スイッチング電源の電磁両立性技術

スイッチング電源の電磁両立性技術

スイッチング電源は高電圧および大電流のスイッチング条件下で動作するため、スイッチング電源によって引き起こされる電磁適合性問題の原因は非常に複雑です。 機械全体の電磁特性に関しては、主に一般的なインピーダンス結合、線間結合、電界結合、磁界結合、電磁波結合があります。 共通インピーダンス結合は主に、妨害源と妨害を受ける物体との間の電気的共通インピーダンスであり、これを通じて妨害信号が妨害を受ける物体に侵入する。 線間結合は主にワイヤまたは PCB ラインの相互結合であり、並列配線により妨害電圧と電流が発生します。 電界結合は主に電位差の存在によるもので、これにより妨害された物体への誘導電界の界結合が生成されます。 磁界結合とは主に、大電流パルス電力線の近くで発生する低周波磁界が妨害物体に結合することを指します。 電磁界結合は主に、空間を通って外部に放射される脈動電圧または電流によって生成され、対応する妨害された物体に結合する高周波電磁波によるものです。 実際には、それぞれの結合方法を厳密に区別することはできませんが、重点が異なります。

スイッチング電源では、主電源スイッチング管が非常に高い電圧で高周波スイッチング モードで動作します。 スイッチング電圧とスイッチング電流は方形波に近くなります。 スペクトル分析から、方形波信号には豊富な高次高調波が含まれていることがわかります。 高調波の周波数スペクトルは、方形波周波数の 1000 倍以上に達することがあります。 同時に、電源トランスの漏れインダクタンスと分布容量、および主電源スイッチングデバイスの非理想的な動作状態により、高周波のオンまたはオフ時に高周波および高電圧のピーク高調波発振が発生することがよくあります。 。 高調波発振により発生した高調波は、スイッチ管とラジエーター間の分布容量を介して内部回路に伝達されたり、ラジエーター、トランスを介して空間に放射されます。 整流とフリーホイーリングに使用されるスイッチング ダイオードも、高周波障害の重要な原因となります。 整流ダイオードとフリーホイーリング ダイオードは高周波スイッチング状態で動作するため、ダイオードのリード線の寄生インダクタンスの存在、接合容量の存在、および逆回復電流の影響により、非常に高い電圧で動作し、電流変化率を変化させ、高周波発振を引き起こします。 整流ダイオードとフリーホイーリング ダイオードは一般に電源の出力ラインに近く、それらによって生成される高周波障害は DC 出力ラインを通じて伝達される可能性が最も高くなります。 スイッチング電源は力率を改善するため、アクティブ力率改善回路を採用しています。 同時に、回路の効率と信頼性を向上させ、パワーデバイスの電気的ストレスを軽減するために、多数のソフトスイッチング技術が使用されています。 その中で、ゼロ電圧、ゼロ電流、またはゼロ電圧/ゼロ電流スイッチング技術が最も広く使用されています。 この技術により、スイッチング素子が発生する電磁妨害を大幅に低減します。 しかし、ソフトスイッチングの非破壊吸収回路の多くは、エネルギー伝達にLとCを使用し、ダイオードの一方向導電性を利用して一方向のエネルギー変換を実現します。 したがって、共振回路内のダイオードは電磁妨害の主な発生源になります。

スイッチング電源は一般に、エネルギー蓄積インダクタとコンデンサを使用して L フィルタ回路と C フィルタ回路を形成し、差動信号とコモンモード妨害信号をフィルタリングします。 インダクタンス コイルの分布容量により、インダクタンス コイルの自己共振周波数が低下し、多数の高周波妨害信号がインダクタンス コイルを通過し、AC 電源ラインまたは DC 出力に沿って外側に伝播します。ライン。 妨害信号の周波数が増加すると、フィルターコンデンサーのリードインダクタンスの影響により、静電容量とフィルター効果が継続的に低下し、さらにはコンデンサーパラメータの変化につながり、これも電磁妨害の原因となります。

電磁両立性のためのソリューション
電磁両立性の 3 つの要素の観点から、スイッチング電源の電磁両立性の問題を解決するには、次の 3 つの側面から始めることができます。第 1 に、妨害源によって生成される妨害信号を低減すること。 第二に、妨害信号の伝播経路を遮断する。 第三に、ハラスメントを受けた身体の反ハラスメント能力を強化します。 スイッチング電源の内部互換性を解決する場合、費用対効果と実装の容易さを考慮して、上記の 3 つの方法を総合的に使用できます。 したがって、スイッチング電源によって発生する電源高調波電流、電源線の伝導障害、電磁界放射障害などの外乱は、外乱源を低減することによってのみ解決できます。 一方で、入出力フィルタ回路の設計を強化し、APFC回路の性能を向上させ、スイッチ管、整流器、フリーホイーリングダイオードの電圧と電流の変化率を低減し、さまざまなソフトスイッチング回路トポロジーを採用できます。及び制御方法等。 一方では、ケーシングのシールド効果を強化し、ケーシングの隙間漏れを改善し、適切なアース処理を実行します。 外部障害防止機能 (サージや落雷など) については、AC 入力ポートと DC 出力ポートの雷保護機能を最適化する必要があります。 通常、開放電圧1.2/50μs、短絡電流8/20μsの複合落雷波形はエネルギーが小さいため、酸化亜鉛バリスタとガス角形電管の組み合わせで解決することが多いです。 通常、通信ポートや制御ポートの小信号回路での静電気放電に対しては、TVS チューブと対応する接地保護を使用し、小信号回路とシャーシの間の電気的距離を増やすなどして、静電気防止機能を備えたデバイスを解決または選択します。静電気障害。 高速過渡信号には非常に広い周波数スペクトルが含まれており、コモンモードの形で制御回路に容易に通過します。 静電気対策と同じ方法でコモンモードインダクタンスの分布容量を低減し、入力回路のコモンモード信号フィルタリングを強化（コモンモードコンデンサや挿入損失フェライトコアなど）してイミュニティを向上させています。システムの。

スイッチング電源の内部妨害を軽減し、スイッチング電源自体の電磁適合性を実現し、スイッチング電源の安定性と信頼性を向上させるには、次の点に着手する必要があります。

①デジタル回路とモジュール回路のPCB配線の正しい分割に注意してください。

②デジタル回路とアナログ回路の電源のデカップリング。

③デジタル回路とアナログ回路の一点接地、大電流回路と小電流回路、特に電流および電圧サンプリング回路の一点接地により、コモン抵抗の乱れやグランドリングの影響を低減します。 配線の際は、隣接する線の間隔と信号特性に注意し、クロストークを回避し、出力整流回路、還流ダイオード回路、分岐フィルタ回路で囲まれる面積を減らし、トランスの漏れ、トランスの分布容量を減らしてください。フィルタインダクタを使用し、高い共振周波数を持つフィルタコンデンサを使用します。