電源によって電磁両立性が生じる理由
高電圧および大電流のスイッチング条件下で動作する 24V スイッチング電源によって引き起こされる電磁両立性の問題の理由は非常に複雑です。 機械全体の電磁両立性の観点からは、主に、共通インピーダンス結合、線間結合、電界結合、磁界結合、電磁波結合のいくつかの種類があります。 電磁両立性を生成する 3 つの要素は、妨害源、伝播経路、妨害対象です。 共通抵抗結合は主に、妨害源と妨害対象との間の電気的な共通インピーダンスを指し、これを通じて妨害信号が妨害対象に侵入します。 線間結合とは主に、平行配線によりスクラッチ電圧とスクラッチ電流を発生するワイヤまたは PCB ワイヤ間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り発生し、その結果、妨害を受けた物体に誘導電界が結合します。 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、脈動する電圧または電流によって生成される高周波電磁波によって引き起こされ、空間を通して外側に放射され、対応する妨害された物体を結合します。 実際、各結合方法は厳密に区別することはできず、焦点が異なるだけです。
24V スイッチング電源では、主電源スイッチは高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、方形波信号には方形波周波数の 1000 倍を超える周波数スペクトルに達する豊富な高次高調波が含まれていることが知られています。 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デバイスの非理想的な動作状態により、高周波動作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。オンまたはオフになります。 この高調波発振により発生する高次高調波は、スイッチ管とヒートシンク間の分布容量を介して内部回路に伝達されたり、ヒートシンクやトランスを介して空間に放射されます。
整流ダイオードや連続電流ダイオードに使用され、高周波障害を発生させる重要な原因ともなります。 整流器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 モードで動作するため、ダイオード リード線の寄生インダクタンスと接合容量の存在、および逆回復電流の影響により、それらは高い電圧と電流の変化率で動作します。高周波振動を発生させます。 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出力ラインの近くにあるため、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。
24V スイッチング電源の力率を改善するために、アクティブ力率改善回路が使用されます。 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最も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生成される電磁干渉を大幅に軽減します。 ただし、ソフト スイッチングの無損失吸収回路は、主にエネルギー転送に L と C を利用し、ダイオードの一方向の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、この共振回路内のダイオードは電磁障害の主な発生源になります。
24V スイッチング電源では、通常、エネルギー蓄積インダクタとコンデンサを使用して L および C フィルタ回路を形成し、差動およびコモンモードの妨害信号をフィルタリングし、AC 方形波信号を滑らかな DC 信号に変換します。 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、その結果、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 出力ラインに沿って外側に伝播します。 妨害信号の周波数が増加するにつれて、フィルタコンデンサの静電容量とフィルタ効果は、コンデンサの機能を完全に失い、共振周波数を超えると誘導性になるまで、リードインダクタンスの影響により減少し続けます。 フィルタコンデンサの不適切な使用や過度に長いリード線も電磁障害の原因となります。
MCU マイクロプロセッサを搭載した 24V スイッチング電源の高電力密度と高レベルのインテリジェンスにより、電圧信号の範囲は高ボルトからほぼキロボルト、低ボルトから数ボルトまでとなります。 高周波デジタル信号から低周波アナログ信号まで、電源内部の電界分布は非常に複雑です。 不当な PCB 配線、不当な構造設計、不当な電源ラインの入力フィルタリング、不当な入力および出力電源ラインの配線、および不当な CPU および検出回路の設計はすべて、システムの動作を不安定にしたり、静電気放電、電気的などの電磁界に対する耐性の低下につながる可能性があります。高速過渡パルスグループ、落雷、サージ、伝導妨害、放射妨害、放射電磁場。
