通信用スイッチング電源のEMC問題を解決
通信スイッチング電源は、小型、軽量、高効率、信頼性の高い動作、遠隔監視などの利点により、プログラム制御スイッチング、光データ伝送、無線基地局、ケーブルテレビシステム、IPネットワークなどで広く使用されています。 これは、情報技術機器を正常に動作させるための原動力です。
情報技術の発展に伴い、発展した中心都市から山間僻地に至るまで情報技術機器が全国に普及し、人々の間のコミュニケーションや情報伝達に大きな利便性をもたらしています。 都市部と地方の違いにより、通信設備の電力供給網には安定した大規模電力網による電力供給方式と独立した小水力電力による電力供給方式が混在している。 小水力発電所の電力供給モードでは、水量の変化、需要家の消費電力量の大幅な変化、発電設備の不安定な運転などにより、送電網の波形歪みが激しく、電圧変動が大きくなります。 同時に、配電システムの非標準配線は、通信スイッチング電源に深刻な課題をもたらします。
鉄道通信と電力通信は発展し、成長しています。 電気機関車が発生する強い誘導電圧により、対地電圧が大きく変動し、系統電圧が大きく変動します。 強電界により、スイッチング電源装置の動作が一時的に不安定になりやすくなります。 高圧送電網の近くで動作する通信用スイッチング電源は、系統電圧は安定していますが、系統負荷の変動による強い電磁界干渉の影響を受けやすくなります。
したがって、通信用スイッチング電源には強い電磁障害耐性、特に落雷、サージ、系統電圧変動への適応性が求められます。 また、静的干渉、電界、磁界、電磁波に対する十分な耐干渉性能も備え、通信機器への電源供給の正常な動作と安定性を確保する必要があります。
一方、通信スイッチング電源内部のパワースイッチトランジスタ、整流器または還流ダイオード、主電源トランスは高電圧、大電流、高周波スイッチングモードで動作するため、電圧と電流の波形は変化します。ほとんどが方形波です。 高電圧および大電流の方形波スイッチングプロセス中に、重大な高調波電圧および電流が生成されます。 これらの高調波電圧や高調波電流は、電源の入力線やスイッチング電源の出力線を介して伝わり、同じ電力網上の通信電源から給電される他の機器や電力網に干渉を引き起こします。 同時に、プログラム制御交換機、無線基地局、光伝送機器、ケーブルテレビ機器など、通信電源を供給されている機器にも干渉を与え、正常に動作できなくなります。 一方で、高調波電圧や高調波電流が発生すると、スイッチング電源内部に電磁障害が発生し、スイッチング電源の内部動作が不安定になり、性能が低下します。 電磁界の一部はスイッチ電源筐体の隙間から周囲の空間に放射され、電源線やDC出力線から発生する放射電磁界とともに空間を伝播し、他の高周波機器や高周波に敏感な機器に干渉を引き起こします。電磁界に影響を及ぼし、他の機器の異常動作につながる可能性があります。
スイッチング電源の電磁適合性の問題
高電圧および高電流スイッチング状態で動作する通信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。 電磁適合性の 3 つの要素は、干渉源、伝播経路、および干渉物体です。 共通インピーダンス結合は主に、干渉源と干渉を受ける物体との間の電気的な共通インピーダンスを指し、これを通じて干渉信号が干渉を受ける物体に侵入します。 線間結合とは主に、平行配線により干渉電圧や干渉電流が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、誘導電界が被干渉物体に結合します。 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と干渉物体との結合を指します。 電磁波結合は主に、脈動する電圧または電流によって発生する高周波電磁波によって引き起こされ、空間を通って外部に放射され、対応する干渉物体と結合します。 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。
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両方とも方形波であり、この方形波に含まれる高次高調波のスペクトルは方形波の周波数の 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不十分な動作状態により、高周波が動作するとき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。 整流と導通に使用されるスイッチング ダイオードも、高周波干渉の重要な原因となります。 整流器とフリーホイーリング ダイオードの高周波スイッチング状態により、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変化率で動作します。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干渉は 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。
力率を改善するために、通信用スイッチング電源にはアクティブ力率改善回路が使用されています。 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、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では、エネルギー転送に l と c を使用することが多く、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干渉の主な発生源になります。
