Fabrication de PCB de précision, PCB haute fréquence, PCB haute vitesse, PCB standard, PCB multicouches et assemblage de PCB.
L'usine de services personnalisés PCB & PCBA la plus fiable.
Technologie PCB
Conception de la compatibilité électromagnétique de l'alimentation électrique de commutation
Technologie PCB
Conception de la compatibilité électromagnétique de l'alimentation électrique de commutation

Conception de la compatibilité électromagnétique de l'alimentation électrique de commutation

2021-08-16
View:261
Author:IPCB

Avec le développement de l'électronique de puissance, switchNavigation inertielle et guidage power supply modules have begun to replace traditional rectifier power supplies and are widely used in various fields of society due to their relatively small size, Efficacité, and reliable operation. Cependant,, due to the high operating frequency of the switching power supply, Le courant et la tension internes changent rapidement, namely dv/DT et di/dt, Cela provoquera une forte interférence harmonique et une interférence de pointe du module d'alimentation électrique de commutation., and through conduction, Rayonnement et Crosstalk cette trajectoire de couplage affecte le bon fonctionnement de ses propres circuits et d'autres systèmes électroniques, and of course it will also be affected by electromagnetic interference from other electronic equipment. C'est la question de la compatibilité électromagnétique dont il est question., and it is also the electromagnetic disturbance EMD and electromagnetic susceptibility EMS Conception Sur la compatibilité électromagnétique de l'alimentation électrique de commutation. Since the country has begun to enforce 3C certification for some electronic products, La conformité de l'équipement électronique aux normes CEM aura une incidence sur la commercialisation du produit., so it is very important to conduct electromagnetic compatibility research on switching power supplies.


La compatibilité électromagnétique est un sujet complet, which involves theories including mathematics, Théorie des champs électromagnétiques, antenna and radio wave propagation, Théorie des circuits, signal analysis, Théorie de la communication, Science des matériaux, biomedicine, Attendez..


C'est pour quand? ConceptionAmélioration de la compatibilité électromagnétique de l'alimentation électrique de commutation, first carry out a system Conception and clarify the following points:


1. Clarify the electromagnetic compatibility standards that the system must meet;

2. Identifier les composants critiques du circuit dans le système, Comprend un circuit de brouillage fort et un circuit à haute sensibilité;

3. Identifier les sources d'interférence électromagnétique et les équipements sensibles dans l'environnement de travail des équipements électriques;

4. Déterminer les mesures de compatibilité électromagnétique à prendre pour les équipements électriques.


One. Analyse de la source de bruit interne du moteur à courant continu/DC converters


1. The reverse recovery of the diode causes noise interference


Power frequency rectifier diodes, Diode de rectification à haute fréquence, freewheeling diodes, Attendez.. are often used in switching power supplies. Parce que ces diodes fonctionnent en mode interrupteur, as shown in the figure, Très haute tension de pointe VFP; Le temps de récupération inverse trr est présent entre l'état de conduction de la diode et l'opération de verrouillage. During the reverse recovery process, En raison de l'inductance du paquet Diode et de l'inductance du plomb, La direction opposée se produit. Voltage spike VRP, En raison de l'effet de stockage et de recombinaison de quelques porteurs, Le courant de récupération inverse transitoire irp sera généré. This rapid current and voltage sudden change is the root cause of electromagnetic interference.

ATL

Current and voltage waveform

2. Interférence électromagnétique lorsque le commutateur est allumé et éteint


Formes d'onde de courant et de tension pour la récupération inverse des diodes formes d'onde de courant et de tension vers l'avant des diodes


In forward, Push - pull, and bridge converters, La forme d'onde du courant à travers le commutateur est similaire à une onde rectangulaire sous une charge résistive, and contains rich high-frequency components. Ces harmoniques à haute fréquence provoquent une forte interférence électromagnétique., In the flyback converter, Lorsque la charge de résistance est appliquée, la forme d'onde du courant à travers le commutateur est similaire à l'onde triangulaire, and there are relatively few high-order harmonic components. Lorsque le commutateur est ouvert, En raison du temps de commutation court et de l'inductance du plomb dans le circuit de l'onduleur, Grand DV/dt mutation and high peak voltage will be generated. Lorsque le commutateur est éteint, the turn-off time is very long. Court, it will produce very big di/DT mutation et pic de courant extrêmement élevé, these current, Un changement soudain de tension provoquera une forte interférence électromagnétique.


3. Interférence électromagnétique causée par des éléments magnétiques tels que les inducteurs et les transformateurs: avec des éléments magnétiques tels que les inducteurs de filtre d'entrée, Transformateur de puissance, isolation transformers, Et l'inductance du filtre de sortie dans l'alimentation électrique de commutation. There are parasitic capacitances between the primary and secondary stages of the isolation transformer, Le signal d'interférence à haute fréquence passe par la capacité parasitaire. Coupling to the secondary side; due to the winding process and other reasons, Il y a une fuite dans le transformateur de puissance en raison d'un mauvais couplage entre le côté primaire et le côté secondaire. The leakage inductance will cause electromagnetic radiation interference. En outre, high-frequency pulse current flows through the coil windings of the power transformer, Créer un environnement à haute fréquence. Electromagnetic field: The pulsating current flowing in the inductor will generate electromagnetic field radiation, Lorsque la charge diminue soudainement, it will form a voltage spike. En même temps, when it is working in a saturated state, Il provoque un changement soudain de courant, Cela peut causer des interférences électromagnétiques.


4. Les signaux d'impulsions périodiques à haute fréquence dans le circuit de commande, tels que les signaux d'impulsions à haute fréquence générés par l'oscillateur, produiront des harmoniques à haute fréquence et à haute fréquence, ce qui causera des interférences électromagnétiques aux circuits environnants.


5. En outre, Il y aura interférence du circuit au sol, common impedance coupling interference, Interférence du bruit de puissance dans le circuit de commande.


6. La conception du câblage de l'alimentation électrique de commutation est très importante. Un câblage déraisonnable peut entraîner une interférence électromagnétique à travers la capacité de couplage et l'inductance mutuelle distribuée entre les fils ou rayonner vers les fils adjacents, affectant ainsi le fonctionnement normal d'autres circuits.


7. Interférence électromagnétique due au rayonnement thermique. Le rayonnement thermique est un échange de chaleur sous forme d'onde électromagnétique. Cette interférence électromagnétique peut affecter le fonctionnement normal et stable d'autres composants ou circuits électroniques..


2. Interférence électromagnétique externe


For a certain electronic device, Les interférences électromagnétiques externes comprennent les interférences harmoniques dans le réseau électrique., lightning, Bruit solaire, electrostatic discharge, Et les interférences causées par les émetteurs à haute fréquence environnants.


Troisièmement, les conséquences des interférences électromagnétiques


L'interférence électromagnétique peut provoquer une distorsion du signal de transmission et affecter le fonctionnement normal de l'équipement.. High-energy electromagnetic interference such as lightning and electrostatic discharge can damage the equipment in severe cases. Pour certains équipements, electromagnetic radiation can cause the leakage of important information.


Quatrièmement, la conception de la compatibilité électromagnétique de l'alimentation électrique de commutation


Après avoir appris les sources d'interférence électromagnétique internes et externes de l'alimentation électrique de commutation, we should also know that the three elements that form the electromagnetic interference mechanism are the propagation path and the disturbed equipment. Alors..., the electromagnetic compatibility Conception La conception de l'alimentation électrique de commutation commence principalement par les trois aspects suivants: 1. Reduce the electromagnetic interference energy of the interference source; 2. Couper la trajectoire de propagation des interférences; 3.. Improve the anti-interference ability of the disturbed device.


Il est très important de comprendre et de maîtriser correctement la source d'interférence électromagnétique, le mécanisme de génération et la trajectoire de propagation de l'interférence de l'alimentation électrique de commutation afin de prendre des mesures anti - interférences pour faire en sorte que l'équipement réponde aux exigences de compatibilité électromagnétique. Étant donné que les sources d'interférence comprennent à la fois les sources d'interférence générées à l'intérieur de l'alimentation électrique de commutation et les sources d'interférence externes, on peut dire que les sources d'interférence ne peuvent pas être éliminées et que l'équipement d'interférence existe toujours, de sorte que le problème de compatibilité électromagnétique existe toujours.


Voici le DC isolé/DC converter as an example to discuss the electromagnetic compatibility Conception Principe de fonctionnement de l'alimentation électrique de commutation:


1. Conception du circuit de filtrage d'entrée du convertisseur DC / DC


Comme indiqué, FV1 is a transient voltage suppression diode, RV1 est un rhéostat. Both have strong transient surge current absorption capacity, Les composants ou circuits suivants peuvent être protégés contre les dommages causés par la tension de surtension. . Z1 is a DC EMI filter, Il doit avoir une bonne base, the grounding wire should be short, De préférence directement sur un boîtier métallique, and the shielding isolation between the input and output wires must be ensured to effectively cut off the propagation of conducted interference along the input wire. Les radiations se propagent dans l'espace.. L1 and C1 form a low-pass filter circuit. Lorsque l'inductance de L1 est grande, the V1 and R1 components as shown in the figure should be added to form a freewheeling loop to absorb the electric field energy released when L1 is disconnected, Sinon, il y aura un pic de tension causé par l'interférence électromagnétique L1.. Le cœur utilisé par l'inducteur L1 est de préférence fermé. Le champ de fuite du cœur en boucle ouverte avec un trou d'air peut causer une interférence électromagnétique. C1 meilleure capacité, so that the input line can be reduced. Tension d'ondulation sur la ligne d'entrée, thereby reducing the electromagnetic field formed around the input wire.

ATL

DC/DC converter input filter circuit


2. The electromagnetic compatibility Conception Conception d'un circuit d'onduleur à haute fréquence, as shown in the figure, Circuit d'onduleur à demi - Pont composé de C2, C3, V2, and V3, V2 et V3 sont des éléments de commutation tels que IGBT et MOSFET, which are turned on and off at V2 and V3 C'est pour quand? off, En raison du temps de commutation rapide et de l'inductance du plomb et de la fuite du transformateur, the loop will produce higher di/DT et DV/dt mutations, which will cause electromagnetic interference. For this reason, Ajouter R4 et Complément IV aux deux extrémités du côté primaire du transformateur. To form an absorption loop, Ou Connexion parallèle des condensateurs C5 et C6 aux extrémités V2 et V3, and shorten the lead to reduce the lead inductance of ab, cd, gh, Et ef. In the Conception, C4, C5, C6 utilise généralement des condensateurs à faible inductance. The size of the capacitor depends on the lead inductance, Valeurs de courant et de surtension admissibles dans le circuit. The formula LI2/2 = cm3 V2/2. Obtenir la taille de C, where L is the loop inductance, Je suis le courant de boucle, and △V is the overshoot voltage value.


Pour réduire – V, Il est nécessaire de réduire l'inductance du plomb de retour. For this reason, Un dispositif appelé « bus Composite multicouche à faible inductance» est souvent utilisé dans ce système. Conception. The inductance is reduced to a sufficiently small level, Jusqu'à 10 nH, Afin de réduire l'interférence électromagnétique du circuit d'onduleur à haute fréquence.

ATL

Comparison chart of switching tube current and voltage waveforms

Du point de vue de la conception de la compatibilité électromagnétique, les fréquences de commutation des commutateurs V2 et V3 doivent être réduites autant que possible afin de réduire les valeurs di / DT et DV / dt. En outre, l'utilisation de la technologie de commutation souple ZCS ou ZVS peut efficacement réduire l'interférence électromagnétique du circuit d'onduleur à haute fréquence. L'action rapide de l'interrupteur à courant élevé ou à haute tension est la source du bruit électromagnétique. Par conséquent, sélectionnez la topologie du circuit qui produit le moins de bruit électromagnétique possible. Par exemple, dans les mêmes conditions, la topologie à double tube est plus susceptible de produire du bruit électromagnétique que la topologie à simple tube. Le circuit à pont complet est plus petit en volume et produit moins de bruit électromagnétique que le circuit à demi - pont.


Du point de vue de la compatibilité électromagnétique Conception, Les fréquences de commutation des tubes de commutation V2 et V3 doivent être réduites au minimum., Réduction des investissements directs/DT et DV/Valeur DT. En outre, the use of ZCS or ZVS soft switching technology can effectively reduce the electromagnetic interference of the high-frequency inverter loop. L'action de commutation rapide sous un courant élevé ou une haute tension est la source du bruit électromagnétique. Alors..., Sélectionnez la topologie du circuit qui produit le moins de bruit électromagnétique possible. For example, Dans les mêmes conditions, a two-tube forward topology is more likely to produce electromagnetic noise than a single-tube forward topology. Petit, the full-bridge circuit generates less electromagnetic noise than the half-bridge circuit.


Comme le montre la figure, les formes d'onde de courant et de tension sur le commutateur après l'ajout du circuit d'absorption sont comparées aux formes d'onde sans l'ajout du circuit d'absorption.

ATL

Half-bridge inverter circuit


3. Conception EMC du transformateur à haute fréquence


When Conceptioning high frequency transformer T1, Essayez de choisir un matériau de base avec une meilleure performance de blindage électromagnétique.


Comme le montre la figure, C7 et C8 sont des circuits de couplage inter - virages et C11 sont des condensateurs de couplage inter - enroulements. Lors de l'enroulement du transformateur, réduire au minimum le condensateur de distribution C11 afin de réduire le couplage d'interférence à haute fréquence du côté primaire du transformateur à l'enroulement secondaire. De plus, afin de réduire davantage les interférences électromagnétiques, une couche de blindage peut être ajoutée entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire, et la couche de blindage est bien mise à la terre pour former des condensateurs de couplage C9 et C10 entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire du transformateur et la couche de blindage, et le courant d'interférence à haute fréquence passe par C9 et C10 jusqu'à la terre.


Parce que le transformateur est un élément chauffant, poor heat dissipation conditions will inevitably lead to an increase in the temperature of the transformer, Pour former un rayonnement thermique. The heat radiation is transmitted in the form of electromagnetic waves. Therefore, the transformer must have good heat dissipation conditions.


En général, les transformateurs HF sont emballés dans un boîtier en aluminium. Le boîtier en aluminium peut également être monté sur un radiateur en aluminium et rempli de gel de silice électronique, ce qui permet au transformateur de former un meilleur blindage électromagnétique et d'assurer une meilleure dissipation de chaleur. Réduire le rayonnement électromagnétique.

ATL

Conception de la compatibilité électromagnétique des transformateurs à haute fréquence


5. EMC Conception Conception du circuit de rectification de sortie


La figure montre un circuit de rectification de demi - onde de sortie avec V6 comme diode de rectification et V7 comme Diode continue. Comme V6 et V7 fonctionnent à l'état de commutation à haute fréquence, les sources d'interférence électromagnétique du circuit de rectification de sortie sont principalement V6 et V7, R5 et C12, qui sont connectés avec r6 et C13 pour former respectivement des circuits d'absorption pour V6 et V7, qui sont utilisés pour absorber les pointes de tension générées Pendant le fonctionnement de l'interrupteur et les dissiper sous forme de chaleur sur R5 et r6.


La réduction du nombre de diodes de rectification peut réduire l'énergie EMI. Par conséquent, dans les mêmes conditions, l'utilisation d'un circuit de rectification à demi - onde produit moins d'interférence électromagnétique que l'utilisation d'un redresseur à pleine onde et d'un redresseur à pont complet.


In order to reduce the electromagnetic interference of the diode, Un dispositif diode à récupération douce, Un courant de récupération inverse plus faible et un temps de récupération inverse plus court doivent être sélectionnés. En théorie, Schottky barrier diodes (SBD) conduct majority carrier current, Quelques transporteurs n'ont pas d'effets de stockage et de recombinaison, so there will be no reverse voltage spike interference. For Schottky diodes with operating voltages, as the thickness of the electronic barrier increases, Le courant de récupération inverse augmentera, Le bruit électromagnétique est également généré. Therefore, when the output voltage is low, Le choix de la diode Schottky comme diode à courant continu produit moins d'interférence électromagnétique que le choix d'autres diodes.

ATL

Electromagnetic compatibility Conception of output rectifier circuit


6. Conception EMC du circuit de filtre à courant continu de sortie


output DC filter circuit is mainly used to cut off the propagation of electromagnetic conduction interference along the wire to the output load end, and reduce the electromagnetic radiation of electromagnetic interference around the wire.


Comme le montre la figure, un circuit de filtrage LC composé de L2, C17 et C18 peut réduire la taille des ondulations de courant et de tension de sortie, réduisant ainsi l'interférence électromagnétique transmise par rayonnement. Les condensateurs de filtre C17 et C18 doivent, dans la mesure du possible, être raccordés en parallèle à plusieurs condensateurs. Réduire la résistance équivalente en série, réduisant ainsi la tension d'ondulation. L'inductance de sortie L2 doit être aussi grande que possible afin de réduire l'amplitude du courant d'ondulation de sortie. De plus, l'inductance L2 est préférable à l'utilisation d'un noyau magnétique en boucle fermée sans trou d'air, de préférence pas d'inductance saturée. Lors de la conception, nous devons garder à l'esprit que le courant et la tension sur les fils changent, que les champs électromagnétiques autour des fils changent et que les champs électromagnétiques se propagent dans l'espace pour former un rayonnement électromagnétique.


C19 is used to filter the common mode interference on the wire, try to use low-inductance capacitors, Le câblage doit être court, C20, C21, C22, C23 pour filtrer l'interférence en mode différentiel sur la ligne de sortie, and low-inductance three-terminal capacitors should be used, And the grounding wire should be short and reliable.


Z3 est un filtre EMI DC. Utiliser ou non selon le cas, qu'il s'agisse d'un filtre à un ou plusieurs étages. Toutefois, Z3 doit être monté directement sur un châssis métallique. Les lignes d'entrée et de sortie du filtre doivent de préférence être blindées et isolées.

ATL

Conception de la compatibilité électromagnétique du circuit de rectification de sortie


7. Electromagnetic compatibility Conception Conception du contacteur, relays and other switching devices


Lorsque le relais, le contacteur, le ventilateur, etc., est mis sous tension, sa bobine produira un pic de tension plus grand, ce qui provoquera une interférence électromagnétique. Par conséquent, une diode ou un circuit d'absorption RC est parallèle aux deux extrémités de la bobine à courant continu et une diode ou un circuit d'absorption RC est parallèle aux deux extrémités de la bobine à courant alternatif. Un rhéostat est utilisé pour absorber les pointes de tension générées par une bobine désénergisée. Il convient également de noter que si l'alimentation en bobines de contacteur et l'alimentation auxiliaire d'entrée sont la même alimentation, il est préférable de passer par le filtre EMI entre elles. L'interférence électromagnétique peut également se produire lorsque le contact relais agit, de sorte que le circuit d'absorption RC doit être ajouté aux deux extrémités du contact.


8. Conception de la compatibilité électromagnétique de la structure de la boîte de commutation


Material selection: There is no "magnetic insulation" material. Electromagnetic shielding uses the principle of "magnetic short circuit" to cut off the propagation path of electromagnetic interference inside the device and in the outside air. When Conceptioning the cabinet structure of the switching power supply, Les effets sur les interférences électromagnétiques doivent être pleinement pris en considération.

L'efficacité du blindage, le principe de sélection des matériaux de blindage est que lorsque la fréquence d'interférence du champ électromagnétique est élevée, les matériaux métalliques à haute conductivité sont utilisés, l'effet de blindage est meilleur; Lorsque la fréquence d'interférence de l'onde électromagnétique est faible, le matériau métallique à haute perméabilité doit être utilisé, l'effet de blindage est bon; Dans certains cas, si un bon blindage est nécessaire pour les champs électromagnétiques à haute et basse fréquence, des matériaux métalliques à haute conductivité et à haute perméabilité sont généralement utilisés pour former un blindage multicouche.


Hole, gap, overlap treatment method: The electromagnetic shielding method does not need to reConception Piste de course, and a good electromagnetic compatibility effect can be achieved. The ideal electromagnetic shielding body is a conductive continuum with no gaps, no holes, Pas de pénétration, and a low-impedance metal sealing body, Mais un bouclier entièrement scellé n'a pas de valeur pratique, because in the switching power supply equipment, there is input, Output line through holes, heat dissipation vents and other holes, as well as the overlapping gaps between the structural components of the box, if no measures are taken, electromagnetic leakage will occur, Cela réduit l'efficacité du blindage de la boîte, voire la perd complètement.. Therefore, in the Conception of the switching power supply box, Le chevauchement entre les tôles est préférable par soudage. When welding is not possible, use electromagnetic gaskets or other shielding materials. The openings on the box should be smaller than the wavelength of the electromagnetic wave to be shielded. 1/2, otherwise the shielding effect will be greatly reduced; for the ventilation holes, perforated metal plates or metalized wire mesh can be used when the shielding requirements are not high, Des guides d'ondes coupés doivent être utilisés lorsqu'une grande efficacité de blindage et une bonne ventilation sont nécessaires.. And other methods to improve the shielding effectiveness of the shield. If the shielding effectiveness of the box still cannot meet the requirements, you can spray shielding paint on the box. En plus de protéger toute l'armoire de commutation, it can also partially shield the internal components and parts of the power supply equipment such as interference sources or sensitive equipment.


Lors de la conception de la structure de l'armoire, concevoir une trajectoire de décharge à faible impédance pour tous les composants de l'équipement qui seront soumis à l'essai de décharge électrostatique. L'armoire doit être munie de mesures de mise à la terre fiables et la capacité de charge en courant du fil de mise à la terre doit être assurée. En même temps, tenir les circuits ou composants sensibles à l'écart de ces circuits de décharge ou les protéger contre les champs électriques. Pour le traitement de surface des Parties structurales, on utilise généralement l'électrodéposition de l'argent, du zinc, du nickel, du chrome et de l'étain. Pour ce faire, il faut tenir compte de la conductivité électrique, des réactions électrochimiques, des coûts et de la compatibilité électromagnétique.


9.EMC Conception in component layout and wiring:


The layout of the internal components of the switching power supply equipment must consider the requirements of electromagnetic compatibility as a whole. The interference sources inside the equipment will affect the operation of other components or components through radiation and crosstalk. L'étude montre qu'à une certaine distance de la source d'interférence, the interference The energy of the source will be greatly attenuated, Par conséquent, une disposition raisonnable contribuera à réduire les effets des interférences électromagnétiques..


Il est préférable d'installer des filtres d'entrée et de sortie EMI à l'entrée du châssis métallique et de s'assurer que les lignes d'entrée et de sortie sont protégées et isolées de l'environnement électromagnétique.


Tenir les circuits ou composants sensibles à l'écart des sources de chaleur.