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August 22, 2022 60 Gesehen Autor: root

Häufige Probleme bei der EMI-Prüfung von Schaltnetzteilen

Gegenwärtig hat das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit elektronischer Produkte immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Besonders entwickelte Länder der Welt haben ein vollständiges elektromagnetisches Verträglichkeitssystem gebildet. Gleichzeitig gründet unser Land auch eine elektromagnetische Verträglichkeit System. Daher die Realisierung von EMI-Tests von Produkten ist ein Pass für den Eintritt in den internationalen Markt. Das LISUN EMI-Testsystem EMI-9KB erfüllt die Anforderungen vollständig CISPR15: 2018CISPR16-1GB17743, FCC, EN55015 und EN55022.

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Da die Schaltröhre und die Gleichrichterröhre unter den Bedingungen von Hochstrom und Hochspannung arbeiten, erzeugt das Schaltnetzteil starke elektromagnetische Interferenzen mit der Außenwelt, sodass die Leitungsemission und die elektromagnetische Strahlungsemission des Schaltnetzteils stärker sind schwieriger als andere Produkte. Um elektromagnetische Kompatibilität zu erreichen, aber wenn wir ein klares Verständnis des Prinzips der elektromagnetischen Interferenz haben, die durch Schaltnetzteile erzeugt wird, ist es nicht schwierig, geeignete Gegenmaßnahmen zu finden, um den leitungsgebundenen Emissionspegel und den abgestrahlten Emissionspegel auf ein angemessenes Niveau zu reduzieren, um elektromagnetische Kompatibilität zu erreichen Entwurf.

EMI-Testanwendung

Der Erzeugungsmechanismus und der Ausbreitungsweg elektromagnetischer Störungen in Schaltnetzteilen
Die hohe Schaltwirkung von Leistungsschaltgeräten ist die Hauptursache für elektromagnetische Interferenz (EMI) bei Schaltnetzteilen. Die Erhöhung der Schaltfrequenz verringert einerseits die Größe und das Gewicht des Netzteils und führt zu gravierenderen EMI Probleme andererseits. Elektromagnetische Interferenz in Schaltnetzteilen ist in zwei Arten unterteilt: geleitete Interferenz und abgestrahlte Störungen. Meistens geleitete Interferenz wird besser analysiert, und Schaltungstheorie und mathematisches Wissen können kombiniert werden, um die Eigenschaften verschiedener Komponenten bei elektromagnetischer Interferenz zu untersuchen; Aber für gestrahlte Störungen, aufgrund der umfassenden Wirkung verschiedener Störquellen in der Schaltung, die es auch mit der Theorie des elektromagnetischen Feldes zu tun hat, ist es schwieriger zu analysieren. Der Mechanismus dieser beiden Interferenzen wird im Folgenden kurz vorgestellt. Leitungsgebundene Störungen können in Gleichtaktstörungen (Common Mode-CM) und Gegentaktstörungen (Differential Mode-DM) unterteilt werden. Aufgrund des Vorhandenseins parasitärer Parameter und des hochfrequenten Ein- und Ausschaltens von Schaltgeräten im Schaltnetzteil erzeugt das Schaltnetzteil große Gleichtaktstörungen und Gegentaktstörungen an seinem Eingang (d AC-Netzseite).

Gleichtakt-(CM)-Interferenz
Wenn der Umrichter mit hoher Frequenz arbeitet, wird aufgrund des hohen du/dt die parasitäre Kapazität zwischen den Transformatorspulen und zwischen dem Schaltrohr und dem Kühlkörper angeregt, was zu Gleichtaktstörungen führt.
Nach dem Prinzip der Gleichtaktstörung werden in der Praxis häufig folgende Unterdrückungsverfahren eingesetzt:
1. Optimieren Sie das Layout von Schaltungskomponenten, um parasitäre Kapazitäten und Kopplungskapazitäten zu minimieren.
2. Verzögern Sie die Ein- und Ausschaltzeit des Schalters. Dies steht jedoch im Widerspruch zum Trend der Hochfrequenz-Schaltnetzteile.
3. Wenden Sie eine Dämpfungsschaltung an, um die Änderungsrate von dv/dt zu verlangsamen.

Interferenzen im Differenzmodus (DM).
Der Strom im Schaltwandler wird hochfrequent geschaltet, was zu einem hohen di/dt an den Eingangs- und Ausgangsfilterkondensatoren führt, dh die Störspannung wird an der Ersatzinduktivität oder Impedanz des Filterkondensators induziert. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Gegentaktinterferenz auf. Daher kann die Auswahl hochwertiger Filterkondensatoren (äquivalente Induktivität oder Impedanz ist sehr niedrig) Gegentaktstörungen reduzieren.

Erzeugung und Ausbreitung von Störstrahlung
Strahlungsstörungen kann weiter unterteilt werden in Nahfeldstörungen (Abstand zwischen Messpunkt und Feldquelle <λ/6 (λ ist die Wellenlänge der elektromagnetischen Störwelle)) und Fernfeldstörungen (Abstand zwischen Messpunkt und Feldquelle >λ/6). ). Gemäß der elektromagnetischen Feldtheorie von Maxwell erzeugt ein sich ändernder Strom in einem Leiter ein sich änderndes Magnetfeld im Raum um ihn herum, das wiederum ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt, die beide den Maxwell-Gleichungen gehorchen. Die Größe und Frequenz dieses sich ändernden Stroms bestimmen die Größe und Reichweite des erzeugten elektromagnetischen Felds. In der Strahlungsforschung ist die Antenne die Quelle elektromagnetischer Strahlung. Im Schaltnetzteil können die Komponenten und Verbindungen im Hauptstromkreis als Antenne betrachtet werden, die durch Anwendung der Theorie des elektrischen Dipols und des magnetischen Dipols analysiert werden kann. Als elektrische Dipole können in der Analyse Dioden, Schaltröhren, Kondensatoren etc. angesehen werden; Induktionsspulen können als magnetische Dipole betrachtet werden, und dann kann eine umfassende Analyse mit der entsprechenden elektromagnetischen Feldtheorie durchgeführt werden.

Wenn das Schaltnetzteil arbeitet, steigen und fallen seine internen Spannungs- und Stromwellenformen in sehr kurzer Zeit. Daher ist das Schaltnetzteil selbst eine Störquelle. Die vom Schaltnetzteil erzeugten Störungen können in zwei Arten unterteilt werden: Spitzenstörungen und harmonische Störungen entsprechend der Art der Rauschstörquelle; Wenn sie nach dem Kopplungspfad unterteilt wird, kann sie in zwei Arten unterteilt werden: Leitungsinterferenz und Strahlungsinterferenz. Der grundlegende Weg, um zu verhindern, dass die von der Stromversorgung erzeugten Störungen das elektronische System und das Stromnetz beschädigen, besteht darin, die Rauschquelle zu schwächen oder den Kopplungspfad zwischen den Störungen der Stromversorgung und dem elektronischen System und dem Stromnetz zu unterbrechen .

Schaltnetzteil einschalten

Je nach Quelle der Störgeräusche separat erläutern
1.Interferenz durch Sperrverzögerungszeit der Diode
Die AC-Eingangsspannung wird durch die Leistungsdioden-Gleichrichterbrücke in eine sinusförmige pulsierende Spannung umgewandelt und wird dann zu DC, nachdem sie durch den Kondensator geglättet wurde, aber die Wellenform des Kondensatorstroms ist keine Sinuswelle, sondern eine Pulswelle. Aus der Stromwellenform ist ersichtlich, dass der Strom höhere Harmonische enthält. Eine große Menge an Stromoberschwingungskomponenten fließt in das Stromnetz und verursacht eine Oberwellenbelastung im Stromnetz. Da der Strom außerdem eine Impulswelle ist, wird der Eingangsleistungsfaktor der Stromversorgung verringert. Wenn die Gleichrichterdiode in der Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung vorwärtsleitend ist, fließt ein großer Vorwärtsstrom. Wenn es durch die Sperrvorspannung ausgeschaltet wird, fließt der Strom aufgrund der Ansammlung von mehr Trägern im PN-Übergang für eine gewisse Zeit, bevor der Träger verschwindet, in die entgegengesetzte Richtung, was zu einem scharfen führt Abnahme des Rückwärtserholungsstroms des Trägerverschwindens und eine große Stromänderung (di/dt).

Kondensator

2. Harmonische Interferenz, die erzeugt wird, wenn die Schaltröhre arbeitet
Wenn die Leistungsschaltröhre eingeschaltet wird, fließt ein großer Impulsstrom. Zum Beispiel ist die Wellenform des Eingangsstroms eines Wandlers vom Vorwärtstyp, Gegentakttyp und Brückentyp ungefähr eine Rechteckwelle, wenn eine ohmsche Last vorhanden ist, die reichlich harmonische Komponenten hoher Ordnung enthält. Wenn Nullstrom-Nullspannungsschaltung verwendet wird, ist diese harmonische Interferenz minimal. Außerdem erzeugt die plötzliche Stromänderung, die durch die Streuinduktivität der Hochfrequenztransformatorwicklung während der Ausschaltperiode der Leistungsschaltröhre verursacht wird, ebenfalls Spitzeninterferenzen.

Harmonische Interferenz erzeugt, wenn das Schaltrohr

3. Störungen durch den AC-Eingangskreis
Die Gleichrichterröhre am Eingangsende des Schaltnetzteils ohne Netzfrequenztransformator verursacht während der Sperrverzögerungszeit eine hochfrequente gedämpfte Schwingung und verursacht Störungen. Die durch das Schaltnetzteil erzeugte Spitzenstörungs- und harmonische Störungsenergie, die durch die Eingangs- und Ausgangsleitungen des Schaltnetzteils gebildete Störung, wird Leitungsstörung genannt; und die Energie der harmonischen und parasitären Oszillation wird, wenn sie sich durch die Eingangs- und Ausgangsleitungen ausbreitet, im Raum sein. Erzeugt elektrische und magnetische Felder. Diese Störungen werden durch erzeugt elektromagnetische Strahlung wird als gestrahlte Interferenz bezeichnet.

4. Andere Gründe
Die parasitären Parameter der Bauteile und der schematische Aufbau des Schaltnetzteils sind nicht perfekt. Die Verdrahtung der Leiterplatte (PCB) wird normalerweise manuell angeordnet, was eine große Zufälligkeit aufweist. Die Nahfeldstörung der Leiterplatte ist groß und die Installation und unangemessene Platzierung und Ausrichtung führen dazu EMI-Interferenz. Dies erhöht die Schwierigkeit, PCB-Verteilungsparameter zu extrahieren und Nahfeldstörungen abzuschätzen.

Die Reaktion des Rauschens der Flyback-Architektur auf das Spektrum
• Die bei 0.15 MHz erzeugte Schwingung ist die Störung, die durch die 3. Harmonische der Schaltfrequenz verursacht wird;
• Die bei 0.2 MHz erzeugte Schwingung ist die Störung, die durch die Überlagerung der 4. Harmonischen der Schaltfrequenz und der Grundwelle der Mosfet-Schwingung 2 (190.5 kHz) verursacht wird; also ist dieser Teil stärker;
• Die bei 0.25 MHz erzeugte Schwingung ist die Störung, die durch die 5. Harmonische der •Schaltfrequenz verursacht wird;
• Die bei 0.35 MHz erzeugte Schwingung ist die Störung, die durch die 7. Harmonische der Schaltfrequenz verursacht wird;
• Die bei 0.39 MHz erzeugte Schwingung ist die Störung, die durch die Überlagerung der 8. Harmonischen der Schaltfrequenz und der Grundwelle der Mosfet-Schwingung 2 (190.5 kHz) verursacht wird;
• Die bei 1.31 MHz erzeugte Schwingung ist die Interferenz, die durch die Grundwelle der Diodenschwingung 1 (1.31 MHz) verursacht wird;
• Die bei 3.3 MHz erzeugte Schwingung ist die Interferenz, die durch die Grundwelle der Mosfet-Schwingung 1 (3.3 MHz) verursacht wird;

Eigenschaften des Schaltnetzteils EMI
Als im Schaltzustand arbeitendes Energieumwandlungsgerät sind die Spannungs- und Stromänderungsraten des Schaltnetzteils sehr hoch und die Störintensität relativ groß; Die Störquellen konzentrieren sich hauptsächlich auf die Leistungsschaltperiode und den daran angeschlossenen Strahler und Hochpegeltransformator. Der Ort der Schaltungsstörquelle ist relativ eindeutig; die Schaltfrequenz ist nicht hoch (von mehreren zehn Kilohertz und mehreren Megahertz), und die Hauptformen von Interferenzen sind leitungsgebundene Interferenzen und Nahfeldinterferenzen; und Leiterbahnen für gedruckte Schaltungen (PCB) werden normalerweise manuell verdrahtet. Hat eine größere Zufälligkeit, was die Schwierigkeit beim Extrahieren von PCB-Verteilungsparametern und Nahfeldstörungen erhöht.

Maßnahmen zur Vermeidung von EMI beim Entwurf von Schaltnetzteilen
• Minimieren Sie die Fläche der PCB-Kupferfolie für Rauschschaltkreisknoten, wie z. B. Drain-, Kollektor-, Primär- und Sekundärwicklungsknoten von Schaltröhren usw.;
• Halten Sie die Eingangs- und Ausgangsklemmen von Rauschkomponenten fern, wie z. B. Transformatordrahtwicklungen, Transformatorkerne, Kühlkörper von Schaltröhren usw.;
• Störende Komponenten (wie ungeschirmte Transformatorkabelumwicklungen, ungeschirmte Transformatorkerne und Schalter usw.) von der Gehäusekante fernhalten, die sich bei normalem Betrieb wahrscheinlich in der Nähe des äußeren Erdungskabels befindet;
• Wenn der Transformator nicht mit einem elektrischen Feld abgeschirmt ist, halten Sie die Abschirmung und den Kühlkörper vom Transformator fern;
• Minimieren Sie die Fläche der folgenden Stromschleifen: sekundäre (Ausgangs-) Gleichrichter, primäre Schaltleistungsgeräte, Gate- (Basis-) Treiberleitungen, Hilfsgleichrichter;
• Mischen Sie die Rückkopplungsschleife des Gate-(Basis-)Treibers nicht mit dem primären Schaltkreis oder dem Hilfsgleichrichterschaltkreis;
• Passen Sie den Dämpfungswiderstandswert so an und optimieren Sie ihn, dass er während der Totzeit des Schalters kein Klingeln erzeugt;
• Verhinderung der Sättigung der EMI-Filterspule;
• Wendeknoten und Komponenten des Sekundärkreises von der Abschirmung des Primärkreises oder dem Kühlkörper des Schalters fernhalten;
• Halten Sie Schwingknoten und Komponentenkörper des Primärkreises von Abschirmungen oder Kühlkörpern fern;
• Platzieren Sie den EMI-Filter für den Hochfrequenzeingang in der Nähe des Eingangskabels oder des Steckerendes;
• Halten Sie den EMI-Filter des Hochfrequenzausgangs in der Nähe der Ausgangskabelanschlüsse;
• Halten Sie einen gewissen Abstand zwischen der Kupferfolie der Leiterplatte auf der gegenüberliegenden Seite des EMI-Filters und dem Bauteilkörper ein; setzen Sie einige Widerstände auf die Leitung des Gleichrichters der Hilfsspule; Dämpfungswiderstände parallel zur Magnetstabspule schalten; beide Enden des HF-Ausgangsfilters parallel schalten Dämpfungswiderstand;
• Es ist erlaubt, einen 1nF/500V-Keramikkondensator oder eine Reihe von Widerständen in das PCB-Design einzusetzen, die zwischen dem primären statischen Ende des Transformators und der Hilfswicklung angeschlossen sind;
• Halten Sie den EMI-Filter vom Leistungstransformator fern, insbesondere am Ende der Umwicklung;
• Wenn die Leiterplattenfläche ausreicht, können die Stifte für die Schirmwicklungen und die Position zum Platzieren der RC-Dämpfer auf der Leiterplatte belassen werden, und die RC-Dämpfer können an beiden Enden der Schirmwicklungen angeschlossen werden;
• Platzieren Sie einen kleinen Kondensator mit radialer Leitung (Miller, 10 Pikofarad/1 kV) zwischen Drain und Gate des Schaltleistungs-FET, wenn es der Platz erlaubt;
• Bringen Sie einen kleinen RC-Dämpfer am DC-Ausgang an, wenn es der Platz erlaubt;
• Stellen Sie die AC-Steckdose nicht gegen den Kühlkörper des Primärschalters.

EMI-9KB EMI-Testempfänger

EMI-9KB EMI-Testempfänger

EMI-Gegenmaßnahmen bei Strahlung
Übermäßiges Breitbandrauschen im Frequenzband 30–300 MHz
1. Überprüfen Sie dies, indem Sie einen entkoppelnden Magnetring (kann geöffnet und geschlossen werden) an der Stromleitung anbringen. Wenn es eine Verbesserung gibt, bedeutet dies, dass es mit der Stromleitung zusammenhängt. Folgende Abhilfemaßnahmen kommen zur Anwendung: Wenn das Gerät über einen integrierten Filter verfügt, prüfen Sie, ob die Erdung des Filters korrekt ist. Gut, ob das Erdungskabel so kurz wie möglich ist;

2. Die Erdung des Filters mit Metallgehäuse erfolgt vorzugsweise direkt über die großflächige Kontaktierung zwischen Gehäuse und Erde. Überprüfen Sie, ob die Eingangs- und Ausgangsleitungen des Filters nahe beieinander liegen. Stellen Sie die Kapazität des X/Y-Kondensators, die Gegentaktinduktivität und die Induktivität der Gleichtakt-Drosselspule entsprechend ein; Achten Sie beim Einstellen des Y-Kondensators auf Sicherheitsaspekte. Das Ändern der Parameter kann die Abstrahlung eines bestimmten Abschnitts verbessern, führt jedoch zu anderen Frequenzänderungen. Schlecht, also müssen Sie weiter versuchen, die beste Kombination zu finden. Es ist eine gute Möglichkeit, den Widerstandswert an der Triggerelektrode entsprechend zu erhöhen; Es kann auch effektiv reduziert werden, indem ein kleiner Kondensator an den Kollektor des Schalttransistors (oder den Drain des MOS-Transistors) oder den sekundären Ausgangsgleichrichter an Masse angeschlossen wird. Gleichtakt-Schaltrauschen.

3. Die Schaltnetzteilplatine muss den Rückführungsbereich jeder Schleife während der Leiterplattenverdrahtung steuern, wodurch die Gegentaktstrahlung stark reduziert werden kann. Fügen Sie 104/103-Kondensatoren zu den Leiterbahnen der Leiterplatte hinzu, um die Leistung zu entkoppeln; Beim Verdrahten der Mehrschichtplatine müssen die Stromversorgungsebene und die Masseebene nahe beieinander liegen. Setzen Sie zum Vergleich und zur Überprüfung einen Magnetring auf die Stromleitung, der später auf der einzelnen Platine hinzugefügt werden kann. Dazu werden Gleichtaktinduktivitäten verwendet oder es wird ein Magnetring auf das Kabel gespritzt. Die Länge der L-Leitung der Eingangswechselstromleitung sollte so kurz wie möglich sein; innerhalb der Abschirmausrüstung, ob sich in der Nähe der Löcher eine Störquelle befindet; ob Isolierfarbe auf die Überlappungsstöße der Bauteile gesprüht wurde, mit Schmirgelleinen die Isolierfarbe für einen Vergleichstest abwischen. Prüfen Sie, ob die Erdungsschraube mit Isolierfarbe besprüht ist und ob die Erdung in Ordnung ist.

Lisun Instruments Limited wurde 2003 von der LISUN GROUP gegründet. Das LISUN-Qualitätssystem wurde streng nach ISO9001: 2015 zertifiziert. Als CIE-Mitgliedschaft basieren LISUN-Produkte auf CIE, IEC und anderen internationalen oder nationalen Standards. Alle Produkte haben das CE-Zertifikat bestanden und wurden vom Drittlabor authentifiziert.

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