del circuito primario y los cuerpos de los componentes alejados de pantallas o disipadores de calor;
• Coloque el filtro EMI para entrada de alta frecuencia cerca del cable de entrada o del extremo del conector;
• Mantenga el filtro EMI de la salida de alta frecuencia cerca de los terminales de los cables de salida;
• Mantenga cierta distancia entre la lámina de cobre de la PCB en el lado opuesto del filtro EMI y el cuerpo del componente; poner unas resistencias en la línea del rectificador de la bobina auxiliar; conectar resistencias de amortiguamiento en paralelo con la bobina de barra magnética; conecte ambos extremos del filtro RF de salida en paralelo Resistencia de amortiguación;
• Se permite colocar un capacitor cerámico de 1nF/500V o una serie de resistencias en el diseño de PCB, que se conecta entre el extremo estático primario del transformador y el devanado auxiliar;
• Mantenga el filtro EMI alejado del transformador de potencia, especialmente al final de la envoltura;
• Si el área de la PCB es suficiente, las clavijas para proteger los devanados y la posición para colocar los amortiguadores RC se pueden dejar en la PCB, y los amortiguadores RC se pueden conectar en ambos extremos de los devanados de protección;
• Coloque un pequeño capacitor de cable radial (Miller, 10 picofaradios/1kV) entre el drenaje y la compuerta del FET de potencia de conmutación si el espacio lo permite;
• Coloque un pequeño amortiguador RC en la salida de CC si el espacio lo permite;
• No coloque la toma de CA contra el disipador de calor del interruptor principal.

Contramedidas EMI en radiación
Ruido de banda ancha excesivo en la banda de frecuencia de 30-300 MHz
1. Verifique agregando un anillo magnético de desacoplamiento (se puede abrir y cerrar) en la línea de alimentación. Si hay mejoría, significa que está relacionado con la línea eléctrica. Se utilizan los siguientes métodos de rectificación: Si el dispositivo tiene un filtro integrado, verifique si la conexión a tierra del filtro es correcta. Bueno, si el cable de tierra es lo más corto posible;

2. La conexión a tierra del filtro con carcasa metálica se realiza preferiblemente directamente a través de la gran área de unión entre la carcasa y la tierra. Compruebe si las líneas de entrada y salida del filtro están cerca una de la otra. Ajuste adecuadamente la capacitancia del capacitor X/Y, la inductancia de modo diferencial y la inductancia de la bobina de choque de modo común; preste atención a los problemas de seguridad al ajustar el condensador Y; cambiar los parámetros puede mejorar la radiación de una determinada sección, pero conducirá a otros cambios de frecuencia. Pobre, por lo que debe seguir tratando de encontrar la mejor combinación. Es una buena manera de aumentar adecuadamente el valor de resistencia en el electrodo de disparo; también se puede reducir de manera efectiva conectando un pequeño capacitor al colector del transistor de conmutación (o el drenaje del transistor MOS) o el rectificador de salida secundario para conectar a tierra el ruido de conmutación de modo común.

3. La placa de fuente de alimentación conmutada debe controlar el área de retorno de cada bucle durante el cableado de PCB, lo que puede reducir en gran medida la radiación del modo diferencial. Agregue condensadores 104/103 a las trazas de alimentación de PCB para desacoplar la alimentación; al cablear la placa multicapa, se requiere que el plano de potencia y el plano de tierra estén cerca uno del otro; coloque un anillo magnético en la línea de alimentación para comparación y verificación, que se puede agregar en la placa única más tarde. Se utilizan inductores de modo común para lograr esto, o se inyecta un anillo magnético en el cable. La longitud de la línea L de la línea de entrada de CA debe ser lo más corta posible; dentro del equipo de blindaje, si hay una fuente de interferencia cerca de los agujeros; si hay pintura aislante rociada en las juntas de solape de las partes estructurales, use una tela de esmeril para limpiar la pintura aislante para una prueba comparativa. Compruebe si el tornillo de conexión a tierra está rociado con pintura aislante y si la conexión a tierra es buena.

Lisun Instruments Limited fue fundada por LISUN GROUP en el 2003. LISUN El sistema de calidad ha sido estrictamente certificado por ISO9001:2015. Como miembro de CIE, LISUN Los productos están diseñados en base a CIE, IEC y otras normas internacionales o nacionales. Todos los productos pasaron el certificado CE y autenticados por el laboratorio de terceros.

Nuestros principales productos son: Gonofotómetro, Esfera integradora, Espectrorradiómetro, Generador de sobretensiones, Pistolas de simulación ESD, Receptor EMI, Equipo de prueba de EMC, Probador de seguridad eléctrica, Cámara ambiental, cámara de temperatura, Cámara climática, Cámara Térmica, Prueba del spray de sal, Cámara de prueba de polvo, Prueba impermeable, Prueba de RoHS (EDXRF), Prueba de alambre incandescente y Prueba de llama de aguja.

No dude en contactarnos si necesita ayuda.
Dep. Técnico: Service@Lisungroup.com, Celular / WhatsApp: +8615317907381
Dep. De ventas: Sales@Lisungroup.com, Celular / WhatsApp: +8618117273997

Etiquetas:EMI-9KA , EMI-9KB