Problèmes courants dans les tests EMI des alimentations à découpage

À l'heure actuelle, le problème de la compatibilité électromagnétique des produits électroniques attire de plus en plus l'attention. Les pays particulièrement développés du monde ont formé un système de compatibilité électromagnétique complet. Dans le même temps, notre pays met également en place un compatibilité électromagnétique système. Par conséquent, la réalisation de Test EMI de produits est un passeport pour entrer sur le marché international. LISUN Système de test EMI EMI-9KB répond pleinement CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743, FAC, EN55015 et EN55022.

Pour l'alimentation à découpage, puisque le tube de commutation et le tube redresseur fonctionnent dans des conditions de courant élevé et de haute tension, cela produira de fortes interférences électromagnétiques avec le monde extérieur, de sorte que l'émission de conduction et l'émission de rayonnement électromagnétique de l'alimentation à découpage sont plus difficile que d'autres produits. Pour atteindre la compatibilité électromagnétique, mais si nous avons une compréhension claire du principe des interférences électromagnétiques générées par les alimentations à découpage, il n'est pas difficile de trouver des contre-mesures appropriées pour réduire le niveau d'émission conduite et le niveau d'émission rayonnée à un niveau approprié pour atteindre la compatibilité électromagnétique motif.

Le mécanisme de génération et la voie de propagation des interférences électromagnétiques dans l'alimentation à découpage
L'action de commutation élevée des dispositifs de commutation de puissance est la principale cause de interférences électromagnétiques (EMI) dans les alimentations à découpage. L'augmentation de la fréquence de découpage réduit la taille et le poids de l'alimentation d'une part, et conduit à des EMI problèmes d'autre part. Interférence électromagnétique dans les alimentations à découpage est divisé en deux types : interférence conduite et interférence rayonnée. Habituellement interférence conduite est mieux analysée, et la théorie des circuits et les connaissances mathématiques peuvent être combinées pour étudier les caractéristiques de divers composants des interférences électromagnétiques; mais pour les interférences rayonnées, en raison de l'effet global de différentes sources d'interférence dans le circuit, cela implique également la théorie du champ électromagnétique, il est plus difficile à analyser. Le mécanisme de ces deux interférences sera brièvement présenté ci-dessous. Les interférences conduites peuvent être divisées en interférences en mode commun (Common Mode-CM) et en interférences en mode différentiel (Mode différentiel-DM). En raison de l'existence de paramètres parasites et de l'activation et de la désactivation à haute fréquence des dispositifs de commutation dans l'alimentation à découpage, l'alimentation à découpage génère d'importantes interférences en mode commun et en mode différentiel à son entrée (c. côté réseau AC).

Interférence en mode commun (CM)
Lorsque le convertisseur fonctionne à haute fréquence, en raison du dv/dt élevé, la capacité parasite entre les bobines du transformateur et entre le tube de commutation et le dissipateur thermique est excitée, ce qui entraîne des interférences de mode commun.
Selon le principe des interférences de mode commun, les méthodes de suppression suivantes sont souvent utilisées dans les applications pratiques :
1. Optimiser la disposition des composants du circuit pour minimiser les capacités parasites et de couplage.
2. Retardez l'heure d'activation et de désactivation de l'interrupteur. Mais cela est incompatible avec la tendance de l'alimentation à découpage à haute fréquence.
3. Appliquez un circuit d'amortissement pour ralentir le taux de changement de dv/dt.

Interférence en mode différentiel (DM)
Le courant dans le convertisseur à découpage est commuté à haute fréquence, ce qui entraîne un di/dt élevé sur les condensateurs de filtrage d'entrée et de sortie, c'est-à-dire que la tension d'interférence est induite sur l'inductance ou l'impédance équivalente du condensateur de filtrage. À ce moment, des interférences en mode différentiel se produiront. Par conséquent, la sélection de condensateurs de filtrage de haute qualité (l'inductance ou l'impédance équivalente est très faible) peut réduire les interférences en mode différentiel.

Génération et propagation des interférences rayonnées
Interférence de rayonnement peut être subdivisée en interférence de champ proche (distance entre le point de mesure et la source de champ <λ/6 (λ est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique d'interférence)) et interférence de champ lointain (distance entre le point de mesure et la source de champ> λ/6 ). Selon la théorie du champ électromagnétique de Maxwell, un courant changeant dans un conducteur produit un champ magnétique changeant dans l'espace qui l'entoure, qui à son tour produit un champ électrique changeant, qui obéissent tous deux aux équations de Maxwell. L'amplitude et la fréquence de ce courant changeant déterminent l'amplitude et la portée du champ électromagnétique généré. Dans la recherche sur le rayonnement, l'antenne est la source du rayonnement électromagnétique. Dans le circuit d'alimentation à découpage, les composants et les connexions du circuit principal peuvent être considérés comme l'antenne, qui peut être analysée en appliquant la théorie du dipôle électrique et du dipôle magnétique. Dans l'analyse, les diodes, les tubes de commutation, les condensateurs, etc. peuvent être considérés comme des dipôles électriques ; les bobines inductives peuvent être considérées comme des dipôles magnétiques, puis une analyse complète peut être effectuée avec la théorie du champ électromagnétique pertinente.

Lorsque l'alimentation à découpage fonctionne, ses formes d'onde internes de tension et de courant montent et descendent en très peu de temps. Par conséquent, l'alimentation à découpage elle-même est une source de bruit. Les interférences générées par l'alimentation à découpage peuvent être divisées en deux types : les interférences de crête et les interférences harmoniques selon le type de source d'interférence de bruit ; s'il est divisé en fonction du chemin de couplage, il peut être divisé en deux types: interférence de conduction et interférence de rayonnement. Le moyen fondamental d'empêcher que les interférences générées par l'alimentation ne nuisent au système électronique et au réseau électrique consiste à affaiblir la source de bruit ou à couper le chemin de couplage entre le bruit de l'alimentation et le système électronique et le réseau électrique. .

Expliquer séparément selon la source d'interférence sonore
1. Interférence causée par le temps de récupération inverse de la diode
La tension d'entrée CA est convertie en une tension pulsée sinusoïdale par le pont redresseur à diodes de puissance, puis devient CC après avoir été lissée par le condensateur, mais la forme d'onde du courant du condensateur n'est pas une onde sinusoïdale mais une onde pulsée. On peut voir à partir de la forme d'onde du courant que le courant contient des harmoniques plus élevés. Une grande quantité de composants harmoniques de courant circulent dans le réseau électrique, provoquant une pollution harmonique du réseau électrique. De plus, étant donné que le courant est une onde pulsée, le facteur de puissance d'entrée de l'alimentation est réduit. Lorsque la diode redresseuse dans le circuit redresseur haute fréquence est conductrice vers l'avant, un courant direct important circule. Lorsqu'il est désactivé par la tension de polarisation inverse, en raison de l'accumulation de plus de porteurs dans la jonction PN, le courant porteur Pendant un certain temps avant que le porteur ne disparaisse, le courant circulera dans la direction opposée, ce qui entraînera une forte diminution du courant de récupération inverse de la disparition des porteurs et une grande variation de courant (di/dt).

2. Interférence harmonique générée lorsque le tube de commutation fonctionne
Lorsque le tube de l'interrupteur d'alimentation est allumé, un grand courant d'impulsion circule. Par exemple, la forme d'onde du courant d'entrée du convertisseur de type direct, de type push-pull et de type pont est approximativement une onde rectangulaire lorsqu'il s'agit d'une charge résistive, qui contient d'abondantes composantes harmoniques d'ordre élevé. Lorsqu'une commutation à courant nul et à tension nulle est utilisée, cette interférence harmonique sera minime. De plus, le changement soudain de courant provoqué par l'inductance de fuite de l'enroulement du transformateur haute fréquence pendant la période d'arrêt du tube de l'interrupteur de puissance produira également des interférences de pointe.

3. Interférence causée par le circuit d'entrée CA
Le tube redresseur à l'extrémité d'entrée de l'alimentation à découpage sans transformateur de fréquence de puissance provoquera une oscillation amortie à haute fréquence pendant la période de récupération inverse et provoquera des interférences. L'interférence de crête et l'énergie d'interférence harmonique générées par l'alimentation à découpage, l'interférence formée par les lignes d'entrée et de sortie de l'alimentation à découpage sont appelées interférences de conduction ; et l'énergie d'oscillation harmonique et parasite, lorsqu'elle se propage à travers les lignes d'entrée et de sortie, sera dans l'espace. Générer des champs électriques et magnétiques. Cette interférence générée par un rayonnement électromagnétique est appelée interférence rayonnée.

4. Autres raisons
Les paramètres parasites des composants et la conception schématique de l'alimentation à découpage ne sont pas parfaites. Le câblage de la carte de circuit imprimé (PCB) est généralement arrangé manuellement, ce qui est très aléatoire. L'interférence en champ proche du PCB est importante, et l'installation et le placement et l'orientation déraisonnables entraîneront Interférence EMI. Cela augmente la difficulté d'extraire les paramètres de distribution des PCB et d'estimer les interférences en champ proche.

La réaction du bruit de l'architecture Flyback sur le spectre
• L'oscillation générée à 0.15 MHz est l'interférence causée par la 3e harmonique de la fréquence de découpage ;
• L'oscillation générée à 0.2MHz est l'interférence causée par la superposition de la 4ème harmonique de la fréquence de découpage et l'onde fondamentale de l'oscillation Mosfet 2 (190.5KHz) ; donc cette partie est plus solide;
• L'oscillation générée à 0.25 MHz est l'interférence causée par la 5e harmonique de la • fréquence de découpage ;
• L'oscillation générée à 0.35 MHz est l'interférence causée par la 7e harmonique de la fréquence de découpage ;
• L'oscillation générée à 0.39MHz est l'interférence causée par la superposition de la 8ème harmonique de la fréquence de commutation et l'onde fondamentale de l'oscillation Mosfet 2 (190.5KHz) ;
• L'oscillation générée à 1.31 MHz est l'interférence causée par l'onde fondamentale de l'oscillation Diode 1 (1.31 MHz) ;
• L'oscillation générée à 3.3 MHz est l'interférence causée par l'onde fondamentale de l'oscillation Mosfet 1 (3.3 MHz) ;

Caractéristiques de l'alimentation à découpage EMI
En tant que dispositif de conversion d'énergie fonctionnant à l'état de commutation, les taux de variation de tension et de courant de l'alimentation à découpage sont très élevés et l'intensité des interférences est relativement importante. les sources d'interférences sont principalement concentrées pendant la période de commutation de puissance et le radiateur et le transformateur de haut niveau qui y sont connectés. L'emplacement de la source d'interférence du circuit est relativement clair ; la fréquence de commutation n'est pas élevée (de quelques dizaines de kilohertz à plusieurs mégahertz), et les principales formes de perturbations sont les perturbations conduites et les perturbations en champ proche ; et les pistes de circuits imprimés (PCB) sont généralement câblées manuellement. A un plus grand caractère aléatoire, ce qui augmente la difficulté d'extraire les paramètres de distribution des PCB et les interférences en champ proche.

Mesures pour éviter les EMI lors de la conception d'alimentations à découpage
• Minimiser la surface de la feuille de cuivre PCB pour les nœuds de circuit de bruit, tels que le drain, le collecteur, les nœuds d'enroulement primaire et secondaire des tubes de commutation, etc. ;
• Gardez les bornes d'entrée et de sortie à l'écart des composants de bruit, tels que les enroulements de fils de transformateur, les noyaux de transformateur, les dissipateurs de chaleur des tubes de commutation, etc. ;
• Gardez les composants bruyants (tels que les enroulements de fils de transformateur non blindés, les noyaux et interrupteurs de transformateur non blindés, etc.) éloignés du bord de l'enceinte, qui est susceptible d'être proche du fil de terre extérieur en fonctionnement normal ;
• Si le transformateur n'est pas blindé contre le champ électrique, éloignez le blindage et le dissipateur de chaleur du transformateur ;
• Minimiser la surface des boucles de courant suivantes : redresseurs secondaires (de sortie), dispositifs de puissance de commutation primaires, lignes de commande de grille (base), redresseurs auxiliaires ;
• Ne mélangez pas la boucle de rétroaction d'entraînement de grille (base) avec le circuit de commutation primaire ou le circuit redresseur auxiliaire ;
• Réglez et optimisez la valeur de la résistance d'amortissement afin qu'elle ne produise pas de sonnerie pendant le temps mort de l'interrupteur ;
• Empêcher la saturation de l'inductance du filtre EMI ;
• Maintenez les nœuds tournants et les composants du circuit secondaire éloignés du blindage du circuit primaire ou du dissipateur thermique de l'interrupteur ;
• Maintenez les nœuds oscillants du circuit primaire et les corps des composants éloignés des blindages ou des dissipateurs thermiques ;
• Placez le filtre EMI pour l'entrée haute fréquence à proximité du câble d'entrée ou de l'extrémité du connecteur ;
• Maintenez le filtre EMI de la sortie haute fréquence à proximité des bornes des câbles de sortie ;
• Maintenez une certaine distance entre la feuille de cuivre du PCB sur le côté opposé du filtre EMI et le corps du composant ; mettre des résistances sur la ligne du redresseur de la bobine auxiliaire ; connecter des résistances d'amortissement en parallèle avec la bobine de barre magnétique ; connecter les deux extrémités du filtre RF de sortie en parallèle Résistance d'amortissement ;
• Il est permis de mettre un condensateur céramique 1nF/500V ou une série de résistances dans la conception du circuit imprimé, qui est connecté entre l'extrémité statique primaire du transformateur et l'enroulement auxiliaire ;
• Maintenez le filtre EMI à l'écart du transformateur de puissance, en particulier à la fin de l'enroulement ;
• Si la surface du PCB est suffisante, les broches pour les enroulements de blindage et la position pour placer les amortisseurs RC peuvent être laissées sur le PCB, et les amortisseurs RC peuvent être connectés aux deux extrémités des enroulements de blindage ;
• Placez un petit condensateur de plomb radial (Miller, 10 picofarads/1kV) entre le drain et la grille du FET de puissance de commutation si l'espace le permet ;
• Placez un petit amortisseur RC sur la sortie DC si l'espace le permet ;
• Ne placez pas la prise AC contre le dissipateur thermique de l'interrupteur primaire.

Contre-mesures EMI dans le rayonnement
Bruit large bande excessif dans la bande de fréquence 30-300 MHz
1. Vérifiez en ajoutant un anneau magnétique de découplage (peut être ouvert et fermé) sur la ligne électrique. S'il y a amélioration, c'est qu'elle est liée à la ligne électrique. Les méthodes de rectification suivantes sont utilisées : Si l'appareil dispose d'un filtre intégré, vérifiez si la mise à la terre du filtre est correcte. Bon, si le fil de terre est le plus court possible ;

2. La mise à la terre du filtre à enveloppe métallique se fait de préférence directement à travers la grande surface de liaison entre l'enveloppe et la terre. Vérifiez si les lignes d'entrée et de sortie du filtre sont proches l'une de l'autre. Réglez de manière appropriée la capacité du condensateur X/Y, l'inductance en mode différentiel et l'inductance de la bobine d'arrêt en mode commun ; faites attention aux problèmes de sécurité lors du réglage du condensateur Y ; changer les paramètres peut améliorer le rayonnement d'une certaine section, mais cela conduira à d'autres changements de fréquence. Pauvre, vous devez donc continuer à essayer de trouver la meilleure combinaison. C'est un bon moyen d'augmenter de manière appropriée la valeur de résistance sur l'électrode de déclenchement ; il peut également être efficacement réduit en connectant un petit condensateur au collecteur du transistor de commutation (ou au drain du transistor MOS) ou au redresseur de sortie secondaire à la masse du bruit de commutation en mode commun.

3. La carte d'alimentation à découpage doit contrôler la zone de retour de chaque boucle pendant le câblage du circuit imprimé, ce qui peut réduire considérablement le rayonnement en mode différentiel. Ajoutez des condensateurs 104/103 aux pistes d'alimentation PCB pour le découplage de l'alimentation ; lors du câblage de la carte multicouche, le plan d'alimentation et le plan de masse doivent être proches l'un de l'autre ; placez un anneau magnétique sur la ligne électrique pour comparaison et vérification, qui peut être ajouté ultérieurement sur la carte unique. Des inductances de mode commun sont utilisées pour y parvenir, ou un anneau magnétique est injecté sur le câble. La longueur de la ligne L de la ligne AC d'entrée doit être aussi courte que possible ; à l'intérieur de l'équipement de blindage, s'il existe une source d'interférence à proximité des trous ; s'il y a de la peinture isolante pulvérisée sur les joints de recouvrement des pièces structurelles, utilisez une toile émeri pour essuyer la peinture isolante pour un test comparatif. Vérifiez si la vis de mise à la terre est pulvérisée avec de la peinture isolante et si la mise à la terre est bonne.

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