スイッチング電源による電磁両立性の問題の原因
24Vスイッチング電源は、高電圧、大電流のスイッチング状態で動作するため、電磁両立性の問題の原因は非常に複雑です。機械全体の電磁両立性から見ると、主に共通インピーダンス結合、線路結合、電界結合、磁界結合の電磁波結合がいくつかあります。電磁両立性の3つの要素は、妨害源、伝播経路、妨害対象です。共通インピーダンス結合は、主に信号が対象に入ることができる発生源と対象物の間の共通インピーダンスです。線間結合は、主に並列配線により妨害電圧と妨害電流を生成する電線またはPCB線の相互結合を指します。
電界結合は主に電位差の存在によるもので、誘導電界が擾乱対象物に結合する。磁界結合は主に大電流のパルス電力線付近で発生する低周波磁界が擾乱対象物に結合する。電磁場結合は主にパルス電圧または電流によって発生する高周波電磁波が空間を放射して対応する擾乱対象物に結合する。実際、各結合モードを厳密に区別することはできませんが、重点は異なります。
24Vスイッチング電源では、主電源スイッチ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、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調波が含まれており、高調波のスペクトルは方形波周波数の1000倍以上に達することがわかっています。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/オフ時に高周波および高電圧のピーク高調波振動が頻繁に発生し、この高調波振動によって生成された高調波は、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るか、ラジエーターとトランスを介して空間に放射されます。
整流およびフリーホイール用ダイオードも高周波干渉の重要な原因です。整流ダイオードとフリーホイールダイオードは高周波スイッチング状態で動作するため、リード寄生インダクタンス、接合容量、逆回復電流の影響により、非常に高い電圧と電流の変化率で動作し、高周波振動を生成します。整流ダイオードとフリーホイールダイオードは一般に電源出力ラインに近いため、それらによって生成された高周波干渉はDC出力ラインを介して伝達されやすくなります。
24Vスイッチング電源の力率を改善するために、アクティブ力率補正回路が採用されています。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採用されています。その中でも、ゼロ電圧、ゼロ電流、またはゼロ電流スイッチング技術が広く使用されています。この技術は、スイッチングデバイスによって発生する電磁干渉を大幅に低減します。ただし、ほとんどのソフトスイッチングロスレス吸収回路は、LとCを使用してエネルギーを転送し、ダイオードの一方向導電性を使用して一方向エネルギー変換を実現します。そのため、この共振回路のダイオードは、電磁干渉の主な発生源になります。
24Vスイッチング電源では、LおよびCフィルタ回路は一般にエネルギー貯蔵インダクタとコンデンサで構成され、差動モードとコモンモードの干渉信号をフィルタリングし、AC矩形波信号を滑らかなDC信号に変換できます。 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、多数の高周波干渉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出力ラインに沿って外側に伝播します。 妨害信号周波数の増加に伴い、リードインダクタンスの影響により、フィルタコンデンサの静電容量とフィルタリング効果が継続的に低下し、共振周波数を超えると完全に機能を失い、誘導性になります。 フィルタコンデンサの誤った使用とリードが長すぎることも、電磁干渉の原因となります。
MCU マイクロプロセッサを搭載した 24V スイッチング電源は電力密度が高く、インテリジェンスが高いため、高電圧から数千ボルト近くまでの電圧信号は数ボルトまで低くなります。高周波デジタル信号から低周波アナログ信号まで、電源装置内のフィールド分布は非常に複雑です。PCB の配線が不適切、構造設計が不適切、電源コードの入力フィルタリングが不適切、入出力電源コードの配線が不適切、CPU と検出回路の設計が不適切など、システムの動作が不安定になったり、静電気放電、電気的高速過渡現象、落雷、サージおよび伝導干渉、放射干渉などの放射電磁場に対する耐性が低下したりします。
