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Leiterplatte Blog - Modellierungsanalyse der elektromagnetischen Kompatibilität von Schaltnetzteil-Leiterplatte

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Modellierungsanalyse der elektromagnetischen Kompatibilität von Schaltnetzteil-Leiterplatte

2022-03-01
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Author:pcb

In der Schaltnetzteil-Leiterplatte der Modellierung und Analyse der elektromagnetischen Verträglichkeit bietet der Störpfad des Schaltwandlerrauschens Kopplungsbedingungen für die Störquelle und die gestörte Ausrüstung, und die Forschung zu ihrer Gleichtaktstörung und Differenzmodusstörung ist besonders wichtig. Das Hochfrequenzmodell der Hauptkomponenten der Schaltung und das Schaltungsmodell des Gleichtakt- und Differenzmodus-Rauschens werden hauptsächlich analysiert, was nützliche Hilfe für das EMV-Optimierungsdesign der Schaltnetzteil-Leiterplatte bietet. Die Gleichtakt- und Differenzmodus-Interferenz des Schaltnetzteils haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Schaltung. Normalerweise dominiert das Differenzmodenrauschen bei niedrigen Frequenzen und das Gleichmodenrauschen bei hohen Frequenzen, und der Strahlungseffekt des Gleichmodenstroms ist normalerweise höher als der des Differenzmodenstroms. Der Strahlungseffekt ist viel größer, so dass es notwendig ist, zwischen Differentialmodusstörungen und Gleichtaktstörungen in der Stromversorgung zu unterscheiden. Um die Differenzmodenstörung von der Gleichmodenstörung zu unterscheiden, müssen wir zuerst den grundlegenden Kopplungsmodus der Schaltnetzteil untersuchen, und auf dieser Grundlage können wir die Schaltpfade des Differenzmodenstörungsstroms und des Gleichmodenstörungsstroms festlegen. Die Leitungskopplung der Schaltnetzversorgung umfasst hauptsächlich: Schaltleitungskopplung, kapazitive Kopplung, induktive Kopplung und eine Mischung dieser Kopplungsverfahren.

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1. Gleichtakt- und Differenzmodus-Rauschpfadmodelle werden in der Schaltnetzversorgung die Kopplungskapazität CW zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen des Hochfrequenztransformators, die Streumkapazität CK, die zwischen der Leistungsröhre und dem Heizkörper besteht, die parasitären Parameter der Leistungsröhre selbst und die gegenseitige Kopplung zwischen den gedruckten Drähten gebildet. Die gegenseitige Induktivität, Selbstinduktivität, gegenseitige Kapazität, Selbstkapazität, Impedanz und andere parasitäre Parameter bilden Gleichtaktrauschpfade und Differenzmodirauschpfade und bilden dadurch Gleichtakt- und Differenzmodus geführte Interferenzen. Auf der Grundlage der Analyse der parasitären Parametermodelle von Widerstand, Induktivität und Kapazität von Leistungsschaltgeräten, Transformatoren und gedruckten Leitern kann das Rauschstrompfadmodell des Wandlers erhalten werden.2. Hochfrequenzmodell der Hauptkomponenten der SchaltungDie interne parasitäre Induktivität und Kapazität der Leistungsschalterrohre beeinflussen die Hochfrequenzleistung der Schaltung. Diese Kondensatoren lassen den hochfrequenten Störleckstrom zum Metallsubstrat fließen, und es gibt eine Streumkapazität CK zwischen dem Leistungsrohr und dem Kühlkörper. Aus Sicherheitsgründen ist der Kühlkörper in der Regel geerdet, was einen Gleichtaktgeräuschweg bietet. Wenn der PWM-Wandler arbeitet, wird neben der Arbeit des Schaltgeräts auch das Gleichtaktrauschen entsprechend erzeugt. Für den Halbbrückenkonverter ist die Ablaufspannung des Schalters Q1 immer U1, und das Quellpotential variiert zwischen 0 und U1/2 mit der Änderung des Schaltzustandes; Das Quellpotential von Q2 ist immer 0, und das Abflusspotential ist 0 und U1/2. Um das Schaltrohr und den Heizkörper in gutem Kontakt zu halten, wird oft eine Isolierdichtung oder isolierendes Silicagel mit guter Wärmeleitfähigkeit zwischen der Unterseite des Schaltrohrs und dem Heizkörper hinzugefügt. Damit entspricht es einem Parallelkopplungskondensator CK zwischen Punkt A und Masse. Wenn sich die Zustände der Schalter Q1 und Q2 ändern, so dass sich das Potential von Punkt A ändert, wird der Rauschstrom Ick auf CK erzeugt, wie in Abbildung 2 gezeigt. Der Strom erreicht das Chassis vom Kühlkörper, und das Chassis, das heißt der Boden, hat eine Kopplungsimpedanz mit der Hauptstromleitung und bildet einen Gleichtakt-Rauschpfad, der durch die gepunktete Linie in Abbildung 2 angezeigt wird. Daher erzeugt der Gleichtaktrauschstrom einen Spannungsabfall über die Kupplungsimpedanz Z zwischen der Masse und der Hauptstromleitung und bildet Gleichtaktrauschen. Isolationstransformatoren sind eine weit verbreitete Maßnahme zur Unterdrückung von Störungen in Stromleitungen. Seine grundlegende Funktion besteht darin, elektrische Trennung zwischen Schaltungen zu erreichen und die gegenseitige Interferenz zwischen Geräten zu lösen, die durch Erdungsschleifen verursacht werden. Für einen idealen Transformator kann er nur Differenzmodenstrom und nicht Gleichmodenstrom tragen, weil für Gleichmodenstrom es am gleichen Potential zwischen den beiden Anschlüssen eines idealen Transformators ist, so dass es kein Magnetfeld auf den Wicklungen erzeugen kann. Es kann auch keinen Gleichmodenstromweg geben und somit eine Rolle bei der Unterdrückung von Gleichmoderauschen spielen. Der eigentliche Trenntransformator hat einen Kupplungskondensator CW zwischen der Primär- und der Sekundärseite. Dieser Kopplungskondensator wird durch das Vorhandensein von nichtdielektrischen und physikalischen Lücken zwischen den Wicklungen des Transformators erzeugt, die einen Pfad für den Gleichtaktstrom bereitstellt. Gewöhnliche Isolationstransformatoren haben einen bestimmten Unterdrückungseffekt auf Gleichtaktrauschen, aber der Effekt der Unterdrückung von Gleichtaktstörungen nimmt mit zunehmender Frequenz aufgrund der verteilten Kapazität zwischen Wicklungen ab. Die Unterdrückung von Gleichtaktstörungen durch gewöhnliche Trenntransformatoren kann durch das Verhältnis der verteilten Kapazität zwischen der Primär- und Sekundärstufe und der verteilten Kapazität der Ausrüstung zur Erde geschätzt werden. Normalerweise beträgt die verteilte Kapazität zwischen der Primär- und Sekundärstufe mehrere hundert pF, und die verteilte Kapazität zur Erde beträgt mehrere bis mehrere Zehntel nF, so dass der Dämpfungswert der Gleichtaktstörung etwa 10 bis 20-mal beträgt, das heißt 20 bis 30 dB. Um die Fähigkeit des Isolationstransformators zu verbessern, Gleichtaktrauschen zu unterdrücken, ist es wichtig, eine kleine Kopplungskapazität zu haben. Aus diesem Grund kann zwischen der Primär- und Sekundärstufe des Transformators eine Abschirmschicht hinzugefügt werden. Die Abschirmung wirkt sich nicht nachteilig auf die Energieübertragung des Transformators aus, sondern beeinflusst die Kopplungskapazität zwischen den Wicklungen. Neben der Unterdrückung von Gleichtaktstörungen kann der Isolationstransformator mit Abschirmschicht auch Differenzmodistörungen unterdrücken, indem er die Abschirmschicht verwendet. Das spezifische Verfahren besteht darin, die Abschirmschicht des Transformators mit dem neutralen Ende des Primärs zu verbinden. Für das 50Hz Leistungsfrequenzsignal kann es aufgrund der hohen kapazitiven Reaktanz, die von der Primär- und der Abschirmschicht gebildet wird, immer noch durch den Transformatoreffekt an den Sekundär übertragen werden, ohne abgeschwächt zu werden. Bei Differenzmodenstörungen mit höherer Frequenz wird dieser Teil der Störung durch die verteilte Kapazität und die Verbindung zwischen der Abschirmschicht und dem primären neutralen Ende direkt an das Stromnetz zurückgegeben, ohne den Sekundärkreis zu betreten. Daher ist es sehr wichtig, die Hochfrequenz des Transformators zu modellieren, insbesondere viele parasitäre Parameter des Transformators, wie: Leckinduktivität, verteilte Kapazität zwischen der Primär- und Sekundärseite usw., die einen signifikanten Einfluss auf das Niveau der Gleichtakt-EMI haben, müssen berücksichtigt werden. In der Praxis können Impedanzmessgeräte verwendet werden, um die Hauptparameter des Transformators zu messen, um diese Parameter zu erhalten und Simulationsanalysen durchzuführen. Der DC-Elektrolyt ca